Пивинский Ю.Е., Ромашин А.Г. - Кварцевая керамика (1049256), страница 37
Текст из файла (страница 37)
Установлена связь между временем до разрушения (длительная прочность) и величиной приложенного напряжения, которая практически не зависит от пористости образцов и даже температуры испытания о- 1 (рис. 111) в исследованных Т пределах этих параметров. Для определения макси- Ь-Б мальной температуры службы саз г и-4 при длительной эксплуатации в работе (691 было проведено исследование процесса «старе- 1 кв ния» кварцевой керамики. Испытания проводились на образцах с плотностью 1,96— дб дв дг 2,00 и 2,14 — 2,16 г/смз при темгуср пературах до 1150'С в течение рмс.
пг. зщшсимость времени 50 ч (табл. 15) . до разрушения т от нзпряже- Как видно нз приведенных ния и: 1 — пористость 1%, теглперзту. данных табл. 15, у образцов с ра 200'С; 2 — то же, 1зй и 1ИИ С 2 то же Щ% гг 1110 С раЗЛИЧНОй ПЛОтНОСтЬЮ ПОСЛЕ а — то же, 1о% ' и моо'с термообработки при 1100'С практически не изменились показатели плотности, пористости, прочности, а также внешний вид. Дилатометрические, рентгеновские исследования, а также метод ИК-спектроскопии показали огсутствие структурных изменений после термообработки при 1100'С в течение 50 ч. Т а 6 ли ц а 15. Изменение свойств кварцевой керамики после ястареннн» в течение 50 ч Температура, 'С Кажущаяся плотность, ггсмз Пг ристость, % Предел прочности при изгиб., ьгсгсм' 1320 1100 !150 2!5 216 3 2,16 2,15 2,5 2,5 3' 700 700 700 П р и м е ч а н и е.
При температуре ПОО'С внешний .вид образное после старения не меняется, при поо с наблюдаются сизлм, трещины, чешуйчатая поверипость 208 В результате термообработки .при 1150'С у пористых образцов отмечено дополнительно спекание, образование сколов и трещин, резкое падение прочности вплоть до разрушения.
У более плотных образцов наблюдается разрыхление наружного слоя и отделение чешуек с поверхности, Дилатометрическое наследование показало, что;на плотных образцах коэффициент линейного расширения не изменялся, что свидетельствует об отсутствии изменений во внутренних слоях. Рентгеиопраммы и ИК-спектры, снятые с поверхностного слоя, показали явное наличие христобалита. Следовательно, природа «старения» кварцевой керамики заключается в кристаллизации.
Этот процесс протекает вначале на поверхности образцов и лишь при весьма длительном вре. менн старения может распространиться на внутренние слои. ййодуль упругости Кварцевая керамика, как и болыпинство других ее видов и стекол, является при комнатной температуре хрупким материалом, для которого полностью справедлив закон Гука. При нулевой пористости модуль уйрругости кварцевой керамики соответствует з1начению модуля кварцевого стекла, равного 0,71 !О' кгсгсмт Г202].
С увеличением пористости модуль упругости может уменьшаться на порядок. Зависимость модуля упругости от пористости кварце-. вой керамики была исследована авторами при комнатной температуре динамическим (горивая 1) и статическим (кривая 2) методами на образцах 120Х20213 мм [451. Полученные экспериментальные данные для образцов с по истостью 1,5; 8,6 и 18,2070 1представлены на рис. 112. Исходная пористость сырца составляла 22 — 26 1о. Кривая 8 на пис. 112 соответствует изменению статического модуля упругосри образцов с исходной пористостью сырца 13 — 15170.
Кривые 2 и 3 значительно отличаются по величине статического модуля упругости при одних ~и тех же значениях пористости, Это можно объяснить разной степенью спекания образцов. Под степенью спека~ния в данном случае 1понимаетоя показатель, определяющий, насколько полно происходит процесс срастания и скрепления отдельных зерен стекла друг с другом. В частности, у необожженного материала каждое зерно 209 не скреплено с соседними, кроме сил трения„и поэтому он характеризуется нулевой степенью спекания. Для получения в спеченном материале одинаковой пористости при меньшей плотности исходной отливки необходима большая степень опекания, С повышением степени спеквния зерна образуют монолитный плотный каркас, тогда как малая степень спекания допускает йО 40 м 2() и )2 )р п% Рлс. Н2.
Зависимость дпиамичееиого (!) и статического (2) модулей улрутости от порестости кварцевой керамики с искодной пористостью отливок 22 — ййтг п стати. ческспо модули (2) кри пориегостл отливок 12 — )йв некоторую свободу перемещения зерен по границам. Степень спекания для исследовавпгихся образцов регулировалась за счет изменения тем)пературы от 1100 до !350'С при,постояниом времени обжига (1 ч). Кривые 1 и 2 с точностью до 5% описываются линейным уравнением Е = Ео (1 — 4 П) (75) гле Е и Ео — модули упругости при пористости П и нулевой. Значения (пористости в уравнении взяты в относительньрх объемных долях, Увеличение (пористости на 12() вызывает снижение модуля упругости на 42)) в диапазоне пористости от 0,5 до 18%.
