Кварцевая керамика - Пивинский Ю.Е.
Скачать (прямая ссылка):
9Н
кость исследована на образцах в виде квадратных пластин со стороной 60 и толщиной 10 мм. Пористость об+ разцов изменялась от 5 до 14%.
Распределение мощности теплового излучения по радиусу облучаемого пятна при разных расстояниях от фокальной плоскости дано на рис. 116. Максимальный
10,6 -ІШ
/г I ~1
/ 1 Л /.—
7 1 о,ио *
/ ЕЯ -
—' 4
«о
i
I
20 16 12
4 0 4 8
Радицс пятна, мм
12 16 20
Рис. 1,16 Распределение облученности в рабочем пятне при расположении облучаемого объекта в фокусе (/) а выведении его из фокуса на б мм (2), Ю мм (3) и 20 мм (4) ч'^/са
тепловой поток в центре фокальной плоскости составляет 8-Ю6 ккал/(ч-м2). В процессе испытаний на заранее установленный в фокусе образец кварцевой керамики, имеющий комнатную температуру, направлялся тепловой поток от дуги излучателя. Сам образец воспринимал тепловой поток в (3—6) • 106 ккал/(ч-м2), так как степень его черноты была равна 0,4—0,7 в зависимости от пористости и наличия легирующих добавок.
Ни одного образца из кварцевой керамики разрушить при таком термоударе не удалось, в то время как образцы из ситаллов ТА-2,17 и АС-370, чистой окиси алюминия и высокоглиноземистой керамики ГБ-7 разрушились соответственно через 10; 42; 23,5 и 51 с. Максимальный тепловой поток для всех образцов составлял 0,8-106 ккал/(ч-м2). Чтобы исключить влияние степени черноты образцов, на их облучаемую поверхность наносили покрытие из дисилицида молибдена,
Когда образцы кварцевой керамики помещали строго ,в фокальную плоскость, то примерно через 30 с после начала облучения наблюдали оплавление и интенсивную сублимацию материала. Расплавленный материал не стекает, а сразу сублимирует. Выше края кратера образуется налет в виде белого порошка. К моменту начала плавления и сублимации температура в центре противоположной стороны не превышала 150—200°С, а на периферии — 70—100°С.
Термостойкость кварцевой керамики была также исследована путем сбрасывания образцов в расплавленный алюминий или баббит марки Б-83.
Образцы состояли из двух пластин толщиной 10— 14 мм каждая. Размер сторон колебался от 60 до 140 мм. При испытаниях пластины склеивались по всей плоскости соприкосновения, или по кромке на 15—30 мм от
коо і—-1-1-
Рис. 117. Изменение температуры образца в процессе нагрева:
/ — вблизи поверхности; 2— в центре образца
0 10 20 30
торцов. Это позволяло изменять напряженное состояние пластин на внутренней поверхности. Склеивание осуществлялось клеями, в частности ВК-13 или высокотемпературными цементами типа ВЦ-1.
В качестве расплава первоначально был использован алюминий. Его температура повышалась от опыта к опыту с 1200 до 1740°С. Начальная температура образцов соответствовала комнатной.
Время выдержки образцов в расплаве изменялось от 13 до 70 с. На рис. 117 показаны экспериментальные кривые изменения температуры образца на расстоянии 0,5 и 9 мм от наружной поверхности. Первоначальная температура расплава 1680°С. Образец был склеен из двух пластин с пористостью 11,3% и толщиной по 10 мм. Максимальный перепад достигал 900°С на 8,5 мм толщины.
217
216
Кривые рис. 117 одновременно характеризуют также] отличные теплоизоляционные свойства кварцевой кера-( мики. Ни один из испытывавшихся образцов не разрушился. На их поверхности наблюдалась точечная кристаллизация, поверхностные слои после выдержки в
6000 г-1—|-1-1 I I 1 I
Рис. 118. Устойчивость керамических материалов к тер-мгаудару: .
а — толщина пластины; п — коэффициент теплообмена с окружающей средой: I — ювавцевая керамика; 2 — 3— рейкерам III; 4 —ВЫ (,горячепресооваа-ныи); 5 — пирокерам 9606; 6 — ВеО; 7—А1„0,
расплаве остекловывались. На внутренней поверхности и с торцов при температурах расплава выше 1600°С появлялись сетки мелких поверхностный трещин. Сквозных трещин не было.
Подогрев образцов перед окунанием в расплав алюминия до 300—400°С, чтобы исключить появление на их поверхности корки застывшего алюминия, снижающей теплоотдачу, также не приводил к разрушению.
Увеличение толщины каждой из двух пластин до 20 мм только увеличивало остекд ^вывание на поверхности. Разрушения образцов не наблюдалось при выдержках до 70 с. Большие выдержки вызывали локальную / поверхностную кристаллизацию и сколы в этих местах.
Только применение в качестве расплава баббита, дающего повышенный коэффициент теплоотдачи, и предварительного подогрева образцов до 160—180°С позволило получить полное разрушение образцов высокоплотной кварцевой керамики с закрытой пористостью
218
\в несколько процентов. Образцы имели матовый вид непрозрачного кварцевого стекла. Температура баббита в этом случае достигала 1660°С. Потрескивание было слышно как при погружении в ванну, так и при охлаждении. Время до полного разрушения 13 с.
Образцы кварцевой керамики с пористостью выше 10% довести до разрушения не удалось независимо от их толщины, времени выдержки и температуры расплава.
Таким образом, из результатов экспериментального исследования термостойкости по двум вышеописанным методам следует, что кварцевая керамика с пористостью выше 10% не разрушается от тепловых напряжений, независимо от величины перепада температуры по толщине образцов.
