Пивинский Ю.Е., Ромашин А.Г. - Кварцевая керамика (1049256), страница 41
Текст из файла (страница 41)
В ней были исследованы предельные возможности материалов по сочетанию диэлектрических свойств применительно к антенным обтвкателям с полуволновой толщиной стенки. Для кварцевой керамики полуволновая стенка составляла 8,4 мм, окиси алюми- рнс. 199. температурная заввсзыость тангевса угва люлмгтрнческнх потерь на частоте 9,4 1ом 1'ц различных марок оптмческога нзерцемнъ стекла: ! — кв; 2 — ки; 9 — куч з — коп 1 ния 5 мм и для пирокерама 9606 63 мм. Оценка пределов произведена с учетом изменения в процессе аэродинамического нагрева з и 1п5; а градиент угловых ошибок не должен был превышать 0,01 градуса иа градус. На рис.
130 по оси ординат даны предельно возможные для данного материала скорости нз условий выполнения радиотехнических требований, а по оси ординат время, за которое эта скорость может быть достигнута при постоянном ускорении. Видно, что по совокупности электрических свонств кварцевая керамика с пористостью 11999 значительно превосходит такие раднопрозрачные материалы, как окись алюминия и ситалл. Влияние длительного воздействия высокой температуры на диэлектрические свойства чистой и легировачной кварцевой керамики исследовано с участием автора' на о~бразцах с порнстостыо от 8 до !Зобо.
с Л400 21Й !200 си 8 х Рис. !20. Прка«лысые возможности керамических материалов, рассчиыниые па дизлекгрическнм овоасгвам: à — кварцевая керамика; 2 — пирокерам марки рбеб; 3 — окись алымиии« О 10 гп ЗО г,с Измерения проводились при комнатной температуре после разного времени выдержки образцов в муфельной печи при 1000'С. Результаты исследований приведены в табл. 18.
Таблица 18. Влияние времени нагрева иа диэлектрические свойства кварцевой керамики Образец 4 Образец 3 Образец 2 Время иа. грев», ч гябх ьибх х!о гибх глох х!о ' х!о хщ 3,27 2,9 3,27 1,7 3,43 2,8 3,42 1,6 3,42 1,9 3,42 1,8 3,42 1,4 3,41 3,41 3,41 3,41 3,41 0 б 10 20 30 2,1 3,31 3,9 1,8 З,З! 2,0 1,8 3,32 2,1 1,3 З,З! 1,4 1,4 3,32 1,4 3,27 1,9 3,27 1,б 3,27 1,3 ' Соомеспно с А. В Литовченко. 234 Образцы 1 и 2 были изготовлены из чистой кварцевой керамики и имели пористость 9,5 и 12,7ой; образцы 3 и 4 — из,керамнки, 'содержащей 1,5% Сг202, и имели пористость 8,0 и 12,3оээ соответственно. Из данных табл. 18 следует, что диэлектрическая,проницаемость как чистой, так и легированной керамики не изменилась за 30 ч нагрева при 1000'С.
Своеобразно поведение 1п 6. У всех образцов потери уменьшаются с увеличением времени нагрева и через 30 ч равны (1,3 — 1,4) 10 '. Это объясняется выгоранием и разложением посторонних примесей, попавших в материал в процессе изготовления образцов. Образцы 2 и 4 до и после 30 ч нагрева прошли рентгенофазовый анализ. На поверхности образца 2 было обнаружено появление а-кристобалита (до 6%). Такое содержание кристобалита не оказало заметного влияния на диэлектрические свойства. В образце 4 кристобалит не обнаружен. Таким образом, длительное воздействие температур до 1000'С не оказывает ощутимого влияния на диэлектрические свойства кварцевой керамики. Данных по влиянию более высоких температур пока не имеется.
ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА В общепринятом понимании кварцевая керамика не является прозрачным материалом, как например кварцевое стекло, из которого она состоит. Это обусловлено многократным преломлением попадающего внутрь материала луча на границах зерен и в порах, в результате чего кварцевая керамика непрозрачна для визуального наблюдения, но имеет значительное рассеянное пропускание.
