Пивинский Ю.Е., Ромашин А.Г. - Кварцевая керамика (1049256), страница 35
Текст из файла (страница 35)
Образуются они, по всей видимости, вследствие превращения а- в р-кристобалит, сопровождающегося существенным уменьшением объема. При нагревании же материала обратное превращение 5- в а-50рнстобалит происходит с расширением кристобалитиых образований с заполнением мест разрыва без общего удлинения образца. Поэтому только определенное равномерно распределенное количество кристобалита может повысить КТР материала.
Здесь еще раз целесообразно отметить, что переход кварцевого стекла и керамики на его основе нз аморфного состояния в кристаллическое при температуре 1100'С ие является обязательным фазовым превращением материала. Поэтому при эксплуатации допустимы многократные нагревы и охлаждения кварцевой керамики вплоть до расплавления без появления кристаллических фаз. Практический опыт экоплуатации изделий нз кварцевой керам1ики полностью. подтвердил это. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Механические свойства кварцевой керамики в большей степени, чем какие-либо другие, определяются ее керамоподобной структурой, в часпностн зернистым строением и пористостью, Это предопределяет оснонные закономерности изменения механических свойств от порнстости и технологических факторов, Аморфная структура отдельных зерен проявляет себя в температурной зависимости прочности, По данным авторов, микротвердость кварцевой керамики, определяемая в пределах одного зерна, в !зависимости от пористости изменяется от 1300 до 2500 кгс/ммй.
Измерение проводилось на микротвердомере ПМТ-3 при нагрузке на нндентор 20 г. Твердость плотной (пористость 3010) кварцевой керамики, по Моосу, равна 5,5 [2021. С увелнчением,пористости до 20010 твердость уменьшается в,два-три раза. Кроме того, твердость в значительной мере зависит от степе!гн спекания керамики. 197 Высокая твердость кварцевой керамики зат4!удняету обработку изделий из нее.
Поэтому для обработки приходится применять шлифование с 7использованивм ал-- мазного инструмента, По этой же,прнчине не удаетсяу применять токарную обработку каким-либо инстругментом. Прочность при изгибе. По литературным данным, показатели 7предела прочности кварцевой керамики при изгибе изменяются в интервале 30 — 800 кгс/см' [!5, 18, 19 — 24, 30, 37, 38;. 42 — 49, 51, 53, 67, 69, 70). Основной причиной низкойх механической прочности кварцевой керамики, исследо-- ванной в болышинстве работ [12, 13, 16, 19, 20, 37, 38„' 42], является малая степень спекания, а также выса.-- кая пористость или частичная кристаллизация мате.-- риала.
В работах отмечается снижение прочности кварцевой керамики по 7мере увеличения плотности 7после достижения ее определенного значения. Это обусловлено тем„ что для достижения более высоких значений плотности требуются повышенные температуры спекания, что приводит вместе с тем и к увеличению содержания кристобалита. Например, в работе [37] керамика, обожженная. при 1! 50'С, обладала пористостью 16,Зев и пи 300 кгс/см', при 1250'С соответственно !!1е9% 200 кгс/см', при 1300'С вЂ” 9,1% и 100 кгс/см'. Снижение прочности с повышением содержания крикстобалита объясняется появлением в процессе обжига и охлаждения внутренних микроструктурных на~пряжений, обусловленных разностью коэффициентов теплового расширения аморфной и кристаллической фаз.
В работе [!2) установлено, что прочность при изгибе кварцевой керамики на основе синтетического кремнезема достигает максимальных значений (300 кгс/см'); при содержа7нин кристобалита до 5е/и. На рис. !06 показано изменен~не прочности кварцевой керамики 'при изгибе в зависимости от температуры. обжига и содержания кристобалита, образовавшегося в. процессе обжига. Время обжига для всех температура составляло 2 ч [16].
В условия7х эксперимента наблюдалось повышение прочности, хотя содержание крнстобалита увеличилось. Это можно объяснить одновременным возрастанием; .степени спекания материала, что оказывало более эфафективное влияние на прочность, чем появление малых количеств кристобалита. Таким образом, у кварцевой керамики в случае даже частичной ее кристаллизации не выполняется типичная .цля других керамических материалов взаимосвязь между пористостью и прочностью.
Максимальные значения :прочности кварцевой керамики отмечались при следую7цих значениях пор истости: в работе [16) ! 0 — 12% (о„аг (420 кгс/сма), в работе [20] 30 — 32% (о < ; 35 кгс/см ), в работе [42] 18 — 20% (оиег (170, оо =600 кгс/см'), в ~работах [37, 38] !6 — !8св (о~г с,310, пп,п=!500 кгс/смн). В связи с малой механической прочностью кварцевой керамики предлагались ;различные способы ее повышения.
В частности, по- лаз средством пропитки кваргцевой керамики этилси- 35 ликатом-40 с последую- „55а щим его разложением в г,а :процессе термообработки г -удалось понизить порис- Е .гость материала с 30 — 32 $ .до 15% с одновременным 'с увеличением и с 25— 35 до 200 кгс/см' [20], В другой работе [42] по- ма и средством пропитки крем- '75у 7р75 7Й5 7чийорганическимн смолами по)гнстость была Пони- рис, 7ря. изменение прояиосгн кварце. .жена с!8 — 20 до 12,5 — воя'керамяки прн ивгиче по мере рве. о лняеикя солержаиия крисгобалита; ,16 /о с Увеличением омаг 7 пр,снцкте, у ,е„рмаии, крп,'„ со 170 до 250 и псгл с 600 оал а .до 1000 кгс/см'. В дальнейшем для,получения кварцевой керамики с повышенными показателями прочности и плотности бы.ли предложены другие пути, позволившие получить материал с прочностью и плотностью, близкой к такошой для кварцевого стекла [45 — 48, 51, 52).
