Cele mai multe dintre materialele ceramice, în special materialele refractare, precum și multe varietăți de ceramică tehnică, sunt proiectate pentru a funcționa la temperaturi ridicate. Pentru aceste materiale, proprietățile de rezistență la temperaturile obișnuite, așa cum s-a indicat mai sus, au doar o valoare relativă și nu pot caracteriza în niciun fel rezistența lor reală la temperaturi de funcționare ridicate. Prin urmare, pentru a evalua proprietățile mecanice ale ceramicii la temperaturi ridicate, este necesar să se utilizeze alte caracteristici. Astfel de caracteristici sunt: rezistența pe termen scurt la temperaturile serviciului preconizat de ceramică; temperatura unui anumit grad de deformare sub sarcină constantă; deformarea plastică - fluaj; rezistență pe termen lung în domeniul temperaturii de funcționare (cu deformare plastică).
1. Rezistența pe termen scurt a ceramicii la temperaturile sale de utilizare
Această caracteristică este necesară pentru obținerea unor valori specifice ale rezistenței pe termen scurt a ceramicii la temperaturile preconizate ale serviciului său. În acest scop, pot fi utilizate toate metodele enumerate mai sus de evaluare rezistență scurt timp, la o temperatură de 20 ° C. La temperaturi mai mari, o scădere a rezistenței, care este cauzată de slăbirea obligațiunilor intracristalin prin creșterea mișcărilor de vibrație ale atomilor și moleculelor. La temperaturi de serviciu situate de obicei mai mari de 1100-1200 ° C, apare o deformare plastică și se pierde fragilitatea. Ca o consecință, procesul de distrugere în sine, în funcție de plasticitatea materialului, încetează să mai fie scurt.
Atât temperatura de serviciu preconizată, cât și tipul stresului distructiv (compresiune, tensiune etc.) nu sunt, în majoritatea cazurilor, definite. Prin urmare, această metodă de evaluare a proprietăților termomecanice ale ceramicii are o aplicare limitată. Da, și această tehnică prezintă unele dificultăți. Cu toate acestea, variația rezistenței în timpul ceramicii de încălzire și amploarea acesteia în diferitele parcele de temperatură sunt de un interes considerabil pentru evaluarea globală a acestui tip de ceramică. Pentru anumite tipuri de ceramică, acest caracter al schimbării puterii este diferit. Astfel, pentru o singură fază și suficient de pură rezistență ceramică specii începe să scadă la temperaturi de 800-1000 ° C pentru ceramică conținând o fază sticloasă sau componente care atunci când sunt sub formă încălzită această fază formată pronunțat în mod clar la temperaturi de aproximativ 1000-1200 ° C, în curba puterii maxim (figura 1). Această creștere a rezistenței în intervalul 1000-1200 ° C datorită vâscozității mai mică a fazei de sticlă, ceea ce conduce la o creștere a plasticității materialului, se reduce tendința de rupere fragilă. De asemenea, este indicat un posibil „strângere“ microfisuri formate după calcinare la limitele granulei, coeficienții de dilatare termică sau de anizotropie expansiune diferite. Mai mult, aceste microfisuri la diferențele semnificative în coeficienții de dilatare termică a diferitelor faze, în special atunci când dilatare termică diferite faze polimorfe, în special la structura ceramică perturbare polimorfic.
2. Temperatura de deformare sub sarcină
La evaluarea proprietăților materialelor refractare și structurale a fost metoda foarte larg utilizată pentru a găsi o temperatură eficientă pentru o anumită cantitate de deformare prin compresie la o sarcină constantă de 2 kg / cm2 (încărcare 1,75 kPsm 2 adoptată în Statele Unite și Marea Britanie). În astfel de teste, temperatura crește cu o rată constantă de 4-5 ° pe minut (GOST 7875-56).