В пределах отдельных зерен показатель преломления керамики соответствует значениям для кварцевого стекла, если отсутствует кристаллическая фаза. Показатель преломления кварцевого стекла постепенно уменьшается с 1,46239 до 1, 40601 по мере увеличения длины волны от 0,5 до 3,5 мкм 12021. Зависимость интегрального рассеянного светопропускания в видимой части спектра от температуры вникания кварцевой керамики со средним и тонким зерновым составом для пластин толщиной 2 мм, по 1511, показана на рис, 131.
Измерения проводились на спектрофотометре СФ-10. Существенное светопропускание наблюдается Та блица 19. Зависимость интегрального светопропускания кварцевой керамики от толщины об аэца светопропускание, И Толщина образца, мм тонкодисперсныа состав среднедисперсиыя состав 238 9" Зак. 222 Без химического влияния, при длительном воздействии при высоких температурах амеется взаимодействие в парообразной форме .Не взаимодействует и прн высоких температурах .До 250'С нег взаимодействий .
Прн 700-800'С быстро взаимодействует .Взаимодействует в атмосфере водорода при высоких температурах . Взаимодействует при высоких температурах в парообразной форме .Имеется веакция Взаимодействует в атмосфере водорода при высоких температурах Не взаимодействует Не взаимодействует .При 1050'С восстанавливаетсн Заметного взаимодействии вет Мп р Р1 Зп Еп С Отсутствует 'взаимодействне При И 700-800'С быстрое взаимодействие 237 только при температурах спекания, превышающих 1320'С (при пористости 0 — 0,8%). Светопропускание в значительной степени определяется толщиной образца, что показано в табл.
19 (481, где приведены результаты для образцов различной толщины, обожжен~ных в течение часа при 1360'С (материал тот же, что и для рис. 131 ). 55 Для прямого ИК-излучения кварцевая керамика также не~а 45 прозрачна, что подтвердили нз1 мепения на спектрофотометре ИС-14, однако это не исключает, как и в случае излучения сь 2 в видимой части спектра, зна- $ 15 чительного рассеянного пропу- скаиия ИК-излучения. д ып — 1555, 1»а/ химическАя устпичинпсть 7 сь" Рвс.
!З1. Зкввсвыосгь свето- КВаРЦЕВОЕ СТЕКЛО, ЯВЛЯЮ- проптсканвя от температуры спекеанп вварцево» «срамвквс 1цссся ОСИОВОЙ КВарцЕВОЙ ксратовсмлвсперсвым 11) в средне- мики Отличается ВысокОЙ хи- мической устойчивостью к большинству кислот, щелочей, жидких металлов и газов. Кварцевая керамика по химической устойчивости качественно соответствует, кварцевому стеклу. Этгь подтверждено опытом применения изделий из кварцевой керамики для разливки жидких металлов в качестве футеровочного материала и т.
д. При этом было обнаружено (16„36, 206, 199, 203, 2111, что увеличение пористости многократно снижает устойчивость кварцевой керамики по сравнению с кварцевым стеклом, что объясняется более развитой поверхностью взаимодействия в случае пористого материала. Однако это касается тех случаев, когда имеет место химическое взаимодействии среды с кварцевым стеклом.
Систематизированные данные по исследованию химической устойчивости керамики отсутствуют, поэтому ниже приведены данные по химической устойчивости кварцевого стекла, которые могут служить для качественной оценки н химической устойчивости кварцевой керамики 11991: Металлы: Ак А1 Кислоты: серная, азотнан, соляная при 20ЬС . . . . . Нет взаимодействии соляная (5Ы при Потери массы за 6 о 100'С ..... ° 0,0005 мг/смс плавиковая .