В отличие зт предшествующих исследований в указанных работах оыли достигнуты оптимальные технологические парамет,ры, позволившие получить высокоплотный полуфабри,кат на стадии формования и не кристаллизующийся в -цроцессе апекания..При этом существенно и то, что ука- 799 7,5 $~ 7,0 Х 85" ванные свойства достигаются при низких показателях объемного изменения материала рлри опекапии. В качестве примера влияния исходной характеристики полуфабриката на,прочностные свойства кварцевой керамики на рис. 107 показана зависимость средних значений пп„от пористости,материала, полученного из четырех различных партий шликерных отливок [51!.
Различные значения пористости материала достигались регулированием температуры опекания в интервале ООО сб ООО ОО О 1О П„'/о Рис. 167. Зависимость предела проевоста ирп изгибе кварцевой керамики от ппристостн в линейной усадкв прв обжпте длн ыатервллов, полученных по различвоЯ теиволопвн: ! — одностадийный метод оо ссибилнзацпей, средледисперсиыЯ состав, П вЂ” 11%: У вЂ” то же, Крупиодмспеусиый состав. По — 18,7%; Р -двтстадийный без стабилизации, тонкоднс.
пеРсвый постав, П з — 27%; Š— то же, кРУпнодвспеРсный состав, П =ЯЯ% 1100 — 1350'С (при вьудержке 1 ч). Там же показана зависимость ом,„от показателя усадки при спекании. Как следует из рисунка, характер изменения о „от пористости для различных партий существенно отличается. Прочность керамики, полученной на основе отливок с повышенной пористостью и крупным зерновым со,ставом (кривые 3), медленно повышается до П„=10 —: 12о/о и в дальнейшем уменьшается.
Максимальные значения ап„при этом не превышают 270 кгс/см'. Для отливок тонкодиопепсного состава н с несколько меньшей пористостью (кривые 2) наблюдается более резкий, рост ож„м более высокие максимальные ее значения (до 420 кгс/см'). Наиболее резкий 200 Озчпск аЮтея ки, полученной на основе высокоплотных отливок (крнп вые 3). С уменьшением пористости отливок до 1Оо/р ри среднедисперсном составе (кривая /) 1наблюдается еще более резкое увеличение прироста прочности.
Для всех трех партий материала наблюдается близкая к прямолинейной зависимость о „от пористости до тех пор, пока пористость обожженного материала не уменьшается вдвое по сравнению с пористостью отливки. В дальнейшем наблюдается или замедленный рост опас (кривые 1 — 3), или ее падение (кривая 4). Указанная оообенностйь видимо, обусловлена следующим. Температура спекания, необходимая для достижения низкуйх значений пористости, находится в интервале температур 1 00— 3 — 1400'С, т. е, в области температур возможной кристаллизации.
Особенно существенно это сказывается на ~материале, полученном на основе кр)апнодисперсных в шликерных отливок с повышенной пористостью 1 — 3 ая 3). Если для материала, соответствующего крйв —, пористость менее 5 йз достигается прои температур ым рах !260 — 1300'С, то для материала, соотвепствующего кривой 4, при 1350 — 1400'С. Это и обусловливает существенную кристаллизацию материала и, как следствие, падение ее,прочности. Х арактерно то, что для керамики, полученной из высокоплотных отливок, вы1сокие значения прочности достигаются при малых показателях огневых усадок.
Как следует из рис. 107, даже при усадке !Раз для материала, соответствующего кривой /, достигается прочность 640 кгс/смй. В то же время материал ~на основе менее плотных отливок (кривые 3, 4) при усадке 1очь обладает прочностью 50 — 90 кгс/см'. А~налогичная зависимость проявляется и при других величинах усадок. Показаиая на рис, !07 зависимость опек — П является закономерной для случая, когда образцы с повышенной пористостью получены двустадийным методом без стабилизации. Если же образцы с повышенной пористостью получены посредством литья ~из коагулированиых (добавкой кислоты до рН=1 —:2) предварительно стабилизированных суспензий, то зависимость оизт. — Пп для них существенно отличается.
Так, например, на основе среднедисперсиой предварительно стабилизированной, высокоплотной =1,91 гу зч ной (р,= —,'см ) с тспензни, отливки из которой имели вз .Яуу 201 0 гоп зоо боа 000 Ллзл, к22/см Рмс. 188. Вероятпскпюе распранелеиие предела прочности при нагаев наарцевоа нерамики с истмняоя пористостью тю!В и круиногабаритасм из- делии Длд итого суспеизии РИ=!ль ** Исследование проведено дальцевым. перед литьем коагулировались до авторами совместно с Е. И. Суз- П„=1! в/) были получены образцы с исходной пористостью 20 с/и*.
Образцы, спеченные до пористости 16,5о/), имели при этом о; =400, а до П =13'/о— 700 кгс/см'.** При дальнейшем спекаиии (уменьшении пористости) прочность несколько уменьшалась вследствие )начальной кристаллизац~яи. Характерно, что указанные образцы при равной прочности с образцами на основе высокоплопнььх отливок обладали меньшими иа 20 — 40о/) значениями модуля. упругости. Последнее может представить существенный интерес для получения кварцевой керамики с повыипенной термостойкостью.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
