Кварцевая керамика - Пивинский Ю.Е.
Скачать (прямая ссылка):
* неопубликованные данные н. в. титова.
Таблица 14.. Время до разрушения и прогиб в зависимости от плотности керамики и температуры испытания
Пористость, % Предел прочности при изгибе <20°С), кгс/смг Температура испытания, °С Предел прочности при изгибе, кгс/см! Прі кгс/см' тладываемая нагрузка % по отношению к О0 1 к °т Время до разрушения мин Величина прогиба мм
I 700 700 изо 565 680 50 60 80 97 2,5 Сломался сразу 0,1
1 700 1000 1740 700 900 40 52 100 130 26 5—13 0,25 0,2— —0,3
10 550 700 800 440 480 55 60 80 90 1320 720 0,32 0,35-
10 550 1000 1150 400 550 100 35 50 60 75 100 130 1520 960 13 2,19 2,5 0,22
Проведенные испытания показали, что при относительно равных нагрузках длительная прочность и величина прогиба выше у образцов с пористостью 10%. С повышением нагрузки длительная прочность уменьшается при всех значениях пористости образцов и температурах испытания. Соответствующие величины прогиба либо остаются постоянными, либо несколько падают.
С увеличением температуры испытания длительная прочность уменьшается у пористых образцов, а у плотных образцов наблюдается некоторое ее увеличение. Это явление, вероятно, связано с тем, что для пористых образцов способность к пластической деформации и соответствующей релаксации локальных напряжений проявляется при более низких температурах, поэтому возникающие в материале напряжения успевают релакси-ровать. Кроме того, нагрузка для плотных образцов более высокая по отношению к прочности материала при температуре 20°С. Величина прогиба в момент разрушения с ростом температуры испытания в целом возраста-
207
206
2Г-Г-\
\
L2
о- 1 • -Z
д-з
А-4
ет как у пористых, так и у плотных образцов. Установлена связь между временем до разрушения (длительная прочность) и величиной приложенного напряжения, которая практически не зависит от пористости образцов и
даже температуры испытания (рис. 111) в исследованных пределах .этих параметров.
Для определения максимальной температуры службы при длительной эксплуатации в работе [69] было проведено исследование процесса «старения» кварцевой керамики. Испытания проводились на об-разцах с плотностью 1,96— ЗС 2,00 и 2,14—2,16 г/см3 при температурах до 1150С в течение 50 ч (табл. 15).
Как видно из приведенных данных табл. 15, у образцов с различной плотностью после термообработки при 1100°С практически не изменились показатели плотности, пористости, прочности, а также внешний вид. Дилатометрические, рентгеновские исследования, а также метод ИК-спектроскопии показали отсутствие структурных изменений после термообработки при 1100°С в течение 50 ч.
\
2,6
2,8
Pwc. lit. Зависимость времени до разрушения х от напряжения О:
/ — пористость 1%, температура 700°С; г-то же, \\ и 1000 С; 3 — то же, 10% и 700°С; 4 — то же, 10% и 1000°С
Таблица 15. Изменение свойств кварцевой керамики после «старении» в течение 50 ч
Температура, °С Кажущаяся плотность, г/см3 П( ристость, % Предел прочности при изгибе, кгс/см2
обжига термообработки- (старения)
до старения после старения до старения после старения до старения после старения
1200 1100 1150 1,98 1,98 2,00 2,12 10 ?0 10 4 350 350 350
1320 п _..... 1100 1150 2,15 2,16 2,16 2,15 3 2,5 2,5 3 700 700 700
старее не" ^7яеетсяПРппНТепм?ГТ^«1100ОС МеШИИЙ вид °6v*™» ™™ поверхность меняется' ПРН 1150 С-наблюдаются скалы, трещины, чешуйчатая
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 исследование показало, что на плотных образцах коэффициент линейного расширения не изменялся, что свидетельствует об отсутствии изменений во внутренних слоях. Рентгенограммы и ИК-опектры, снятые с поверхностного слоя, показали явное наличие юристобалита. Следовательно, природа «старения» кварцевой керамики заключается в кристаллизации. Этот процесс протекает вначале на поверхности образцов и лишь при весьма длительном времени старения может распространиться на внутренние слои.
Модуль упругости
Кварцевая керамика, как и большинство других ее видов и стекол, является при комнатной температуре хрупким материалом, для которого полностью справедлив закон Гука. При нулевой пористости модуль упругости кварцевой керамики соответствует значению модуля кварцевого стекла, равного 0,71 -106 кгс/см2 [202]. С увеличением пористости модуль упругости может уменьшаться на порядок.
Зависимость модуля упругости от пористости кварце-., вой керамики была исследована авторами при комнатной температуре динамическим (кривая 1) и статическим (кривая 2) методами на образцах 120X20X3 мм [45]. Полученные экспериментальные данные для образцов с пористостью 1,5; 8,6 и 18,2% представлены на рис. 112. Исходная пористость сырца составляла 22—26%- Кривая 3 на рис. 112 соответствует изменению статического модуля упругости образцов с исходной пористостью сырца 13—15%. 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 спекания в данном случае понимается показатель, определяющий, насколько полно происходит процесс срастания и скрепления отдельных зерен стекла друг с другом. В частности, у необожженного материала каждое зерно
