Пивинский Ю.Е., Ромашин А.Г. - Кварцевая керамика (1049256), страница 42
Текст из файла (страница 42)
До, во время и после облучения не было обнаружено существенного влияния радиации на диэлектрические свойства кварцевой керамики, в то время как для окисей алюминия, магния и бериллия наблюдалось многократное увеличение диэлектрических потерь во время и сразу после воздействия облучения. О влиянии нейтронного потока на диэлектрические свойства и плотность кварцевого стекла при реакторном облучении можно судить также по данным табл. 20 12151. 239 Наиболее систематизированное и всестороппее изучение влияния различных видов излучения и потоков частиц на кварцевое стекло дано в монографии [216].
Применительно к кварцевому стеклу не обнаружено существенного влияния нейтронного излучения интегральным потоком до 2.10ао нейтрон/сма на микротвердость, модуль упругости и модуль сдвига. Облучение кварцевого стекла потоком быстрых нейтронов 4,3 10" нейтрон/смг при температурах 3 — 14"К повышает его теплопроводность с 14,3 до 25,2,ккал/(ч мХ Х'С) [222]; а облучение дозой 2 10ао нейтрон/сма прн 35 — 41'С не вызывает заметного изменения ее теплопроводности [223].
ПРОЧИЕ СВОЙСТВА Абляция Как уже отмечалось выше, кварцевая керамика после расплавления даже вертикально расположеннойпластины не стекает каплями подобно другим материалам в расплавленном состоянии, а испаряется. Зто обусловлено большой вязкостью кварцевого стекла в расплавленном состоянии. Испаряемость кварцевой керамики изучалась в рас боте [69] при непрерывном взвешивании на кварцевых весах в вакууме, Для определения температуры, при которой начинается испарение спекшейся кварцевой керамики, измерялась потеря массы образцов при непрерывности подъема температуры.
Было установлено, что практически испарение начинается при температурах выше 1200'С. Для определения испаряемостн в изотермических условиях была выбрана температура 1400 С. Однако даже при этой температуре у образцов в 1,5— 2,5 г потери массы составляли всего от 0,0005 до 0,002 г за 2 ч. Рассчитанная скорость испарения кварцевой керамики (р=2,12 — 2,26 г/смз) при температуре 1400"С в вакууме (1 10 — е мм рт.,ст.) составила (1 — 3).!О-а г/ /(смг с).
На рис. !32 представлено давление насыщенного пара двуокиси кремния и для сравнения некоторых других окислов в зависимости от температуры [199]. Кварцевая керамика является относительно эффективным неорганическим аблятором. Ее кажущаяся теп240 лота абляции оценивается в 10 10' ккал/кг. Введением нескольких процентов окиси хрома ее можно увеличить в два — три раза. В работе [16] абляция кварцевой керамики исследована на образцах цилиндрической формы с полусферическим обогреваемым торцом. Скорость абляции была определена по потере массы при обдуве струей дуги. Ниже приведены режимы и результаты испытаний кварцевой керамики в высокотемпературном потоке: Режим ! режнм 3 Подводямая мощность, кВт 100 60 ФЯ ! Лнаметр образца, мм...
12,7 !9,0 Скорость газа, в числах Маха 2,5м !0,3 — 3)м Время обдуза, с..... 25 20 Абляцня цилиндра, см . . . 1,2 0,73 Удельная абляцня, см/с . . 0,043н 0,039 Тепловой поток в точке удара струи о полусферический торец образца превышал 19,5 10а ккал/(ч ма). Порнстость образцов не указана, но по значениям других свойств ориентировочно равна 15о/о, В работе [175] отмечает- ! ся, что в некоторых аэроди- . ьу ф намнческих условиях температура поверхности изделия из кварцевой керамики.мо- 0 жет достигать 2200'С. При l этом значительного уноса керамики не наблюдается.
7р-а Такое явление объясняется высокой вязкостью материа!ввв мвв гввв ггвв ла в расплавленном состоянии, что способствует удержанию пленки жидкого стекла на поверхности керамики. '!в-' ~!ве Рнс 132 Давление месм менногп пара З!о, в еревненпн с Лругнмн евнс- ламы Высокотемпературиая совместимость с окисламн Высокотемпературное взаимодействие .кварцевой керамики с другими окислами приведено ниже [212]: Окясел .... А!еОв ВсО СаО СеО М30 Таз ТГОв ЕвОв Температура плавлення, звтектякн с окисью кремния,'С 1540 1570 1440 1700 1540 1700 1540 1675 341 Газопроиицаемость Газопроницаемость кварцевой керамики изучалась в работе [691 на видоизмененной установке, описанной в [221), по натеканию в вакуумную систему. Последняя образуется испытываемым образцом (в форме пробирки), присоединенным к нему патрубком и манометрической лампой для измерения давления.
