Кварцевая керамика - Пивинский Ю.Е.
Скачать (прямая ссылка):
В работе [69] была изучена также зависимость скорости ползучести при изгибе кварцевой керамики с пористостью от 3 до 10% в диапазоне температур 950—1450°С в инертной среде. Образцы имели размеры 7Х7Х Х70. Результаты измерений представлены на рис. 115.
По этим экспериментальным данным энергия
активации оценена в ПО и 150 ккал/моль для керамики с пористостью 5—10 и 2,5%- Рассмотренные выше исследования отражают характер поведения кварцевой керамики. Однако они проводились при очень малых напряжениях и не позволяют рассчитать поведение материала в реальных условиях эксплуатации, поскольку для этого необходимы данные по ползучести при одноосном растяжении и сжатии.
ТЕРМОСТОЙКОСТЬ
В связи со стремительными темпами развития ядерных реакторов, ракетной техники и энергетических установок все более остро стоит проблема температурных
Г" ? г ¦ \ 1 -1
2 Wtj
-- 5
Рас. Iiis. Температурная зависимость
скорости ползучести при плотности: 7 — 2,00 г/см3; г —2,10—2,15 г/см3; заштрихованная зона — разброс данных для разных образцов
213
напряжений, возникающих в материала*. Этот все возрастающий интерес к относительно старой проблеме обусловлен необходимостью повышения эффективности установок за счет повышения рабочих температур и удельных тепловых нагрузок.
Из множества материалов условия работы установки выделяют, как правило, узкоограниченный ряд. Однако неизменным требованием к большинству материалов для современной техники является хорошая сопротивляемость температурным напряжениям. Эта характеристика матералов, которая раньше интересовала только узкий круг специалистов огнеупорной промышленности, и требовала в крайнем случае лишь увеличения продолжительности процессов, сейчас все более заявляет о себе и становится важнейшим фактором, принципиально определяющим возможность использования данного материала в современной технике.
Кварцевая керамика по термостойкости является уникальным материалом. Ее термостойкость превышает даже термостойкость кварцевого стекла, являющегося в ' этом отношении эталоном. Если термостойкость кварцевого стекла составляет 800— 1000°С по ГОСТ 11103—64, то термостойкость кварцевой керамики по этому методу вообще определить не удается из-за отсутствия разрушения даже при оплавлении.
Термостойкость не является обычным свойством материала, как например, теплоемкость или коэффициент термического расширения, а является комплексной характеристикой материала и конструкции. Теоретический анализ тепловых напряжений для стационарных и нестационарных температурных полей показал, что термостойкость тем лучше, чем ниже коэффициент термического ^сцщрения, модуль упругости, и чем выше проч-ность, теплопроводность 1и пластичность.
--Из конструктивных факторов на термостойкость
влияют форма и размер изделия, состояние поверхности и условия теплообмена в условиях эксплуатации или испытаний.
Чрезвычайно высокая термостойкость кварцевой керамики, как и кварцевого стекла, обусловлена ее низким коэффициентом теплового расширения, являющимся по физической сущности первопричиной тепловых напряжений.
В табл. 16 приведены для сравнения расчетные значе-
214
Таблица 16. Расчетные критерии термостойкости материалов
Я Я.
Материал при температуре, °С при температуре, °С
100 400 1000 100 400 1000
Кварцевое стекло .... 2500 2400 _ 9,5 10,1 —
Отс.ирь*
ЧУ XV1 XIV. и. 37 36 40 2,7 1,1 0,60
33 31 14 17,3 6,9 0,69
22 24 26 1,9 0,94 0,45
Пгч\7г»теись' 0,66
51 47 37 Н| 0,30
66 62 53 0,31 0,30 0,29
Натрий-известковое стекло . 93 94 ~ 0,38 0,42
ния первого и второго критериев термостойкости для основных видов окисной керамики [1203].
В отличие от монолитного кварцевого стекла кварцевая керамика состоит из отдельных зерен, сцепление которых друг с другом можно регулировать степенью спекания, получая как жесткий прочно спаянный каркас зерен, так и слабо связанные друг с другом зерна. Наличие зернистого строения и пор ограничивает распространение случайных трещин и способствует их локализации. Поэтому термостойкость кварцевой керамики больше термостойкости кварцевого стекла и изменяется в зависимости от пористости и степени спекания.
Экспериментально термостойкость кварцевой керамики была исследована совместно с В. Г. Веревкой. Метод определения термостойкости путем сбрасывания нагретого образца в воду оказался неприемлемым, так как образец не удавалось разрушить. Поэтому были разработаны специальные методики, позволяющие провести испытания при воздействии высокоинтенсивных потоков. Одна из методик заключается >в облучении исследуемого образца кварцевой керамики в фокусе концентратора лучистой энергии, состоящего из двух параболических зеркал диаметром 900 мм, установленных соосно и навстречу друг другу [197].
В фокусе одного из них горит угольная дуга мощностью 18 кВт, а в фокусе другого помещается образец. Пластинчатые жалюзи, установленные между зеркалами, позволяют частично или полностью закрыть поток лучистой энергии, направляемой на образец. Термостой-
