Кварцевая керамика - Пивинский Ю.Е.
Скачать (прямая ссылка):
ХИМИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ
Кварцевое стекло, являющееся основой кварцевой керамики отличается высокой химической устойчивостью к большинству кислот, щелочей, жидких металлов и газов. Кварцевая керамика по химической устойчивости качественно соответствует кварцевому стеклу. Это подтверждено опытом применения изделий из кварцевой керамики для разливки жидких металлов в качестве фу-теровочного материала и т. д. При этом было обнаружено [16, 36, 206, 199, 203, 211], что увеличение пористости многократно снижает устойчивость кварцевой керамики по сравнению с кварцевым стеклом, что объясняется более развитой поверхностью взаимодействия в случае пористого материала. Однако это касается тех случаев, когда имеет место химическое взаимодействие среды с кварцевым стеклом. Систематизированные данные по исследованию химической устойчивости керамики отсутствуют, поэтому ниже приведены данные по химической устойчивости кварцевого стекла, которые могут служить для качественной оценки и химической устойчивости кварцевой керамики [199]:
Металлы:
Ag ..........Отсутствует '"взаимодействие
А1 ..........При ? 700—800°С быстрое
взаимодействие
0
ал тот же, что и для рис ВО
| I
Л}
5
/ 1 1 Г 1 >
1зоо - 1350 , то
Рис. 131. Зависимость овето-пропускаиия от температуры спекания кварцевой керамики с толкодисперсным (/) и средне-дисперсным (2) составом
236
Сг] .......Без химического влияния,
при длительном воздействии при высоких температурах имеется взаимодействие в парообразной форме
Нк........Не взаимодействует и при
высоких температурах
1л........До 250°С нет взаимодействий
Мр;........Прн 700—800°С быстро
взаимодействует
Мп........Взаимодействует в атмосфере водорода при высоких температурах
Иа.......Взаимодействует при высоких температурах в парообразной форме
Р ........Имеется реакция
Р1 . . . •.....Взаимодействует в атмосфере водорода при высоких температурах
8п...... . .Не взаимодействует
........Не взаимодействует
С .......-При 1050°С восстанавливается
8 ........Заметного взаимодействия
нет
Кислоты:
серная, азотная, соляная
при 20°С.......Нет взаимодействия
соляная (5%) при Потери массы за 6 ч
Ю0°С.........0,0005 мг/см2
плавиковая . . . . ^ . . Взаимодействует фосфорная при>300°С .Сильное взаимодействие органические кислоты . .Инертность вода при 100°С.....Практическая инертность
Щелочные растворы:
Ш4(ОН), 10%, 20°С . .За 48 ч потери составили 0,009 мг/см2
№ОН(1%), 20°С ... .За 240 ч-0,0075 мг/см2 ЫаОН(10%), 18°С . . .За 48 ч-0,0045 мг/см2 №ОН (двунормальный),
Ю0°С ,........За 3 ч-0,37 мг/см2
МаОН(5<>/0), Г00°С '. . .За 6 ч-0,9 мг/см2 ,КОН(1%), 20°С ... .За 240 ч-0,046 мг/см2 КОН(30%), 18°С . . . .За 48 ч—0,013 мг/см2 КОН (двунормальный),
Ю0°С . . ..:.....За 3 ч-0,34 мг/см2
Однонормальный раствор, - №2С03, 18°С .... .За 336 ч-0,0045 мг/см2 Двунормальный раствор, . Ыа2С03; 100° С . . . . .За 3 ч—0,11 мг/см2
Насыщенный ' р а с т вор - Ва(ОН)2, 18°С- . . . . . За 336 ч потерь массы не . обнаружено
237
Насыщенный раствор
На2НР04, 18°С.....За 336 ч потерь массы не
обнаружено
Окислы металлов:
Слабо взаимодействует при ВаО.......900°С
Езаимодействует при СаО........1000°С
Взаимодействует выше Си О.......960°С
до 960°С не взаимодейст-РеО, Рез04.....вует
Заметного взаимодействия Мр;0.......нет
Газы:
хлор, горячий и влажный Взаимодействия нет
$02..........Взаимодействия нет
НС1..........Взаимодействия иет
Аналогичные данные по взаимодействию кварцевого стекла с кислотами, щелочами и солями приведены в работах [210, 211]. При этом отмечается, что грубообра-ботанная поверхность кварцевого стекла дает меньшую химическую устойчивость по сравнению с оплавленной и полированной.
В температурном интервале 1200—1600°С наблюдается взаимодействие двуокиси кремния и углерода с образованием моноокиси кремния с парциальным давлением паров [6]: 1300°С —2,1 мм рт. ст.; 1440°С —9,1 мм рт. ст.; 1580°С — 36,4 мм рт. ст.
РАДИАЦИОННАЯ СТОЙКОСТЬ
Освоение ядерной энергии и космического пространства предъявляет к конструкционным материалам дополнительные требования по радиационной устойчивости, т. е. по сохранению работоспособности конструкции из данного материала при воздействии проникающих излучений и потока нейтронов, протонов и электронов.
Кварцевая керамика, как и кварцевое стекло, обладает низким сечением захвата тепловых нейтронов. Ее макроскопическое сечение захвата тепловых нейтронов (при 2200 м/с) равно 0,00353 см-1. Микроскопические сечения захвата и рассеяния для двуокиси кремния соответственно равны 0,16 и 9,7. Для кварцевой керамика эти показатели будут уменьшаться прямо пропорционально снижению плотности. Хорошие свойства как за-
238
медлителя позволяют использовать кварцевую керамику в ядерных реакторах, в частности, как матрицу для тепловыделяющих элементов.
В работе [16] приведены результаты по изучению влияния облучения на прочность кварцевой керамики. После облучения интегральным нейтронным потоком 2 -(Ю20 нейтрон/см2 изменения прочности кварцевой керамики на изгиб не обнаружено (точность определения прочности 10%). Эффект влияния кристобалита и других кристаллических фаз в условиях облучения снижается, так как под облучением кристаллические фазы в кварцевой керамике разрушаются и переходят в аморфное состояние.
