Пивинский Ю.Е., Ромашин А.Г. - Кварцевая керамика (1049256), страница 36
Текст из файла (страница 36)
Способность керамики упрочняться в процессе спекания в зависимости от величины огневой усадки или, что эквивалентно, от уменьшения пористости, можно оценить )посРедством Удельного пРиРоста пРочности о„д из соотношения оу„= (паси — о„)/Л Пн, (74) где п„„о „вЂ” ооответственно конечная и исходная прочность керамики в рассматриваемом интервале пористости П . Например, для кривых, показанных на рис. 107, оуд в интервале уменьпрения пористости на 6% (усадка 2е/е) составляет: для кривой 1 — 135, для кри- вой 2 в 96, кривой 8— 00 30, кривой 4 — 20 кгс/смд, Как и для других керамических материалов [2031, для кварцевой керамики наблюдается существенный разброс значений прочности в одной сс 10 партии. Кривая вероятно- 8 стного распределения предела прочности при изгибоо уао бе, постРоеннаЯ по значениям о 100 образцов, показана на рис.
108. Как следует из рисунка, кривая несимметрична. На меньшие значения проч- 1000 Ф упао 'а 000 1000 000 гпо гпо 000 )ооо о 10 до г,) г/слгз Рмс. 188. завнсммость предела проииости иварневоб керамики при мвгмбе от температуры 1а) и плотности (б) 550 кгс/сма при 800'С; 1700 и 650 кгс/смв при 1200сС соответственно. Температурная зависимость прочности при 1нзгибе в зависимости от пористости (плотности) кварцевой керамики, полученной из высокоплотных шликерных отливок, исследовалась в работе [69].
Прочность при этом исследовалась на образцах,с кажущейся плотностью 1,95; 2,00; 2,12; 2,19 г/см' при 20, 500, 700 и 1100'С по методике [2171. Из рис. 109 видно, что с увеличением кажущейся плотности предел прочности при изгибе ори всех температурах испытаний закономерно возрастает. Особевно резкое возрастание прочности при изменении кажущейся плотности от 1,95 до 2,00 г/ома связано, по-видимому, с тем, что образцы, имеющие плотность.!,95 г/смз, фактически почти ~не подвергались процессу спекания в обжиге; плотность исходных отливок колеблется . в пределах 1,90 — 1,94 г/смз, т. е.
весьма близка к плотности образцов, обожженных при 1180'С ности по сравнению с наиболее вероятным (570 )бгс/сма) приходится большее число образцов. Одной из характерных особенностей кварцевой керамики, по сравнению с другим~и керамиками, является увеличение значений прочности с ростом температуры, что было отмечено или исследовано в целом ряде работ [16, 18, 37, 69, 701. Известно [901, что прочность прозрачного )и непрозрачного кварцевого стекла воз~растает от значений 1100 и 450 кгс/омв при 20сС до 1420 и 8" Зак.
Мз (1,93 — 1,9? г/см'). Из рис. 110 видно, что и прн значениях плотности выше '2,10 г/см' наблюдаетоя рост прочности, что соответствует обычной закономерности для различных керамических материалов, у которых прочность возрастает с уменыиением пористости вплоть до .нулевого. значения последней [203]. С увеличением температуры испытаний значение предела прочности при наги~бе возрастает. По мере увеличения плотности образцов ~рост Нх,прочности, вызываемой повышением температуры испытаний, становится все более значительным. Для высокоптотной керамики при 1100'С достигаются значения опыт равные 1750 кос/смй, а для проз~рачного.кварцевого стекла при этой же температуре — 1650 кгс/смй, Увеличение прочности кварцевой керамики можно объяснить, если учесть, что она состоит из Отдельных зерен стекла.
Для стекла же нет четко выраженной границы начала вязкого течения при повышении температуры. Переход:из твердого состояния в жидкое проявляется в непрерывном снижении вязкости с ростом температуры. И поэтому наблюдаемое увеличение прочности кварцевой керамики с повышением температуры можно объяснить возрастающей ролью вязкого течения материала, в первую очередь по пряжинцам зерен в местах воздействия больших локальных напряжений. Благодаря аморфной структуре допустимы большие микродеформации, которые в кристаллических зернах обычно вызывают ~появление врещин.
Это обусловливает снижение концентрации напряжений на стыках зерен уже прн температурах 400'С н повышает предел прочности, При дальнейшем повышении температуры вязкое течение проявляется уже в самих зернах н наблюдается общее деформированне нагружаемого образца [70]. Прочность нри сжатии 400 000 и00 т, ог (75) опы = А пват+ В, где А=1,2; В=890 кгс/смй. Следует отметить, что принятая при определении а,ж сравнительно малая скорость нагружения способствовала существенному деформированию образцов пр~и испытании.
