Пивинский Ю.Е., Ромашин А.Г. - Кварцевая керамика (1049256), страница 39
Текст из файла (страница 39)
В этом отношении кварцевая керамика является уникальным материалом. По этой же причине она является и уникальным теплоизолнцианным материалом, обладая на~ряду с высокой термостойкостью низкой теплопроводностью. Рассмотренные пезультаты ~испытаний ~и теоретические оценки справедливы для однократного теплового цикла. Если условия эксплуатации требуют многократных термоциклов, то следует учитывать структурные изменения, накапливающиеся в материале. К таким изменениям относится появление кристобалита и изменение объема слоев материала, нааретых до оплавления.
Оплавление приводит к уплотнению материала в слое и вызывает уменьшение его линейных размеров, что равнозначно появлению остаточных деформаций, а значит и остаточных напряжений. Поэтому многократное тепловое воздействие (в частности, при облучении в фокусе концентратора лучистой энергии) приводило и оастрескиванию кварцевой керамики в зоне ее оплавления, При отсутствии оплавления кварцевая керамика выдерживает многократные температурные циклы.
В работе [49] отмечается, что образцы из кварцевой керамики с пористостью 18 — 20% выдерживали до появления трещин 40 термоциклов (нагрев до 1300'С, охлаждение в воде), После появления первых трещин образцы еще выдерживают до полного разрушения более 20 термоциклов. Появление кристобалита ухудп1ает термостойкость. Экспериментально это подтверждено 220 при исследовании термостойкости кварцевой керамики, полученной на основе синтетического кремнезема, методом термоциклирования на воздухе [19). В работе [67) также отмечается, что кварцевая керамика с пористостью 15% выдерживает 50 теплосмен с охлаждением в воде, а с ~пористостью 3% — 30 тепло- смен.
Термостойкость кварцевой пенакерамнки изучали на кубиках со стороной 40 мм методом охлаждения в воде от температуры 850'С [164). У кварцевой керамики разрушения не наблюдалось после 20 термоциклов Пенокерамика на основе двуокиси цнркония разрушалась после двух термоциклов, окиси алюминия после трех- четырех, окиси бериллия после шести-восьми, карбида кремния после десяти термоциклов. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Электропроводность, диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь определяются прежде всего структурными характеристиками материалов на молекулярном. н атомарном уровнях. Поэтому эти свойства кварцевой керамики должны соответствовать по основным закономерностям свойствам кварцевого стекла. Влияние пористости и технологических факторов получения керамики сказывается толька на абсолютном значении свойств. Электрическое сопротивление Кварцевое стекло является хорошим изоляционным матер~ианом, и, поэтому, естественно ожидать аналогичные свойства у кварцевой керамики.
На рис. 119 показана температурная зависимость электросопротивления кварцевого стекла (ир~ивая 7), по данным [178, 198), кварцевой керамики, пропитанной силиконовой смолой (кривая 2), и ~исходной кварцевой керамики [16). У исходной кварцевой керамнкн электрасопротивление при комнатной температуре на восемь порядков ниже, чем ~у кварцевого стекла.
При температурах выше 300'С эта разница резко уменьшается. Такое расхождение объясняется большей влчжностью образцов исходной керамики в начальный момент нзмереннй, По мере нагрева до 200'С влага удаляется, 221 и электросопротивление возрастает почти до величины сопротивления стекла. Роль влаги косвенно подтверждается отмеченным авторами ра~боты [16) повышением сопротивления при комнатной температуре сразу после высокотемпературного напрева керамиюн.
Следует иметь в виду, что снижение сопротивления обусловливается не только обычной влаж1ностью керамического материала, но н структурно связанной с керамикой водой. Более высокое электросопротивление пропитанной кварцевой керамиюи до 400'С объясняет- 12 ся отсутствием влияния ч г'~ влаги, так как заполне- ~, в ние пор силиконовой смолой зщцищает керамику от атмосферной влаги. С 4 повышением температуры до 500'С смола разлагав йоо воо моо ссш ется. Образующийся при е,'с этом углерод резко сни- жает электросопротивлеРис.
119. Электрическое сопротивление иварпавого стекла ПЬ «вар- нис пропитаннОй кЕраМиНевой керамики, пропитанной си- Ки ПОСЛЕдун1щЕЕ ОКИС лвкоиовой смолой 1УЬ и Еез пропвтзги (31 ление углерода в интер- вале 700 †9'С обусловливает рост электросопротнвления, абсолютное значение которопо будет зависеть от времени нагрева и выдержки при конечной температуре.