.. , Взаимадейстнует фосфорная при)~300'С Сильное взаимодействие органические кислоты . .Инертность вода при 100'С ... . .Практнчесхая инертность Шелачные растворы: ННс(ОН), 10%, 20'С . За 48 ч потери составили 0,009 мг(смз ')чаОН(1%), 20'С....За 240 ч — 0,0075 мг/смз )ЧаОН(109$), 18'С...За 48 ч — 0,0045 мг/сма Н»ОН (двунормальный), 100'С .........За 3 ч — 0,37 мг(сма ЫаОН(5%), 100'С ...За 6 ч — 0,9 мг/смз КОН(1%), 20'С ....За 240 ч — 0,046 мг/смс КОН(30е4), 18'С....За 48 ч — 0,013 мг/сме КОН (двунормальный ), 100'С .........За 3 ч — 0,34 мг/смз Однонормальный раствор, )г)аеСОа, 18'С,....За 336 ч — 0,0045 мг/сма Двунормальиый раствор, ЫазСОа, 100' С.....За 3 ч — О,11 мг/см' Насышевиый р а с т вор Ва(ОН)с, 18'С..
'...; За 336 ч потерь массы не обнаружено Насыщенный раствор 1ЧазНРОз, !8'С,...,За 336 ч потерь массы не обнаружено Окислы металлов; Слабо взаимодействует прн .900'С Взаимодействует прн ,1000'С Взаимодействует выше . 960'С до 960'С нс взаимодейст. вует Заметного взаимодействия . иет ВаО СаО СпО РсО, РезОз Мяо Газы: хлор, горячий и 30з НС! влажный Взаимодействия нет . Взаимодействия нет . Взаимодействия нет Аналогичные данные по взаимодействию кварцевого стекла с.кислотами, щелочами и солями приведены в работах !210, 2111, При этом отмечается, что грубообработанная поверхность кварцевого стекла дает меньшую химическую устойчивость по сравнению с оплавленной и полированной.
В температурном интервале 1200 †16'С наб,пюдается взаимодействие двуокиси кремния и углерода с образованием моноокиси кремния с парциальным давлением паров !6): !300'С вЂ” 2,1 мм рт, ст.; 1440"С вЂ” 9,1 мм рт, ст.; ! 580'С вЂ” 36,4 мм рт. ст. РАДИАЦИОННАЯ СТОН!зОСТЬ Освоение ядерной энергии и космического пространства предъявляет к конструкциоиным материалам дополнительные требования по радиационной устойчивости, т. е. по сохранению работоспособности конструкции из данного материала при воздействии проникающих излучений и потока нейтронов, протонов и электронов. Кварцевая керамика, как и кварцевое стекло, обладает низким сечением захвата тепловых нейтронов.
Ее макроскопическое сечение захвата тепловых нейтронов (при 2200 м/с) равно 0,00353 см-'. Микроскопические сечения захвата и рассеяния для двуокиси кремния соответственно равны 0,16 и 9,7. Для кварцевой керамики эти показатели будут уменьшаться прямо пропорцио. нально снижению плотности. Хорошие свойства как за- Т а блиц а 20. Влияние нейтронного потока на днзлсктричсскне свойства н плотность кварцевого стекла Доза, веят- роз/сма Ллотзость, г/смз заь щ 0 6 10за 2 10зз 6. !озз 2 !Озз 6 10зз 3,8шо,! 3 7~0,1 3,6+0,! 3,6~0,! 0,2~0,1 0,2~0,! 0 4~0,1 6+0,6 14 4-! 184-1 2, 196 2, 216 2,238 2,241 медлителя позволяют использовать кварцевую керамику в ядерных реакторах, в частности, как матрицу для тепловыделяющих элементов.
В работе !161 приведены результаты по изучению влияния облучения на прочность .кварцевой керамики. После облучения интегральным нейтронным потоком 2.~10зо нейтрон/смз изменения прочности кварцевой керамики на изгиб не обнаружено (точность определения прочности !Оо/о). Эффект влияния кристобалита и других кристаллических фаз в условиях облучения снижается, так как под облучением кристаллические фазы в кварцевой керамике разрушаются и переходят в аморфное состояние. В работе 12141 были проведены измерения диэлектрической проницаемости и потерь некоторых видов керамики, в том числе кварцевой, до, во время и после воздействия ядерного импульса продолжительностью 13 мс. Источником излучения служил пульсирующий реактор бассейнового типа, создающий максимальную дозу 2 !О'з нейтрон/смз и дозу Т-излучения 6 1О' рад. Измерения, проводились на трех частотах — 1 — 2; 2— 4 и 8 — !2 Пц, продолжительность одного измерения 10 мс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