При этом образцы, испытанные ври 1100'С, оказались трапецендальиыми, а при !300 С вЂ” превращались в «лепешки», При этом ~происходило и дополнительное спекание (вплоть до нулевой нористости), т. е, имел место как бы процесс горячего арессования, плотность материала, спеченного в вакууме, была значительно большей (до 2,15 г/см') . Прочность пенокварцевой керамики при сжатии в интервале пористости 70 — 857п находится в пределах 30 — 60 кгс/смй [4/,]. В работе [70] была изучена температурная зависимость прочности при сжатии н изгибе йтя квавцевой ке~рамике с П от=8п/и.
Прочность прн сжатии определялась на кубиках с ребром 6 мм, скорость нагружения составляла 3 мм/мин. Прочность при изгибе определе- ~~0000 на по ГОСТ 5458 — 64. Результаты исследований при- ! ведены на рис. 110. Из ри- ~Я 0000 оунка следует, что до 600'С $ аоы увеличивается слабо, 2 а затем интенсивно нара- 0 стает.
оытт и Нож до 600'С изме- р ! 3 няются подобно и соотноше- ваарпааой пааааываап а порйстоатаы 8% от таппаратйры прп вапытание между ними выражает- впав о папа <О в й На ся уравнением: В зависимости от технологических параметров и пористости прочность кварцевой керамики при сжатии изменяется от 500 до 6000 клс/смй. Зависимостыпрочностн при сжатии от температуры обжига (в интервале 12!О— 1270'С) изучена как при спека|нии в вакууме, так и в воздушной среде [42]. Установлено, что опв достигает максимальных значений 5000 кгс/смй при спеканни в воздушной среде и 6000 кгс/см' — в вакууме.
При этом Прочность при растяжения В связи с методическими трудностями измерение прочности при растяжении хрупких керамических мате~риалов производится редко. Не является исключением в этом отношении и кварцевая керамика. Поэтому данные по ее прочности прн растяженйн крайне редки. 205 1!30 565 680 80 97 2,5 Сломался сразу 0;! ! 700 50 60 1740 700 900 26 5 — 13 40 52 1000 1ОО 130 0,25 0,2— — 0,3 ! 320 800 55 60 80 90 10 550 440 480 0,32 0,35 700 Длительная прочность 207 Прочность кварцевой керамики при ~растяжении изучалась на образцах с лористостыо материала 8 — 12%*. Испытания велись по методу «хрупких колец» !2181, исключающему неосевые усилия.
Размер колец при этом находился в пределах: по диаметру 200 — 350 мм, высоте 10 мм, толщине стенки 5 — 10 мм. Параллельно определялвсь прочность образцов при поперечном изгибе. Значения прочности керамики при растяжении колебались в пределах 190 — 260 кгс/смз, прочности ~при и~згибе 220— 320 кос/см'. Прочность материала при растяжении составила 75 — 85а/з от прочности при изгибе.
Это очень высокое и необычное для керамических материалов соотношение. Чаще всего прочность керамики при растяжении в три-четыре рава меньше ее прочности при изгибе. С увеличением температуры прочность кварцевой керамики при растяжении также возрастает !16, 18, 176, 177), О ха~рактере зависимости,можно судить, по данным работы 1176, 1771: при 26, 500 и 1000'С прочность керамики прн растяжении соответственно равна 112; 126 и 184 кгс/смз. Существенной характеристикой керамики является ее прочность при продолжительных нагружениях (длительная прочность). Последнюю исследовали в работе !69]. Испытания проводились при температурах 700 н 1000'С при изгибающих напряжениях до 105 кгс/смз по методике и на установке, описанной в работе [219!.
В процессе испытания определялась длительная прочность !время до ~разрушения при постоянной напрузке) и соответствующая величина деформации (прогиб). Испытания проводились ~на образцах с размерами 7Х4Х70 ммз. На основании предварительно установленных значений кратковременной прочности при выбранных температурах были рассчитаны величины нагрузки, составляющие 60, 50 н 40 — 35% от разрушающей для каждой температуры. Испытания проводились на образцах с порвстостью 1 и 10%, Полученные результаты представлекь! В табл, 14 ~691, е Неопубликованные денные Н. В.
Титова, Таблица 14.. Время до разрушения и прогиб в зависимости от плотности керамики и темяературы испытания Проведенные испытания аоказали, что при относительно равных нагрузках длительная прочность и величина прогиба выше у образцов с пористостью 10%. С повышением нагрузки длительная прочность уменьшается при всех значениях пористости образцов и температурах испытания. Соответствующие величины прогиба либо остаются постоянными, либо несколько падают. С увеличением температуры испытания длительная прочность уменьшается у пористых образцов, а у плотных образцов ~наблюдается некоторое ее увеличение. Это явление, вероятно, связано с тем, что для пористых образцов способность к пластической деформации и соответствующей релаксации локальных напряжений проявляется при более низких температурах, поэтому возникающие в материале напряжения успевают релаксировать.
Кроме того, нагрузка для плотных образцов более высокая;по отношению к прочности материала при температуре 20'С. Величина прогиба в момент разрушения с ростом температуры испытания в целом возраста- ет как у пористых, так н у плотных образцов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
