Кварцевая керамика - Пивинский Ю.Е.
Скачать (прямая ссылка):
8» Зак. 522
203
(1,93—1,97 г/см3). Из рис. ПО видно, что и при значениях плотности выше 2,10 г/см3 наблюдается рост прочности, что соответствует обычной закономерности для различных керамических материалов, у которых прочность возрастает с уменьшением /пористости вплоть до нулевого - з н ач ен и я п оследней [203].
С увеличением температуры испытаний значение предела прочности при изгибе возрастает. По мере увеличения плотности образцов рост их прочности, вызываемой повышением температуры испытаний, становится все более значительным. Для высокоплотной керамики при 1100°С достигаются значения оИзг, равные 1750 кге/см2, а для прозрачного кварцевого стекла при этой же температуре— 1650 кгс/ем2. Увеличение прочности кварцевой керамики можно объяснить, если учесть, что она состоит из отдельных зерен стекла. Для стекла же нет четко выраженной границы начала вязкого течения при повышении температуры. Переход из твердого состояния в жидкое проявляется в непрерывном снижении вязкости с ростом температуры. И поэтому наблюдаемое увеличение прочности кварцевой керамики с повышением температуры можно объяснить возрастающей ролью вязкого течения материала, в первую очередь по границам зерен в местах воздействия больших локальных напряжений. Благодаря аморфной структуре допустимы большие микродеформации, которые в кристаллических зернах обычно вызывают появление трещин. Это обусловливает снижение концентрации напряжений на стыках зерен уже при температурах 400°С и повышает предел прочности. При дальнейшем повышении температуры вязкое течение проявляется уже в самих зернах и наблюдается общее деформирование нагружаемого образца [70].
Прочность при сжатии
В зависимости от технологических параметров и пористости прочность кварцевой керамики при сжатии изменяется от 500 до 6000 кге/см2. Зависимость прочности при сжатии от температуры обжига (в интервале 1210— 1270°С) изучена как при спекании в вакууме, так и в воздушной среде [42]. Установлено, что оСж достигает максимальных значений 5000 кгс/см2 при спекании в воздушной среде и 6000 кгс/см2— в вакууме. При этом
204
плотность материала, спеченного в вакууме, была значительно большей (до 2,15 г/см3).
Прочность пенокварцевой керамики при сжатии в интервале пористости 70—85% находится в пределах 30—60 кгс/см2 [41].
В работе [70] была изучена температурная зависимость прочности при сжатии и изгибе та кваоцевой керамике с ЯИст=|8%. Прочность при сжатии определялась на кубиках с ребром 6 мм_, скорость нагружения составляла 3 мм/мин. Прочность при изгибе определена по ГОСТ 5458—64. Результаты исследований приведены на рис. ПО. Из рисунка следует, что до 600°С Осж увеличивается слабо, а затем интенсивно нарастает.
Оизг и <Тсж до 600°С изменяются подобно и соотношение между ними выражается уравнением:
Осж = А Оизг +
где А = 1,2; В = 890 кгс/см2.
Следует отметить, что принятая при определении асж сравнительно малая скорость нагружения способствовала существенному деформированию образцов при испытании. При этом образцы, испытанные при 1100°С, оказались трапецеидальными, а при 1300°С —превращались в «лепешки». При этом происходило' и дополнительное спекание (вплоть до нулевой пористости), т. е, имел место как бы процесс горячего прессования.
Прочность при растяжении
В связи с методическими трудностями измерение прочности при растяжении хрупких керамических материалов производится редко. Не является исключением в этом отношении и кварцевая керамика. Поэтому данные по ее прочности при растяжении крайне редки.
с »000
4
g бооо
Щ 3000
I
~1
•J
400 800
t,°c
1200
Рис. ПО. Зависимость прочности кварцевой керамики с пористостью 8% от температуры при испытаниях на сжатие (7) и изгиб (2)
(75)
205
Прочность кварцевой керамики при растяжении изучалась на образцах с пористостью материала &—12%*. Испытания велись по методу «хрупких колец» [218], исключающему неосевые усилия. Размер колец при этом находился в пределах: по диаметру 200—350 мм, высоте 10 мм, толщине стенки 5—10 мм. Параллельно определялась прочность образцов при поперечном изгибе. Значения прочности керамики при растяжении колебались в пределах 190—260 кгс/см2, прочности при изгибе 220— 320 кгс/см2. Прочность материала при растяжении составила 75—85% от прочности при изгибе. Это очень высокое и необычное для керамических материалов соотношение. Чаще всего прочность керамики при растяжении в три-четыре раза меньше ее прочности при изгибе.
С увеличением температуры прочность кварцевой керамики при растяжении также возрастает [16, 18, 176, 177]. О характере зависимости можно судить, по данным работы [176, 177]: при 26, 500 и 1000°С прочность керамики при растяжении соответственно равна 112; 126 и 184 кгс/см2.
Длительная прочность
Существенной характеристикой керамики является ее прочность при продолжительных нагружениях (длительная прочность). Последнюю исследовали в работе [69]. Испытания проводились при температурах 700 и 1000°С при изгибающих напряжениях до 105 кгс/см2 по методике и на установке, описанной в работе [219]. В процессе испытания определялась длительная прочность (время до разрушения при постоянной нагрузке) и соответствующая величина деформации (прогиб). Испытания проводились на образцах с размерами 7X4X70 мм3. На основании предварительно установленных значений кратковременной прочности при выбранных температурах были рассчитаны величины нагрузки, составляющие 60, 50 и 40—35% от разрушающей для каждой температуры. Испытания проводились на образцах с пористостью 1 и 10%, Полученные результаты представлены в табл, 14 [69],
