Пивинский Ю.Е., Ромашин А.Г. - Кварцевая керамика (1049256), страница 32
Текст из файла (страница 32)
Посредством горячего прессования предполагалось избежать те трудности при спекании, которые не позволили получить кварцевую керамику высокой плотности. Установлено 115), что кварцевое стекло в процессе горячего прессования в основном ведет себя как вязкая жидкость и уравнение скорости процесса в зависимости от давления, вязкости, времени и уплотнения соответствует выражению 3 др/г(т = — ~ (1 — р), 4 а! равна !п(1 — р), Следовательно, график функции !и (1 — р) в зависимости от времени должен давать прямую линию, по наклону которой может быть определена вязкость.
Экспериментальное исследование горячего прессования кварцевой керамики осуществлялось в графитовых формах. Были использованы трн произвольно выбранные фракции кварцевого стекла (5 мкм; 74 — 104 мкм; 208 — 295 мкм). Давление при прессовании варьировали а гп лп пп и !и гп уп г, мин Рис. 02. Зааиспмосгь аеличиам 1и (1 — р) ог продолжительности горячем прессоаавия при режимаа ( =!!00 С; Р= 70мг«)омс (а) и (=1200'с, Р=70 чсгс)ом' (б) дл» размера частиц: 1 — 0 мим; 2 — 72-100 млм; 2 — Ю8 — 200 мю» в пределах 70 — 170 кг/см'.
температуру — 1100— 1200'С, продолжительность прессования — до 90 мин, Зависимость 1п (1 — р) от продолжительности горячего прессования при двух режимах последнего представлена,на рис. 92. Установлено, что дисперсность кварцевого стекла, за исключением самых крупных фракций, на процесс горячего прессования влияет незначительно. Прямолинейная зависимость 1п (!в — р) — т свидетельствует о вязкостном механизме горячего прессования !уравнение (68)]. Методом горячего прессования был получен конусообразный образец высотой 250 мм и диаметром у основания 120 мм.
Получаемая горячим прессованием в работе [15] кварцевая керамика обладала пористостью 8'/ . В отличие от работы !151, где для горячего прессования применялись монодисперсные порошки проведены' предварительные исследования процесса горячеговарессования на полидисперсных порошках кварцевого стекла с удельной поверхностью 10000 см'/г, полученных сухим помолом в шаровой мельнице. Горячее прессование осуществлялось при постоянном давлении 200 кгс/смв, температура изменялась от !200 до 1400'С, продолжительность — от 10 до 40 мин. Плотность кварцевой керамики, полученной горячим прессованием (выдержка 10 мин) при температурах 1200, 1300, 1400'С, составила 2,00; 2,13; 2,20 г/смв, соответственно. Глава П1 Свойства кварцевой керамики ОБЩИЕ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Кварцевая керамика имеет белый цвет, с увеличением плотности она по внешнему виду все больше приближается к матовому цвету непрозрачного кварцевого стекла.
По химическому составу кварцевая керамика является чистой двуокисью кремния, молекулярная масса которой равна 60,06. По структуре это — аморфный материал, поскольку керамика состоит из отдельных, спечеиных между собой зерен кварцевого стекла. Эта структурная особенность обусловливает специфику кварцевой керамики, С одной стороны, это — материал, состоящий из зерен кварцевого стекла, что определяет на молекулярном уровне большинство характерных для стеклообразного вещества зависимостей свойств, с другой стороны, это — материал, полученный методами керамической технологии, что определяет специфику свойств на микро- и макроскопическом уровнях, в частности, наличие пористости, влияние на свойства керамики технологических факторов получения исходного сырья, условий формования, режимов термообработки и т.
д. ' Опыты по горячему п!рессованню кварцевой керамики проведены автором совместно с Ф. Я. Харитоновым. 181 Свойства кварцевой керамики однородны по объему материала и изотропны. При нагреве и охлаждении она не претерпевает фазовых превра!цений, сопровождаю«./ щихся изменением объема, вплоть до 1100'С. Как уже отмечалось ранее, степень кристаллизации зависит от температуры, времени, чистоты материала и его дисперсности. В зависимости от условий эксплуатации кварцевая керамика может использоваться вплоть до температуры плавления аморфной двуокиси кремния, а при очень коротком времени (в течение нескольких секунд) температура поверхности изделий из кварцевой керамики может достигать 2200 С без нарушения целостности [!75!.
Поскольку кварцевая керамика является аморфным стеклообразным веществом, то четко выраженной температуры плавления, характерной для кристаллических материалов, она не имеет. Для нее, как и для кварцевого стекла, характерно плавное по мере роста температуры уменьшение вязкости. Поэтому разные авторы дают разные значения температуры изменения состояния кварцевого стекла и кварцевой керамики, подразумевая при этом переход от состояния твердого тела (когда вязкость выше 10'а — !О'4 П) к размягченному. По данным [17~6, 177], температура изменения состояния кварцевой керамики составляет !370'С, по данным [201) 1140'С.
По температуре кипения кварцевой керамики, так же как и по температуре кипения кварцевого стекла (а они должны. совпадать), в литературе имеются разноречивые сведения — 2230'С [!781 и 2800'С [1791. ТЕЙЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Теплоемкость Экспериментально полученная авторами зависимость истинной теплоемкости кварцевой керамики от температуры представлена на рнс. 98 [45!.
