Пивинский Ю.Е., Ромашин А.Г. - Кварцевая керамика (1049256), страница 44
Текст из файла (страница 44)
Через них разливали по 160 †2 т стали. Кварцевая керамика для этой цели была получена иа основе непрозрачного кварцевого стекла (кварцевого бруса) и обладала следующими свойствами: плотность 1,80 г/смз, а, 850 кгс/смз, о,-., 220 кгс/смз. На основе плавленого кварца и гидравлически твердеющего связующего были получены безобжиговые фасонные изделия, применяемые в качестве огнеупора для стекловаренных печей [80!. Такие материалы хорошо противостоят воздействию шихты, После годичной эксплуатации огнеупор состоял из 60 — 83з/, тридимита, 15— 25% кристобалита и 7 — 1774 аморфного 810ь Высокая термостойкость огнеупора при нижнем пределе падения температуры 800'С обеспечивает длительный срок службы в стекловаренных печах.
ПРИМЕНЕНИЕ В РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОИ ТЕХНИКЕ Кварцевая керамика рассматривается как перспективный материал для ракетной и космической техники [16!. Многочисленные составные элементы ракетных я летательных устройств со сверхзвуковой скоростью полета или требуют тепловой защиты, или должны быть изготовлены из огнеупорных или термостойких мате- 249 риалов. К наиболее характерным элементам подобного типа относятся: передние кромки, головные части ракет (носовые конусы), обтекатели антенн, сопла и втулки ракетных двигателей твердого топлива, радиопрозрачные окна. Хотя материал, используемый для каждого из элементов доджен обладать целым рядом свойств, характерных для специфичной функции каждого элемента, все они должны выдерживать высокие температуры нагрева [16).
Исключительное внимание в последние годы уделяется разработке радиопрозрачных обтекателей антенн летательных аппаратов (самолетов, ракет и космических аппаратов). Это обусловлено повышением требований к радиотехническим, термомеханическим и аэродинамическим характеристикам обтекателей вследствие возрастания скоростей летательных аппаратов. В связи с этим к обтекателям предъявляется сложный комплекс требований. Они должны обладать приемлемыми радиотехническими характеристиками (от которых зависит дальность действия и точность работы радиолокациочного оборудования) и одновременно защищать находящиеся под ними антенны и радиолокационное оборудование от внешних воздействий.
Для изготовления обтекателей все шире начинают внедряться новые керамические материалы и одним из самых перспективных материалов для данной цели является кварцевая керамика [16, 361. Существенный интерес, проявляемый к кварцевой керамике как к перспективному материалу для обтекателей, обусловлен комплексом ценных свойств, которым обладает этот материал. Важнейшими из них являются: низкий, коэффициент термического расширения, малая теплопроводность, стабильность диэлектрической прони,цаемости в широкой области температур, малые диэлектрические потери, высокая вязкость расплава. На эксплуатационные характеристики кварцевой керамики при применении ее в обтекателях оказывает влияние пористость. Поглощение влаги приводит к изменению электрических свойств обтекателя, что ведет к необходимости его герметизации.
Последняя может быть, достигнута нанесением (методом напыления) тонкого слоя тефлона [!6). Покрытие нз тефлона предотвращает поглощение влаги и сублимирует в полете, не оставляя обугливающегося слоя, который может ухуд- шить радиопрозрачность, Герметизация поверхности обтекателей может достигаться также поверхностным оплавлением в пламенной струе [16]. Уменьшение пористости обтекателей из кварцевой керамики достигалось пропнткой в орга~носнлнкатном растворе и обработкой серной кислотой с последующей двухступенчатой просушкой [33!. Технология изготовления обтекателей из кварцевой керамики описана в работе [311, где было изучено литье обтекателей методом шликерного литья — сливным и наливным, По спивному методу гипсовую форму', воспроизводя~щую наружную конфигурацию обтекателя, заполняют суспензией, выдерживают определенное время, достаточное для набора заданной толщины стенки, и затем сливают.
Для ускорения процесса литья на суспензию передавалось давление до 2 кгс1смз. Недостатком такого метода формования обтекателей являлась разнотолщинность отливок по высоте, обусловленная осаждением и, соответственно, ускорением набора массы в нижней части. В связи с этим теми же авторами [311 был разработан процесс высокоточного литья наливным методом. Соглаоно этому методу в гипсовую форму, воспроизводившую наружный контур обтекатедя, вставлялся алюминиевый сердечник с внутренним контуром обтекателя, после чего под давлением подавалась суспензия с последующей выдержкой в течение 1 — 2 ч, достаточной для формования обтекателя. Устройство формы обеспечивало высокую точность ее сочленения и центровки с сердечником.
