Кварцевая керамика - Пивинский Ю.Е.
Скачать (прямая ссылка):
В работе [214] были проведены измерения диэлектрической проницаемости и потерь некоторых видов керамики, в том числе кварцевой, до, во время и после воздействия ядерного импульса продолжительностью 13 мс. Источником излучения служил пульсирующий реактор бассейнового типа, создающий максимальную дозу 2-1014 нейтрон/см2 и дозу ^-излучения 6-Ю5 рад.
Измерения проводились на трех частотах— 1—2; 2— 4 и 8—12 Гц, продолжительность одного измерения 10 мс. До, во время и после облучения не было обнаружено существенного влияния радиации на диэлектрические свойства кварцевой керамики, в то время как для окисей алюминия, магния и бериллия наблюдалось многократное увеличение диэлектрических потерь во время и сразу после воздействия облучения. О влиянии нейтронного потока на диэлектрические свойства и плотность кварцевого стекла при реакторном облучении можно судить также по данным табл. 20 [215].
Таблица 20. Влияние нейтронного потока на диэлектрические свойства и плотность кварцевого стекла
Доза, нейтрон/см" е *гб.10« Плотность, г/см3
0 3,8±0,1 0,2±0,1 2,196
6-10" 3,7±0,1 0,2±0,1 —
2-10» — 0,4±0,1 —
6-10" — 6±0,5 2,216
2-101» 3,6±0,1 14±1 2,238
5-101» 3,6±0,1 18±1 2,241
239
Наиболее Систематизированное и всестороннее изу-. чение влияния различных видов излучения и потоков частиц на кварцевое стекло дано в монографии [216].
Применительно к кварцевому стеклу не обнаружено существенного влияния нейтронного излучения интегральным потоком до 2-1020 нейтрон/см2 на микротвердость, модуль упругости и модуль сдвига.
Облучение кварцевого стекла потоком быстрых нейтронов 4,3-1019 нейтрон/см2 при температурах 3—14иК повышает его теплопроводность с 14,3 до 25,2 ккал/(ч-мХ Х°С) [222]; а облучение дозой 2-Ю20 нейтрон/см2 при 35—4 ГС не вызывает заметного изменения ее теплопроводности [223].
ПРОЧИЕ СВОЙСТВА
Абляция
Как уже отмечалось выше, кварцевая керамика после расплавления даже вертикально расположенной пластины не стекает каплями подобно другим материалам в расплавленном состоянии, а испаряется. Это обусловлено большой вязкостью кварцевого стекла в расплавленном состоянии.
Испаряемость кварцевой керамики изучалась в работе [69] при непрерывном взвешивании на кварцевых весах в вакууме. Для определения температуры, при которой начинается испарение спекшейся кварцевой керамики, измерялась потеря массы образцов при непрерывности подъема температуры. Было установлено, что практически испарение начинается при температурах выше 120040 Для определения испаряемости в изотермических условиях была выбрана температура 1400°С. Однако даже при этой температуре у образцов в 1,5— 2,5 г потери массы составляли всего от 0,0005 до 0,002 г за 2 ч. Рассчитанная скорость испарения кварцевой керамики (р=2,12—2,26 г/см3) при температуре 1400°С в вакууме (1-Ю-4 мм рт. .ст.) составила (1—3)-10~8 г/ /(см2-с).
На рис. 132 представлено давление насыщенного пара двуокиси кремния и для сравнения некоторых других окислов в зависимости от температуры [199].
Кварцевая керамика является относительно эффективным неорганическим аблятором. Ее кажущаяся теп-
240
лота абляции оценивается в 10-Ю3 ккал/кг. Введением нескольких процентов окиси хрома ее можно увеличить в два — три раза.
В работе [16] абляция кварцевой керамики исследована на образцах цилиндрической формы с полусферическим обогреваемым торцом. Скорость абляции была определена по потере массы при обдуве струей дуги.
Ниже приведены режимы и результаты испытаний кварцевой керамики в высокотемпературном потоке:
Подводимая мощность, кВт Диаметр образца, ,мм . . . Скорость газа, в числах Маха
Время обдува, с.....
Абляция цилиндра, см . . . Удельная абляция, см/с . .
Режим 1 Режим 2
!00 60¦Щ\
12,7 19,0
2,5м (0,3-3)м
25 20
1,2 0,78
0,048^, 0,039
100
10''
1
10~
У/
I / /
> / / 1 / / / /
Тепловой поток в точке удара струи о полусферический торец образца превышал 19,5-106 ккал/(ч-м2). Пористость образцов не указана, но по значениям других свойств ориентировочно равна 15%.
В работе [175] отмечается, что в некоторых аэродинамических условиях температура поверхности изделия из кварцевой керамики, может достигать 2200°С При этом значительного уноса керамики не наблюдается. Такое явление объясняется высокой вязкостью материала в расплавленном состоянии, что способствует удержанию пленки жидкого стекла на поверхности керамики.
Высокотемпературная совместимость с окислами
Высокотемпературное взаимодействие кварцевой керамики с другими окислами приведено ниже [212]:
Окисел ..... А1203 ВеО СаО СеО Шф ТЮ2 ТЮ2 2202 Температура плавления, эвтектики .
« окисью кремния, °С 1540 1670 1440 1700 1540 1700 1540 1675
1000
то івоо
2200
Рис. 132. Давление насыщенного пара ЭЮв в сравнении с другими окислами
241
Газопроницаемость
Газопроницаемость кварцевой керамики изучалась в работе [69] на видоизмененной установке, описанной В [221], по натеканию в вакуумную систему. Последняя образуется испытываемым образцом (в форме пробирки), присоединенным к нему патрубком и манометрической лампой для измерения давления. На основании изменения давления за определенное время в системе с известным объемом рассчитывали коэффициент газопроницаемости.
