Кварцевая керамика - Пивинский Ю.Е.
Скачать (прямая ссылка):
200
рост и высшие показатели аИзг отмечаются для керамики, полученной на основе высокоплотных отливок (кривые 3). С уменьшением пористости отливок до 10% и при среднедисперсном составе (кривая 7) наблюдается еще более резкое увеличение прироста прочности.
Для всех трех партий материала наблюдается близкая к прямолинейной зависимость оШг от пористости до тек пор, пока пористость обожженного материала не уменьшается вдвое по сравнению с пористостью отливки. В дальнейшем наблюдается или замедленный рост оШг (кривые 1—3), или ее падение (кривая 4). Указанная особенность, видимо, обусловлена следующим. Температура спекания, необходимая для достижения низких значений пористости, находится в интервале температур 1300—1400°С, т. е. в области температур возможной кристаллизации. Особенно существенно это сказывается на материале, полученном на основе крупнодисперсных шликерных отливок с повышенной пористостью (кривая 3). Если для материала, соответствующего кривым 1—3, пористость менее 5% достигается при температурах 1260—1300°С, то для материала, соответствующего кривой 4, при 1350—1400°С. Это и обусловливает существенную кристаллизацию материала и, как следствие, падение ее прочности.
Характерно то, что для керамики, полученной из высокоплотных отливок, высокие значения прочности достигаются при малых показателях огневых усадок. Как следует из рис. 107, даже при усадке 1 % для материала, соответствующего кривой 7, достигается прочность 640 кгс/см2. В то же время материал на основе менее плотных отливок (кривые 3, 4) при усадке 1 % обладает прочностью 50—90 кгс/см2. Аналогичная зависимость проявляется и при других величинах; усадок.
ПоказаЯая на рис. 107 зависимость сгИзг. — Пи является закономерной для случая, когда образцы с повышенной пористостью получены двустадийным методом без стабилизации. Если же образцы с повышенной пористостью получены посредством литья из коагулированных (добавкой кислоты до рН=1-г-2) предварительно стабилизированных суспензий, то зависимость Оизг. — Яи для них существенно отличается.
Так, например, на основе среднедисперсной предварительно стабилизированной, высокоплотной (рс = = 1,91 г/см3) суспензии, отливки из которой имели
8 Зак. 522
201
#отл=П% были получены образцы с исходной пористостью 20%*. Образцы, спеченные до пористости 16,5%, имели при этом Оизг=400, а до Яи=13°/о — 700 кгс/см2.** При дальнейшем спекании (уменьшении пористости) прочность несколько уменьшалась вследствие начальной кристаллизации. Характерно, что указанные образцы при равной прочности с образцами на основе высокоплотных отливок обладали меньшими на 20—40% значениями модуля .упругости. Последнее может представить существенный интерес для получения кварцевой керамики с повышенной термостойкостью.
Способность керамики упрочняться в процессе спекания в зависимости от величины огневой усадки или, что эквивалентно, от уменьшения пористости, можно оценить посредством удельного прироста прочности оуд из соотношения
вуп = (Окон -0-исх)/аяи
(74)
где окош Оисх — ооответственно конечная и исходная прочность керамики в рассматриваемом интервале пористости Пи. Например, для кривых, показанных на рис. 107, о-уд в 'интервале уменьшения пористости на 6% (усадка 2°/0) составляет: для кривой 7 — 135, для кривой 2—96, кривой 3 — 30, кривой 4 — 20 кгс/см2.
Как и для других керамических материалов [203], для кварцевой керамики наблюдается существенный разброс значений прочности в одной партии. Кривая вероятностного распределения предела прочности при изгибе, построенная по значениям Оизг 100 образцов, показана на рис. 108. Как следует из рисунка, кривая несимметрична. На меньшие значения проч-
ное
300 400 500 600 бизг,кгс/смг
700
Рис. 108. Вероятностное распределение предела прочности при изгибе кварцевой керамики с истинной пористостью 7±1% в крупногабаритном изделии
* Для этого суспензии перед литьем коагулировались до рН=1,5.
** Исследование проведено авторами совместно с Е. И. Суз-дальцевым.
202
ности по сравнению с наиболее вероятным (670 юге/см2) приходится большее число образцов.
Одной из характерных особенностей кварцевой керамики, по сравнению с другими керамиками, является увеличение значений прочности с ростом температуры, что было отмечено или исследовано в целом ряде работ [16, 18, 37, 69, 70]. Известно [90], что прочность прозрачного и непрозрачного кварцевого стекла возрастает от значений 1100 и 450 кгс/ом2 при 20°С до 1420 и
2000
1500
1000
500
0~
1100 "с
1 / / У 901fr,
~20°С
200
600 1DDD°C 1,9 2,0 2,1 г/см3
Рис. 109. Зависимость предела прочности кварцевой керамики при изгибе от температуры (а) и плотности (б)
550 кгс/см2 при 800°С; 1700 и 650 кгс/см2 при 1200°С соответственно.
Температурная зависимость прочности при изгибе в зависимости от пористости (плотности) кварцевой керамики, полученной из высокоплотных шликерных отливок, исследовалась в работе [69]. Прочность при этом исследовалась на образцах ,с кажущейся плотностью 1,95; 2,00; 2,12; 2,;19 г/см3 при 20, 500, 700 и 1100°С по методике [217]. Из рис. 109 видно, что с увеличением кажущейся плотности предел прочности при изгибе при всех температурах испытаний закономерно возрастает. Особенно резкое возрастание прочности при изменении кажущейся плотности от 1,95 до 2,00 г/см3 связано, по-видимому, с тем, что образцы, имеющие плотность 1,95 г/см3, фактически почти не подвергались процессу спекания в обжиге; плотность исходных отливок колеблется в пределах 1,90—1,94 г/см3, т. е. весьма близка к плотности образцов, обожженных при 1180°С