На основании изменения давления за определенное время в системе с известным объемом рассчитывали коэффициент газо- проницаемости. Величины коэффициентов газопроницаемости колеблются в пределах от!,4 10 — шло 72 10 — ш (л.см)/(смт сХ Хкг см — з) для образцов с плотностью от 2,01 до 2,10 г/смз. С повышением температуры до 1200"С коэффициент проницаемости уменьшается на 20 — 507з, что связано с увеличением вязкости газа. На основании данных по газопроницаемости и кажущейся пористости был рассчитан средний размер капилляров.
Размеры капилляров, рассчитанные по газопронипаемости и пористости материала, колеблются в пределах (1 — 6).10 — з мкм. Следовательно, исследуемая кварцевая керамика характеризуется весьма малыми размерами проннцаемых капилляров. Эрозиоииая устойчивость При использовании кварцевой керамики для скоростных летательных аппаратов важным свойством является стойкость к эрозии, в частности к дождевой и пылевой.
Она является функцией твердости и прочности. Кварцевая керамика обладает повышенной твердостью, но имеет малую прочность. Поэтому по эрозионной стойкости она значительно уступает окиси алюминия. Это подтверждается приведенными в работе [2041 экспериментальными данными, Сравнительным исяытаниям были подвергнуты конусы длиной 32,5 см с диаметром основания !4 см. Длина зоны дождя составляла 760 м, размер дождевых капель 2 мм, скорость их падения составляла 5 см вод. ст. в час. Конусы устанавливались на ракетной тележке; скорость движения тележки составляла 885 м/с в зоне дождя.
Было найдено, что -хрупкие керамические материалы — окись алюминия и ситаллы не эродируют, а катастрофически разрушаются, Исключение составляет кварцевая керамика, эрозия которой протекает с постепенным уносом массы. Причиной этого является ее пористость и зернистая структура. Глава 1т' Применение кварцевой керамики Кварцевая керамика может быть использована во многих областях, где используется обычное кварцевое стекло, а также там, где применяется тонкая керамика или обычные огнеупорные керамические материалы. Систематические сведения по применению кварцевой керамики в литературе отсутствуют. Многие же из сообщений носят рекламный характер. Кварцевая керамика используется, преимущественно в новых или специальных областях применения керамических материалов.
Последнее обусловлено тем, что многие новые области применения керамики возникли лишь за последние годы и здесь потребовался материал с отличной термостойкостью, постоянством электрофизических свойств, высокими теплоизоляционными свойствами и способностью сохранять свои размеры при высоких температурах. Из всех известных керамических материалов этим требованиям в наибольшей мере соответствует кварцевая керамика, что и обусловило ее применение для этих целей.
Кварцевая керамика находит применение в качестве огнеупоров,как общего, так и специального назначения, для ракетно-космической техники и в ряде других областей [~15, 65). ПРИМЕНЕНИЕ В КАЧЕСТВЕ ОГНЕУПОРОВ ~Кварцевая керамика применяется, как правило, при , режимах (температура, время), не превышающих точку перехода в кристобалит. В некоторых случаях, однако, целесообразно в процессе службы производить превращение,керамики из аморфного в кристаллическое состояние, благодаря чему повышаются ее эксплуатационные свойства и значительно расширяется интервал температур службы. Температурный интервал службы изделий из кварцевой керамики обязательно должен вы- 243 бираться с учетом его продолжительности, режима работы, типа и чистоты применяемого материала.
К примеру, несмотря на весьма высокую температуру службы кварцевой керамики при использовании ее в качестве дозаторов для непрерывной разливки стали (1490 — 1510'С), последняя весьма эффективна ввиду .как малой продолжительности режима (до 1 ч), так и однократности применения. Использование кварцевой керамики в качестве теплоизоляционных огнеупоров .
особенно эффективно при высоких температурах в течение сравнительно коротких промежутков времени (до 50 — 70 ч). По мере увеличения времени или температуры службы происходит образование кристобалита. Существенное содержание последнего повышает теплопроводность кварцевоч керамики вследствие образования на границе зерен кварцевого стекла кристобалита. ,Вредное влияние образовавшегося кристобалита не проявляется при высокой температуре, так как изменение объема при фактическом переходе кварцевого стекла в кристобалит не происходит вплоть до 180 — 270"С.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
