Кварцевая керамика - Пивинский Ю.Е.
Скачать (прямая ссылка):
194
ширения, усредненным на рассматриваемый интервал температур.
Зависимость истинного КТР кварцевого стекла в интервале от 270 до 1200°С, по обобщенным данным работы [196], показана на рис. 103. Отличительной особенностью этой зависимости является ее сложный характер и очень малое значение истинного КТР во всем диапазоне температур—на порядок ниже КТР окисных керамических материалов. В этом отношении кварцевое
Рис. 103. Зависимость коэффициента теплового расширения кварцевого стекла от температуры;.
/ — по данным Уайта; 2 —по данным Гиббонса; 3 — по данным Бигги и др.; 4 — по данным Отто и Томаса
стекло и керамика на его основе являются уникальными материалами.
При температуре 200°С коэффициент теплового расширения кварцевой керамики, по нашим измерениям и данным других исследователей, составляет (0,5— 0,6) 10~6 град-1, что соответствует КТР кварцевого стекла при этой температуре.
Для практического пользования в табл. 13 приведены значения истинного КТР кварцевого стекла [196].
В интервале 20—900°С средний коэффициент теплового расширения равен 5-Ю"7 град-1 [202].
На рис. 104 дана кривая теплового расширения кварцевой керамики 7941М [190]. Наблюдаемое резкое уменьшение размеров образца после 1100°С вызвано на-
195
Таблица 13. Истинный коэффициент теплового расширения кварцевого стекла
г. °С О-10'. —1 град г, °С а-Ю». —1 град Л °С а-Ю7, —1 град г, °С а-Ю'. —I град
0 25 50 3,83 4,19 4,51 100 150 200 5,02 5,37 5,59 250 300 5,72 5,79 350 400 5,79 5,76
чалом кристаллизации, сопровождающейся появлением кристобалита и резким уменьшением объема вещества. Плотность кварцевого стекла в аморфном состоянии равна 2,202, а кристобалита 2,32 г/ом3. Эта разность плотностей вызывает уменьшение геометрических размеров. Абсолютная величина этого изменения зависит от степени кристаллизации ке- 2д рамики, что в свою очередь определяется температурой и временем эксплуатации изделия.
I
'fe
^ х
10
1,6
1,2 Ofi
3
1 2 і
/ 1 i
400
1200
800 і,°Г
Рис. 104. Расширение кварцевой керамики 794ІМ при длительном нагреве
О 100 300 500 700 900 + °г
Рис. 105. Тепловое расширение образцов: 1 — кварцевая керамика с пористостью менее 1%, по-лученая из высокоплотной отливки, обжиг 1350°С — 1ч; 2 — кварцевая керамика с пористостью 10%, полученная из отливки повышенной пористости, отжиг 1Э50°С — 1 ч, содержание кристобалита около 10%; 3 — эталон кристобалита
На рис. 105 показано, по [48] тепловое расширение трех видов керамики: содержащей кристобалит (кривая 2), без него (кривая /) и эталона кристобалита (кривая 3). Как следует из рисунка, кристобалитсодер-жащая керамика (кривая 2) обладает пониженной по сравнению с эталоном температурой перехода 6- в а-кри-стобалит (170—180°С), что ихарактерно для плохо упорядоченного кристобалита [1—5].
В ряду случаев в плотноспеченных образцах были замечены отдельные образования кристобалита, которые, однако, не повышали заметно КТР [51]. Как было подтверждено петрографическими исследованиями, этот факт объясняется тем, что вокруг кристобалитных образований в материале образуются определенные разрывы, составляющие по ширине несколько процентов от диаметра кристобалитных включений. Образуются они, по всей видимости, вследствие превращения а- в р-кри-стобалит, сопровождающегося существенным уменьшением объема. При нагревании же материала обратное превращение р- в а-кристобалит происходит с расширением кристобалитных образований с заполнением мест разрыва без общего удлинения1 образца. Поэтому только определенное равномерно распределенное количество кристобалита может повысить КТР материала.
Здесь еще раз целесообразно отметить, что переход кварцевого стекла и керамики на его основе из аморфного состояния в кристаллическое при температуре П00°С не является обязательным фазовым превращением материала. Поэтому при эксплуатации допустимы многократные нагревы и охлаждения кварцевой керамики вплоть до расплавления без появления кристаллических фаз. Практический опыт эксплуатации изделий из кварцевой керамики полностью подтвердил это.
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Механические свойства кварцевой керамики в большей степени, чем какие-либо другие, определяются ее керамоподобной структурой, в частности зернистым строением и пористостью. Это предопределяет основные закономерности изменения механических свойств от пористости и технологических факторов. Аморфная структура отдельных зерен проявляет себя в температурной зависимости прочности. По данным авторов, микротвердость кварцевой керамики, определяемая в пределах одного зерна, в зависимости от пористости изменяется от 1300 до 2500 кгс/мм2. Измерение проводилось на микротвердомере ПМТ-3 при нагрузке на индвнтор 20 г. Твердость плотной (пористость 3%) кварцевой керамики, по Моосу, равна 5,5 [202]. С увеличением пористости до 20% твердость уменьшается в два-три раза. Кроме того, твердость в значительной мере зависит от степени спекания керамики.
197
196
. Высокая твердость кварцевой керамики затрудняетг обработку изделий из нее. Поэтому для обработки приходится применять шлифование с использованием алмазного инструмента. По этой же причине не удается! применять токарную обработку каким-либо инструментом.