Спекание отливок осуществляли при температуре о 1200 С незначительнои усадкои. Благодаря высокои точности формового комплекта, незначительной усадке прн сушке и обжиге (до ! о1о) представилось возможным получить обтекатели без механической обработки, Максимальный размер обтекателей, полученных шликерным литьем, по высоте составил 1220 мм, по диаметру 6110 мм. ' В книге В. 1!. Прянишникова [7] при рассмотрении, работ (27, 31) ошибочно указывается, что шликериое литье абтокителей осуществляется в пластмассовые формы. Ошибка обусловлена, по всей видимости, неправильным переводом термина яр1яз1сг шо16» (гипсоввя форма).
251 Важной характеристикой материалов для обтекателей является их излучательная способность. В связи с тем что при высокотемпературном нагреве часть энергии будет уноситься излучением, увеличение коэффициента черноты материалов мажет значительно снизить температуру на поверхности обтекателя. С этой целью рекомендуются добавки до 2,5% СгХОз 1361. Кварцевая керамика может применяться также в качестве антенных окон летательных аппаратов (34). Из-за существенного нагрева при вхождении таких аппаратов в плотные слои атмосферы, а также по условиям их службы, к материалу окон предъявляются жесткие требования в отношении огнеупорности, термостойкости, абляционных свойств, постоя~яства электрических характеристик. Отмечается, что для этой цели может применяться как высокоплогная кварцевая керамика горячего прессования (с порнстостью до 2%), так и полученная шликерным литьем с порисгостью 10%.
При этом пористая керамика обладает большей термостойкостью. Проведено успешное испытание данных материалов в условиях, имитирукнцих вхождение космического аппарата в атмосферу. Эксперименты проводились с использованием плазменного генератора мощностью 10 мВт, дающего высокотемпературный поток воздуха.
Существенная роль керамическим материалам отводится для решения проблемы теплозащиты аппаратов от тепла, .поступающего извне. С особой остротой эта проблема встала в связи с необходимостью возвращения на землю космических объектов, входящих в земную атмосферу с огромной скоростью, В плотных слоях атмосферы их поверхность нагревается до температур, превышающих 2000'С.
С целью создания теплозащитного материала для космических кораблей была разработана и исследована кварцевая пенокерамика, пропитанная смолами )25). Такой материал обладает повышенной устойчивостью к механическому, тепловому и химическому воздействию вследствие того, что поры каркаса керамики заполнены твердым веществом, сублимирующим йли разлагаючцимся при высоких температурах, Наиболее подходящей для указанной цели оказались пенокерамика с открытой пористостью 85 — 90%.
Даже частичная пропитка фенольной смолой, увеличивающая объемную массу на 25 — 40%, приводила к росту о,я, в 3,'5 — 9 раз. ,Нагревающаяся при вхождении в платные слои атмосферы пропитанная пенокерамика возвращает за счет излучения в пространство значительную часть приобретаемого ею тепла. Наполнитель поглощает тепло за счет пиролиза. Газообразные продукты разложения при этом охлаждают керамику по мере того, как они поступаютиз зоны пнролиза к поверхности. Характерно, что кварцевая пенокерамика, применяемая для указанного типа композиционного материала, имеет преимущество перед другими видами пенокерамнки (например, на основе А!зОз, 2гОз). Для применения теплоизоляционной керамики в космической технике масса системы является одпнм из основных показателей, По теплоизоляционным свойствам, отнесенным к одинаковому показателю по массе, упомянутые керамические материалы в порядке улучшения своих теплоизоляционных свойств располагаются в следующий ряд: А1зОз ХгОз 81Оь чему соответствуют уменьшающиеся значения произведения рХ(р — объемная масса пенокерамикн, л — коэффициент ее теплопроводности); 10,5 3,4 1,8.
Для сравнения теплозащитной эффективности пропитанной пенокерамики из А1зОм ХгОз и 810з на образцах толщиной 25,4 мм осуществляется нагрев пламенем кислородно-ацетиленовой горелки. Тепловой поток составлял от 68 до 204 икал/(мз с). При этом время, необходимое для повышении температуры пенокерамикн до 230'С, было следующим: для А!,Оз 13 мин, ХгОэ 19 мин, 810з 24 мин.
В работе 1161 описана технология изготовления жаростойкой футеровки для ракетных сопел из кварцевой керамики. В связи с тем, что сам кремнезем не может быть использовав для изготовления сопла ракетного двигателя на твердом топливе при температуре его горения 3000 — 3400'С, сопло изготавливают из вольфрама. Вольфрамовая же деталь в ракетной конструкции закрепляется посредством опорных теплоизоляционных деталей из кварцевой керамики. Керамическая опора прн этом плотно облегает вольфрамовое сопло.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