На рис. 120 представлены результаты исследования электросопротивления кварцевой керамиюи с пористостью 1 и 10% на воздухе и в вакууме, по данным [691. Электросопротивлнние плотных образцов в вакууме и на воздухе 1практнчески такое же, как и образцов с пористостью 10%. С 1ростом температурьг расхождение значений сопротивления в вакууме и на воздухе уменьшается и для обоих материалов приближается к величине электросопротивления кварцевого стекла [!78, 201], В работе [1981 отмечается, что объемное электро- сопротивление кварцевой пенокерамнкя с порнстостью 82 — 83 и 86% соответственно равно при комнатной температуре (2,4 — 4,7).10'й и 5 10" Ом см. Данных по электрической прочности, кварцевой керамики не опубликовано, ее значения для кварцевого стекла при частоте 50 Гц в приведены ниже [2061: Толшиий, мм...
7 Пробивное напряжение, В . . . . . 70000 зависимости от толщины 4 2,0 1,2 46000 ЗБООО 30000 к,'с 5ОО 499 599 поз воо 3 Рнс. 129. 3 авион. масть электрасопротналенви ог температуры в вакууме СО и на воздухе КО 9 о,в 12 1,9 1ОЗ(т Л Диэлектрическая проницаемость Кварцевая керамика имеет благоприятное сочетание диэлектрических характеристик и является одним из лучших радиопрозрачных материалов. Ее диэлектрическая проницаемость в первую очередь определяется величиной диэлектрической проницаемости кварцевого стекла, из которого она состоит, а также пористостью. Диэлектрическая проницаемость кварцевой керамики с теоретической плотностью соответствует таковой для кварцевого стекла и равна 3,78.
Зависимость диэлектрической проницаемости керамики, в частности кварцевой, от порнстости описывается уравнением (36): ео (78) Для кварцевой, керамики графически такая зависимость выражается пологой кривой, приближающейся к прямой линии. В работе [301 получено линейное уменьшение диэлектрической проницаемости по мере увеличения пористости от 0 до 85%, |В более узком интервале пористостей линейное снижение диэлектрической проницаемости установлено также в работах 1491 и 164).
Влияние влагопоглощения на диэлектрическую проницаемость и тангенс угла диэяектрических потерь кварцевой керамики разной пористости исследовано с участием автора книги' на образцах нз чистой кварцевой керамики (99,9% 8102) и с легирующими добавками двуокиси хрома (до 1,5%) при комнатной температуре на установке «Зурна» по ГОСТ 12723 †.67, а при повышенных — на установке «Кварц». Рабочая частота в обоих случаях составляла 1О'о Гц. Минимальная пористость образцов составляла 8%, максимальная 13%, толщина 9.+0,1 мм. разцов характерно увеличение е и 1ц 6 с ростом влагосодержания.
Такой характер зависимости е н(п 6 кварцевой керамики был проверен и подтвержден многократными измерениями на разных образцах, поскцльку в работе 154] приводились данные о более резком и нелинейном возрастании 1ц6, хотя и была установлена линейная зависимость е от влагосодержания в диапазоне от 0 до 0,35% по массе. Линейное увеличение 1я 6 кварцевой керамики по мере накопления влаги хорошо согласуется 200 г00 7000 ч ' 700 ч ь ~00 ~ъ ь ь30 ь 700 сеч чьь 700 0 00 30 г,ч 30 00, ЬЛа00000ЕРжаиилл(0«мУо влаги Рис. 121. Поглощение кварцевой керамикой: 1. 4 — чистая керамика стостью 13,0 и ббн 3, 3 роаевная керамика с сья:тью 12,7 н й,бее.
с перев леги- порн- Увлажнение образцов производилось в атмосфере воздуха с относительной влажностью 95% при температуре 23'С. Содержание влаги в образцах регулировалось путем изменения времени выдержки в этих условиях. Полученная зависимость влагопоглощения от времени выдержки и пористости образцов дана на рис. 121. Для всех значений пористостн четко обнаруживается прямо пропорциональное увеличение содержания влаги с ростом времени выдержки, Видно также, что скорость набора влаги для образцов с пористостью 13% почти вдвое больше, чем для образцов с пористостью 8%. Полученные данные по влиянию влаги на 8 и 1д 6 приведены иа рис.
122. Для всех об- ' Совместно с А. и. Литовченко Рис. 122 Влияние влагосодарл алия на диэлектрическую проницаемость (11 и тангенс угла потерь ((!1 кварцевой керамики. 1, 4 — чн тая керамика с пористостью 13,0 и бзл 7, 3 — легврованнан кера- мика с поркстостью 127 и 9,8 с теорией поглощения электромагнитной энергии в смесях для случая малого содержания сильно поглощающего вещества (воды) в объеме матрицы керамики) [232). В данном случае содержание влаги не п евышало 0,01 /о от общего объема и поэтому потери, о Р обусловленные каждым материалом, должны суммироваться, а общие потери линейно возрастать с увеличением влагосодержания.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
