Кварцевая керамика - Пивинский Ю.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Прочность при изгибе*
По литературным данным, показатели предела прочности кварцевой керамики при изгибе изменяются в интервале 30—800 кгс/см2 [15, 18, 19—24, 30, 37, 3&. 42—49, 51, 53, 67, 69, 70]. Основной причиной низкош механической прочности кварцевой керамики, исследованной в большинстве работ [12, 13, 16, 19, 20, 37, 38;. 42], является малая степень спекания, а также выса-кая пористость или частичная кристаллизация материала.
В работах отмечается снижение прочности кварцевой керамики по мере увеличения плотности после достижения ее определенного значения. Это обусловлено тем;, что для достижения более высоких значений плотности: требуются повышенные температуры спекания, что приводит вместе с тем и к увеличению содержания крието-балита. Например, в работе [37] керамика, обожженная; при П50°С, обладала пористостью 16,3% и сгИзг — 300 кгс/см2, при 1250°С соответственно^ 1!Ц9% и-' 200 кгс/см2, при 1300°С — 9,1 % и ! 00 кгс/см2.
Снижение прочности с повышением содержания кри-стобалита объясняется появлением в процессе обжига-и охлаждения внутренних микроструктурных напряжений, обусловленных разностью коэффициентов теплового расширения аморфной и кристаллической фаз.
В работе [12] установлено, что прочность при изгибе" кварцевой керамики на основе синтетического кремнезема достигает максимальных значений (300 кгс/см2); при содержании кристобалита до 5%.
На рис. 106 показано изменение прочности кварцевой керамики при изгибе в зависимости от температуры: обжига и содержания кристобалита, образовавшегося в-процессе обжига. Время обжига для всех температур-составляло 2 ч [16].
В условиях эксперимента наблюдалось повышение-прочности, хотя содержание кристобалита увеличилось. Это можно объяснить одновременным возрастанием!
198
350
зл
2,5
2,0
степени спекания материала, что оказывало более эффективное влияние на прочность, чем появление малых количеств кристобалита.
Таким образом, у кварцевой керамики в случае даже частичной ее кристаллизации "не выполняется типичная для других керамических материалов взаимосвязь между пористостью и прочностью. Максимальные значения прочности кварцевой керамики отмечались при следующих значенияк пористости: в работе [16] 10—12% <аизг <420 кгс/см2), в работе [20] 30—32% (яшч< ч< 35 кгс/см2), в работе [42] 18—20% (оизг х<170, ,0СЖ = 6ОО кгс/см2), в работах [37, 38] 16—18% (оизг<310, <Тсж=1500 кгс/см2). В связи с малой механической прочностью кварцевой керамики предлагались тразличные способы ее по--вышения. В частности, по- &20\ -средством пропитки квар-щевой керамики этилси-ликатом-40 с последую-тщим его разложением в тпроцессе термообработки сдалось понизить пористость материала с 30—32 д .до 15% с одновременным т
увеличением СГиаг с 25—
.35 до 200 кгс/см2 [20]. В другой работе [42] посредством пропитки крем-шийорганическими смола-:ми пористость "была понижена с 18—20 до 12,5—
16% С увеличением Оки-СО 170 до 250 и Осж с 600 .до 1000 кгс/см2.
В дальнейшем для получения кварцевой керамики с повышенными показателями прочности и плотности бы-¦ ли предложены другие пути, позволившие получить материал с прочностью и плотностью, близкой к тако-1Вой для кварцевого стекла [45—48, 51, 52]. В отличие от предшествующих исследований в указанных работах <были достигнуты оптимальные технологические парамет-ipы, позволившие получить высокоплотный полуфабрикат на стадии формования и не кристаллизующийся в лроцессе спекания. При этом существенно и то, что ука-
по
/ / / У
'<<г
-
' 5
1157
1215
1265
Рис. 106. Изменение прочности кварцевой керамики при изгибе по мере увеличения содержания кристобалита: / — прочность; 2 — содержание кристобалита
199
занные свойства достигаются при низких показателях объемного изменения материала при спекании.
В качестве примера влияния исходной характеристики полуфабриката на прочностные свойства кварцевой керамики на рис. 107 показана зависимость средних значений Ошг от пористости материала, полученного из четырех различных партий шликерных отливок [51]. Различные значения пористости материала достигались регулированием температуры спекания в интервале
Рис. 107. Зависимость предела прочности при изгибе кварцевой керамики от пористости и линейной усадки при обжиге для материалов, полученных по различной технологии: / — одностадийный метод со стабилизацией, средиеднсперсный состав, Потл—11%; 2 — то же, крупнодисперсный состав, Потл — 13,7%; 3 — д вуста дийный без стабилизации, тонкодис-лерсный состав, Яотл —22%; 4 — то же, крупнодисперсный состав, Яотл =26%
1100—1350°С (при выдержке 1 ч). Там же показана зависимость оИзг от показателя усадки при спекании.
Как следует из рисунка, характер изменения оИзг от пористости для различных партий существенно отличается. Прочность керамики, полученной на основе отливок с повышенной пористостью и крупным зерновым составом (кривые 3), медленно повышается до Яи=10-г- 12% и в дальнейшем уменьшается. Максимальные значения Оизг при этом не превышают 270 кгс/см2. Для отливок тонко дисперсного состава и с несколько меньшей пористостью (кривые 2) наблюдается более резкий рост Оизг и более высокие максимальные ее значения (до 420 кгс/см2). Наиболее резкий
