Кварцевая керамика - Пивинский Ю.Е.
Скачать (прямая ссылка):
В работе [57] разработан способ вспенивания пено-кварцевой керамики, с помощью которого достигается резкое упрочнение пеномассы до и после сушки. Последнее достигается посредством введения небольшого количества желатины и формалина (2—4%). Этот процесс, однако, достаточно полно и быстро протекает только при отрицательных температурах (минус 10 —минус 25°С), Устойчивость пеномасс при введении формалина' сохраняется при рН в пределах 4—6, что достигается добавкой фосфорной кислоты. При использовании этого метода полуфабрикат непосредственно после размораживания освобождают из формы и подвергают сушке.
В качестве исходного сырья для получения керамики по описанному методу было использовано непрозрачное кварцевое стекло (стеклобрус) с содержанием 97,94% БЮг. Для подавления кристаллизации вводили 3—5% бората кальция.
После дробления .и электромагнитной сепарации материал измельчался сухим методом до удельной поверхности 5300—6000 см2/г. На основе порошков приготовляли суспензии влажностью 32—42%. В суспензию вводили смолосапониновую вытяжку из мыльного корня в количестве 10—20% на твердую фазу, фосфорную кислоту и желатину (2—4%). После перемешивания и взбивания суспензии в пеномассу вводили 4%-ный раствор формалина в количестве 40% от массы желатины. Отливку изделий вели в разъемные металлические формы,
158
кбтбрыё Помещали Ё холодильную камеру, где выдерживали 10—18 ч при температуре минус 20—25°С. После размораживания изделия освобождали из формы и устанавливали между двумя сетчатыми электродами сушильной камеры, к которым подводился ток частотой 20—25 м>Гц. Сушка изделий до -остаточной влажности 1,5% длилась 0,5—4 ч (в зависимости от размера и объемного веса материала). .
Растрескивания при сушке не наблюдалось. Прочность при сжатии материала с плотностью 0,8—0,9 г/см3 составляла 10—15 кгс/ см2.
Существует принципиальная возможность получения высокопористой кварцевой керамики вакуум-термическим способом [164], основанным на способности кварцевого стекла или керамического полуфабриката из кварцевого стекла вспучиваться при нагревании в вакууме вследствие наличия в массе многочисленных газовых включений (пор) растворенных газов. При нагревании заготовок до температуры размягчения происходит резкое увеличение объема, образуется ячеистая структура с частично замкнутыми порами (при плотности материала до 0,25—0,30 г/см3). Пористость и размеры пор определяются режимом вакуум-термической обработки. Недостатком материалов, полученных указанным способом, является присутствие пор больших размеров и трудность регулирования структуры.
Пористые материалы на основе кварцевого стекла получены также с использованием поропластов [40]. При этом рекомендован следующий состав: 41,6% кварцевого стекла; 31,2% алюмофосфатной связки; 15,6% глицеринового эфира адипиновой кислоты; 11,6% вспе-нивателя (толуилендинзоцианат). При этом получены материалы с пористостью 82—в6% и прочностью при сжатии 14—36 кгс/см2.
Для создания теплозащитной кварцевой пенокерамики с повышенной механической прочностью и другими эксплуатационными характеристиками была изготовлена керамика, пропитанная смолами [20].
В качестве пропитывающих материалов для пеноке рамики были изучены смолы на основе фенола и термопласты. При пропитке керамики фенольными или фенил-силановыми смолами получались бездефектные керамические материалы, при использовании же термопластичных составов образовывались трещины или другие по-
159
вреждения структуры. Этот Недостаток устраняли путем пропитки смесью термопластичных и термореактивных смол.
СПЕКАНИЕ КВАРЦЕВОЙ КЕРАМИКИ
Теория спекания
В настоящее время является общепризнанным, что механизмом спекания тел, сформованных из аморфных порошков, не кристаллизующихся" в процессе спекания, является вязкое течение [65, 168—170].
Процесс спекания твердых кристаллических однофазных тел под действием сил поверхностного натяжения был впервые рассмотрен Френкелем [171] и с точки зрения развитой им молекулярно-кинетической теории твердых и жидких тел трактовался как процесс вязкого объемного течения частиц. Предполагалось, что процесс вязкого течения в кристаллических телах имеет такой же характер, как в жидкостях и аморфных телах, т. е. происходит путем миграции подвижных дырок. Теория спекания, в основу которой положен механизм вязкого течения, рассмотрена на идеализированных моделях (шариках) и ее нельзя применить непосредственно для реальных порошковых тел [65]. Расчеты по выведенным зависимостям скорости заплывания сферической поры и скорости роста контакта между двумя сферическими частицами показали, что скорость спекания в рамках выбранных моделей постоянна, в то время как опытами и практикой установлено, что скорость спекания со временем уменьшается.
Для начальной стадии спекания, по Френкелю, существует линейная зависимость площадки контакта от времени
2 т)
где у — радиус площади контакта; г0 — исходный радиус шарика; о — поверхностное натяжение; ц — коэффициент вязкости; т — время.
Для заключительной стадии спекания Френкелем предложено уравнение
