Кварцевая керамика - Пивинский Ю.Е.
Скачать (прямая ссылка):
То, что кварцевая керамика и кварцевое стекло име» ют слабое излучение в диапазоне слабого поглощения, было проверено автором экспериментально. Излучение нагретых до 1000°С образцов из чистой кварцевой керамики с пористостью 10—12% и из кварцевого стеклэ толщиной 10 мм фиксировалось фотоэлектрическим пирометром. В качестве датчика был использован гер-
191
маниевый фотодиод ФД-К1, имеющий спектральный диапазон чувствительности 0,3—1 мкм и максимум чувствительности при 0,8 мкм. Измерения показали, что степень черноты кварцевой керамики в диапазоне 0,3—1,0 мкм при 1000°С менее 0.1.
Основным фактором, определяющим характер зависимости интегральной степени черноты, является смещение по мере увеличения температуры1 спектра излучения в сторону более коротких волн, для которых кварцевое
i 1,0 1
«0,6 1
а? пй
0,4
—
/ Г~ —x - 2 3 4
--^ ' *
500
700
900
1100
1300 t'C
'vJfS' ТеШ1е1РаТУРная зависимость степени черноты материалов-. *™»и1^^ЛКШИПИЯ с поР^тостью 3%; 2-легировавшая дауокисью хрома кварцевая керамика с пористостью 12%; 3- то же без легирования; 4 - ситалл кордиеритовой системы ' "
стекло прозрачно (см. рис. 95). Поэтому с увеличением температуры степень черноты должна уменьшаться, что подтверждается экспериментально.
Температурная зависимость степени черноты кварцевой керамики представлена на рис. 100. Измерения проводились на образцах толщиной 2 мм с пористостью 11% [193].
Введение в кварцевую керамику до 3% окиси хрома существенно повышает степень черноты, не оказывая большого влияния на другие свойства. Повышение степени черноты объясняется увеличением поглощения керамики за счет присутствия непрозрачной окиси хрома.
Снижение степени чернотьг чистой кварцевой керамики до 0,4 наблюдается до 1000°С, а затем она возрастает.вплоть до температуры плавления, достигая 0,80. Изменение степени черноты чистой и легированной Сг203 кварцевой керамики для высоких температур дано на рис. 101 [36].
Введение всего 1—2,5% легирующей добавки обеспечивает увеличение степени черноты кварцевой керамики при температурах выше 1900°С более чем в два раза,
182
Тот факт, что температура измерения превышает температуру плавления (см. рис. 101), свидетельствует о том, что эксперимент проводился на расплавленном и аблирующем материале.
Ряс. ИМ. Степень черноты чистой кварцевой керамики и легированной двуокисью хрома
1000
Спектр излучения аблирующего плавленого кварца приведен на рис. 102, где для сравнения представлены также кривые излучения абсолютно черного тела при разных температурах [194]. Если исходить из того, что температура кипения и абляции кварцевого стекла и кварцевой керамики равна 2800°С, то интегральная степень черноты по данным рис. 102 не превышает 0,4.
Изменение пористости кварцевой керамики может оказать существенное влияние на ее степень черноты, так как у пористых материалов излучающая поверхность более развита. По литературным данным, увеличение шероховатости поверхности ощутимо влияет на степень черноты [195]. Так, для графита с поверхностной по-
Длина волны, мкм
Рис. 102. Опектр «алучеиия аблирующего, кварцевого стекла и абсолютно черного тела (цифры яа юривих — температура абсолютно черноте тела) - - - - • ¦ - ..
1.93
ристостью 59% интегральная степень черноты составляла при 1000°К 0,57, а для плотного 0,86 [230]. Однако для кварцевой керамики конкретные данные по зависимости степени черноты от пористости пока отсутствуют.
Коэффициент теплового расширения
При повышении температуры атомы вещества приобретают все большую энергию, и амплитуды йх колебаний около равновесного состояния увеличиваются, причем увеличиваются больше в направлении уменьшения межатомных сил. Соответствующее отклонение межатомных расстояний от среднего значения и обусловливает увеличение геометрических размеров между атомами, молекулами и вещества в целом. Дополнительный вклад в сторону уменьшения или увеличения теплового расширения вещества может давать изменение углов связи между атомами.
Величины и удельная значимость этих составляющих и определяют абсолютное значение и температурную зависимость теплового расширения материалов, в частности кварцевого стекла. Так как тепловое расширение материала определяется только изменением состояния атомов и молекул, то тепловое расширение кварцевой керамики должно строго соответствовать тепловому расширению кварцевого стекла. Этим же определяется и тот факт, что тепловое расширение кварцевой керамики, как и других материалов, мало зависят от пористости, влажности и технологических режимов получения.
Измерения, проведенные авторами на образцах кварцевой керамики разной плотности из разных технологических партий, показали, что тепловое расширение кварцевой керамики соответствует тепловому расширению кварцевого стекла с разбросом, не превышающим ошибки измерения. С учетом всего этого в дальнейшем правомерно характеризовать тепловое расширение кварцевой керамики и данными по тепловому расширению кварцевого стекла.
Тепловое расширение вещества характеризуется обычно истинным коэффициентом теплового расширения, т, е. коэффициентом теплового расширения (КТР) гари данной температуре, и средним коэффициентом теплового расширения, т. е. коэффициентом теплового рас-