Значения динамическдго модуля упругости, определенного резонансным методом на тех же образцах, оказались на 5 — 10% выше статического. Его зависимость от порнстости также описывается уравнением (76), но Ей=0,74 1О' кгс/смй. Полученная линейная зависимость модуля упругости согласуется с данными для других видов окисной ке)рамики, но расходится с данными ра~боты [301, в которой отмечается степенная зависимость модуля упругости 2!О кварцевой керамики от пористости. Это расхождение может быть обусловлено тем фактом, что для получения образцов с разной пористостью были взяты исходные отливки разной плотности. Полученная в этом случае зависимость модуля упругости от пористости обожженных об- 2В разцов .из кварцевой керамики дана на рис, 113 [361.
мч (12 Интересно отметить, что эч. значение статического модуля упругости кварцевой керамики, как и других видов керамики о)цутимо зависит от геометрии исследуемых образцов. Нами было проведено сравнение ре- ) йй зультатов изменения модуля ц% упругости на образцах 1'20Х Х20Х5 мм и 120Х20ХЗ м . '"' "и. в'и"" ' р""о. Чтобы обеспечить идентичность кварцевой керамики материала образцов после четырехкратных замеров образцы с толщиной 5 мм были обработаны до толщины 3 мм. Оказалось, что статический модуль упругости, определенный на 5-мм образцах, на 11 — 14 2)) выше, чем на Земм.
Повышение влагосодержания образцов вплоть до полной пропитки водой ие,приводило к о)цутимому изменению их модуля, упругости. Температурная зависимость динамического модуля упругости была исследована иа тех же образцах, что и зависимость статического и динамического модулей упругости от пористости, Снижение динамического модуля у)йругости до 800оС не обнаружено. По модулю сдвига кварцевой керамики данных не опубликовано, однако его можно рассчитать из значений модуля упругости при одноосном растяжения или сжатии и коэффициента Пуассона по известному соотношению Е (77) 2 1 ( +Р) Коэффициент Пуассона Коэффициент Пуассона характеризует отношение деформации материала в направлении, перпендикуля)рном действующей нагрузке, к деформации в параллельном нагрузке направлении при одноосном растяжении илп 211 сжатии.
Для высокоплотной кварцевой керамики коэффициент Пуассона равен его значению для кварцевого стекла 5) составляет 0,168 [205]. Лля кварцевой керамики с пористостью 1651« приводится значение коэффициента Пуассона 0,17 [204], что хорошо согласуется с данными для плотной керамики и стекла. По сравнению с другими керамическими материалами кварцевая керамика имеет несколько м~еньший коэффициент Пуассона, что в некоторой мере повышает ее термостойкость.
Пластическая деформация 1 +О 1 Рис. ! !4. Кривые деформации образцов под иагррзкой 2 кгс/смт 1. à — при плотности 1,зо — 1,Ра г)си' (Лва парвллсльнык испытания); и — прн «лотиостн 2,15— а,)т г)сн' 10 212 Как уже отмечалось, кварцевая керамика, являясь аморфным материалом, не имеет четко выраженной температуры плавления, и ее необратимая деформация должна плавно возрастать с ростом температуры по мере уменыпен|ия вязкости кварцевого стекла, изменение которой было показано ранее.
В твердом состоянии аморфное вещество имеет коэффициент динамической вязкости более 10" — 1014 П [201] . С увеличением пористости эффективная вязкость уменьшается. В диапазоне температур !100 — 1700'С поведение кварцевой керамики под действием напряжений в 2 кгс/сма по методике [220] исследована в ~работе [69! Полученные кривые деформации показа)ны на рис. 114.
Характер кривых деформации аналогичен для образцов разной пористости. Наиболее интенсивно дефор- м,«С мация наблюдается от 1400 1000 1100 0«0 1300 до 1500 С, а затем почти прекращается до размягчения при !700'С. Прекратцение деформации после !400'С объяс- -г иено образованием прн этих температурах кри- ю стобалита.
а )В работе [69] была изучена также зависимость скорости ползучести при изгибе кварцевой -4 керамики с пористостью от 3 до 10о)о в диапазоне температур 950 †!450'С в инертнои среде. Образ- 0 цы имели размеры 7Х7Х р ', „15 т...я Р',70. Результаты измере- скорости ползу«исти нри плоти«отис 115. Нля ризнык образцов По этим экспериментальным данным энергия активации оценена в 1!О и 150 ккал7моль для керамики с пористостью 5 — !О и 2,5)1о. Рассмотренные выше исследования отражают характер поведения кварцевой керамики.
Однако они проводились при очень малых напряжениях и не позволяют рассчитать поведение материала в реальных условиях эксплуатации, поскольку для этого необходимы данные по ползучести при одноосном растяжении и сжатии. ТЕРМОСТОЙКОСТЬ В связи со стремительными темпами развития ядерных реакторов, ракетной техники ~и энергетических установок все более остро стоит проблема температурных 2!3 напряжений, возникающих в материаларг. Этот растаю ий нн щ " интерес к относительно старой проблеме я эффективности обусловлен необходимостью повышени эфф уэст™ановок за счет, повышения рабочих темпе а Из множества материалов условия работы установки выделяют, как правило, узкоограниченный ряд. Однако тву материал зв неизменным требованием к большинст для современной теяарики является хорошая ляемость темпе а хорошая сопротивературным напряжениям.
Эта характер~н- стика матералов, которая раньше интересовала только узкий круг специалистов огнеупорной промышленности, й требовала в ирайнем случае лишь увеличения продол- жительности процессов, сейчас все более заявляет о се- бе и становится важнейшим фактором, прпнциаиально определякяцим возможность использования да1нного ма- териала в современной технике.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
