Кварцевая керамика - Пивинский Ю.Е.
Скачать (прямая ссылка):
209
не скреплено с соседними, кроме сил трения, и поэтому он характеризуется нулевой степенью спекания.
Для получения в спеченном материале одинаковой пористости при меньшей плотности исходной отливки необходима большая степень спекания. С повышением степени спекания зерна образуют монолитный плотный каркас, тогда как малая степень спекания допускает
80
ВО
41
40
20
1
10
1Ь
Рас. ШВ. Зависимость динамического (1) и статического (2) модулей упругости от пористости кварцевой керамики с исходной пористостью отливок 22—26% и статического модуля (3) при пористости отливок 13—15%
некоторую свободу перемещения зерен по границам. Степень спекания для исследовавшихся образцов регулировалась за счет изменения температуры от 1100 до 1350°С при постоянном времени обжига (1 ч).
Кривые 1 и 2 с точностью до 5% описываются линейным уравнением
Я = ?0(1-4Я), (76)
где Е и Е0 — модули упругости при пористости П и нулевой.
Значения пористости в уравнении взяты в относительных объемных долях. Увеличение пористости на 1 % вызывает снижение модуля упругости на 4% в диапазоне пористости от 0,5 до 18%.
Значения динамического модуля упругости, определенного резонансным методом на тех же образцах, оказались на 5—10% выше статического. Его зависимость от пористости также описывается уравнением (76), но ?0= 0,74.106 кгс/см2.
Полученная линейная зависимость модуля упругости согласуется с данными для других видов окисной керамики, но расходится с данными работы [30], в которой отмечается степенная зависимость модуля упругости
210
0,8
0,6
'-0,4
?5
02
-.—-»
20
П,%
40
Рис. ИЗ. Влияние пористости на модуль упругости кварцевой керамики
кварцевой керамики от пористости. Это расхождение может быть обусловлено тем фактом, что для получения образцов с разной пористостью были взяты исходные отливки разной плотности. Полученная в этом случае зависимость модуля упругости от пористости обожженных образцов из кварцевой керамики дана на рис. 113 [36].
Интересно отметить, что значение статического модуля упругости кварцевой керамики, как и других видов керамики, ощутимо зависит от геометрии исследуемых образцов. Нами было проведено сравнение результатов изменения модуля упругости на образцах 1'20Х Х20Х5 мм и 120X20X3 мм. Чтобы обеспечить идентичность материала образцов после четырехкратных замеров образцы с толщиной 5 мм были обработаны до толщины 3 мм. Оказалось, что статический модуль упругости, определенный на 5-мм образцах, на 11—14% выше, чем на 3-мм.
Повышение влагосодержания образцов вплоть до полной пропитки водой не приводило к ощутимому изменению их модуля упругости.
Температурная зависимость динамического модуля упругости была исследована на тех же образцах, что и зависимость статического и динамического модулей упругости от пористости. Снижение динамического модуля упругости до 800°С не обнаружено.
По модулю сдвига кварцевой керамики данных не опубликовано, однако его можно рассчитать из значений модуля упругости при одноосном растяжении или сжатии и коэффициента Пуассона по известному соотношению
а= * . (77>
2 (1 + н)
Коэффициент Пуассона
Коэффициент Пуассона характеризует отношение деформации материала в направлении, перпендикулярном действующей нагрузке, к деформации в параллельном нагрузке направлении при одноосном растяжении или
211
сжатии. Для высокоплотной кварцевой керамики коэффициент Пуассона равен его значению для кварцевого стекла и составляет 0,168 [205].
Для кварцевой керамики с пористостью 16% приводится значение коэффициента Пуассона 0,17 [204], что хорошо согласуется с данными для плотной керамики и стекла.
По сравнению с другими керамическими материалами кварцевая керамика имеет, несколько меньший коэффициент Пуассона, что в некоторой мере повышает ее термостойкость.
Пластическая деформация
Как уже отмечалось, кварцевая керамика, являясь аморфным материалом, не имеет четко выраженной температуры плавления, и ее необратимая деформация должна плавно возрастать с ростом температуры по мере уменьшения вязкости кварцевого стекла, изменение которой было показано ранее. В твердом состоянии аморфное вещество имеет коэффициент динамической вязкости более 1013 — 1014 Я [201] .
I
1100
t°c
1300 1500 1700
\\ х |\ \
V
/
1 2
* } V
----
Рис. 114. Кривые деформации образцов под нагрузкой 2 кгс/см2
1, 2— При плотности 1,90—1,92 г/см3 (два параллельных испытания); 3 — при плотности 2,15—
2,17 г/см2
212
t.°C
Ч
С увеличением пористости эффективная вязкость уменьшается. В диапазоне температур 1100—1700°С поведение кварцевой керамики под действием напряжений в 2 кгс/см2 по методике [220] исследована в работе [691. Полученные кривые деформации показаны на рис. 114. Характер кривых деформации аналогичен для образцов разной пористости. Наиболее интенсивно деформация наблюдается от 1300 до 1500°С, а затем почти прекращается до размягчения при 1700°С. Прекращение деформации после 1400°С объяснено образованием при этих температурах кри-етобалита.