Характер зависимости хорошо согласуется с теоретической зависимостью, полученной Дебаем [174) для материалов, у которых основное тепло при нагреве идет на увеличение энергии комплексов, связанных между собой атомов и ионов, а число свободных электронов мало. С повышением температуры от комнатной до 500 С истинная теплоемкость кварцевой керамики вначале возрастает интенсивно, а после 500'С вЂ” постепенно. 182 В диапазоне 20 — 800'С знал истинной теплоемкости от темпвр вина с точностью до 2'/а может яием к О 07!8 (! + 5 56 !О Т Так как твплоемкость матер определяется процессами движе то теплоемкость кварцевой керамики должна соответствовать теплоемко.
О~ сти кварцевого стекла то- Р 03а го же химического састава. Поэтому целесообраз- М 433 но также привести име- „- ющиеся в литературе дан- й!3 ные по теплоемкости кварцевого стекла. По данным [1811, ис- р тинная молярная тепло- ааь)а емкость кварцевого стекла в интервале 298 †20'К опре с = — 13,38+ 3,68 10 а ?' — 3,4 Х? ' ккал/(моль 'К), ~По давным [!82, 188), истин! ,ного стекла равна; С ккал/(кг С) 0 0434 0 !12 1173 1373 1873 1773 1973 С, ккал/(кг,'С) .. . . 0,281 0,289 0,294 0,318 0,339 0,332 Хорошее соответствие данных авторов книги по истинной теплоемкости кварцевой керамики в диапазоне 20 — 800'С с теплоемкостью кварцевого стекла (расхождение яе превышает 2а/а), а также одинаковая химическая основа дают основания для иопользоваяня приведеяных данных по теплоемкости кварцевого стекла при расчетах процессов теплопроводности в кварцевой ке. рамике и при более высоких температурах.
183 Ха. клал! (ч м'С) Х„клал! (ч и'С) вн пористость А л в)о Пористость 0,993 ! 0,690 0,833 ! 0,715 0,840 0,900 0,800 0,500 0,38 0,26 16,0 28,0 0,78 0,56 1,5 6,8 184 Теплопроводность вой ке Теплопроводность материалов в частное ти, кварце- рамики, определяется прежде всего ст кт ой, пористостью и наличием примесей.
Для ква рамики, как и ля есе . ля ква(рцевой ке- и для кварцевого стекла, характерна аморфная структура, и процессы передачи тепла обусловливаются в,первую очередь ф й ь фононно проводи- мики в зависи. спериментально теплопроводность кварц „девой кера- ависимости от температуры и пористости была изучена авторами данной книги !45), Теплапровод(ность определялась методом квазиставто ого о а ционарного теплового, режима прн граничны р рода (постоянный во времени и по поверхности тепловой поток).
Метод в позволяет определить в (и Г течение одного эксперир)5 58 77 бар, мента теплопроводность и йлабвенр , 7а геплоемкость. По най- денным значениям этих ввод свойств н плотности ма"- ) териала вычисляли коэффициент температуропро- ВОДНОСТИ. о и в Дпя определения теп- лофизических свойств об- „"„' „, 3;;",™мо„"',„„""'"и)"' н~" пластин размерами 70')с', амт — оористасть ксрамиии) Х 70~~ 12 З.
О мм . шибка из- мерения не превышала ) . Перед испытаниями установку проверяли, определяя теплопроводность пластин из прозрачного плавленого кварца, рекомендованного в качестве эталона в иапазоне значений к коэффициента теплопроводности от! о на в диаккал/'(ч м 'С). д На,с, 94 ква( ев ри, . показана зависимость теплопровод рц ой керамики от температуры при различных зна- яости чениях пористости.
Для сравнения приведена также зависимость Л прозрачного плавленого кварца, по Обобщенным литературным данным !1841. В д~иапазоне от 1 до 800'С зависимость теплопроводности от температуры с точностью до 2Р7р описывается уравнением Л=А),(! +ВТ), т я блана 12. Значеннн ностоннянх А, В н Хс ллн натерналоа разной порнстостн Значения постоянных А, В и Лр привержены в табл. 12. Общей закономерностью является линейное увеличение теплоп(роводносги с ростом температуры. Это согласуется с теоретическими данными по темаературной зависимости теплопроводности аморфных материалов с фононной (решетчатой) проводимостью. Доля теплопроводности воздуха, находящегося в порах, и переноса тепла за счет теплообмена излучением через поры |ничтожно мала по сравнению с фононной п(роводимостью основного материала.
Иначе интенсивность увеличения твплопроводности с ростом температуры должна возрастать по мере увеличения пористости. До 130 — 150'С зависимость теплопроводности от температуры отличается от линей~ной. Наиболее значительно отклонение от линейной зависимости для материала пористостью 1,5(7с н слабо выражено для образцов с большей пористостью. При сравнении терлпературной зависимости коэффициента теплопроводности керамики порнстостью 1,5% и прозрачного кварцевого стекла мои(но выделить два диапазона температур — от 30 до 400'С и выше 400'С. До 400'С обе кривые, подобны.
С ростом температуры наблюдается 'быстро нарастающее расхождение из-за более интенсивного увеличения теплопроводности прозрачного кварца. При 400'С Л плотной керамики составляет 80Р(р от Л прозрачз(ого стекла, при 800оС вЂ” всего 47%. Такое расхождение нельзя объяснить каким-либо существенным отличием в структуре стекла (его кристаллизацией), поскольку оно не обнаруживается рентгеновским и элекчронно-микроскопическим ~исследованиями образцов. Анализ спектрального,пропускания керамики я прозрачного плавленного стекла в инфракрасной области 185 спектра позволил установить, что в диапазоне длин волн от 0,5 до 4,5 мкм керамика имеет малую прозрачность, а стекло пропускает до 90% падающего излучения при равных толшииах образцов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