Temperatura de deformare a materialelor refractare este determinată în primul rând de compoziția lor de fază, prezența unor structuri cristaline, natura structurii lor - concreștere reciprocă, iar cantitatea și viscozitatea fazei sticloasă formată prin topirea cristalin cu punct de topire scăzut și faze amorfe. Textura refractarului are, de asemenea, o importanță clară: natura compoziției sale de cereale, numărul și localizarea porilor. În articolele mai dense, ceteris paribus etapa inițială de deformare - start de emoliere (NR) și compresia 4% - ^ I ataca la temperaturi mai ridicate. La finalul temperaturii de deformare (20% și 40% comprimare) a structurii refractar nu are nici un efect apreciabil. Aceasta este cauzată în primul rând de compoziția chimică a acestui tip de refractar, adică viscozitatea topiturii formate la aceste temperaturi.
deformare Temperatura de oxizi ceramice policristaline pure nu conțin cantități apreciabile de o fază vitroasă, ar trebui să fie aproape de temperatura de topire, deoarece deformarea plastică este cauzată de solid cristalin de ieșire. Această deformare plastică, atunci când este testată la viteze de încălzire și sarcină relativ mică (2 kg / cm2), este de obicei mică. Cu toate că limita granulei curată a ceramicii policristalin caracterizat printr-un bob de structură mai puțin ordonată, alunecare de-a lungul limitelor de cereale este doar unul și nu mecanism critic de deformare plastică. Conjugare densă de-a lungul granițelor granulelor, care nu au straturi intercalate fuzibile. determină o creștere a temperaturilor de deformare.
Pentru ceramica cu o porozitate mărită de ordinul a 15-20%, temperaturile de înmuiere cauzate de deformarea plastică a materialului constituent cristalin nu se modifică semnificativ. Acest lucru se datorează în primul rând faptului că timpul de acumulare al deformării plastice este mic.
exprimat în caz contrar corespondența dintre temperatura de deformare și topirea sau ceramică refractare care conțin o fază sticloasă. Trecerea la această fază lichid vâscos la temperaturi mult mai mici decât deformarea plastică a temperaturii fazei de cristal afectează puternic intervalul dintre temperatura de deformare și de topire (refractaritatea) Materiale ceramice realizate din colmatate diverse impurități naturale materii prime conțin întotdeauna o anumită cantitate de sticloase faza. Compoziția chimică a acestei faze este cauzat ca compoziția mineralogică a impurităților și principala componentă a fazei cristaline a materialului și parțial inclusă în faza sticloasă. Cu cât mai mare este format cantitatea de lichid, este mai mică vâscozitatea acestuia, temperatura mai redusă de deformare în comparație cu produsele rezistența lor la foc. De mare importanță este caracterul structurii fazei cristaline. Intergrowth granule cristaline ale fazei principale crește temperatura de deformare, efectul nociv al paralizarea cantității limitate de lichid.
O mare importanță este capacitatea fazei lichide rezultate de a umezi faza cristalină. Cu o umectabilitate scăzută, recristalizarea la temperaturi ridicate de ardere promovează fuziunea cristalelor individuale. Gradul de umectare determină ca cristalul să înveli folia lichidă, ceea ce împiedică aderarea acestora. Din pozițiile termodinamice acest proces este explicat prin dorința sistemului de a reduce energia liberă.
Legătura dintre temperatura de deformare și caracterul de cristalizare a fazei principale solide se manifestă cel mai clar în refractarul dinas. Umiditatea slabă a silicei cristaline prin topitura de calciu-silicază permite formarea legăturii directe a cristalelor de cristobalit și tridymit. Această fuziune a cristalelor (Figura 3) formează un schelet cristalin, care determină temperaturi ridicate de deformare. Temperatura NR și 4% din deformarea dinaselor se situează în limitele de 1650-1670 ° C, iar refractarea este de 1730 ° C (temperatura de topire a cristobalitului este de 1728 ° C). Astfel, diferența dintre temperatura de înmuiere și refracție (sau topire) este de 60-70 °.
se comportă în mod alternativ sub produsele magnezit de încălzire care conțin aproximativ 92% MgO și care au o refractaritate mai mare de 2300 ° C, Partea principală a acestor refractare (aproximativ 90%) este periclaza (MgO). Cantitatea de entități de topire scăzute cristaline, de preferință, silicați (monticellite - CaO * MgO * SiO2) și faza vitroasa ajunge la 8-10%. periclaz Totuși recristalizarea creștere n cristal nu dă un concreție cristalin în produse și agregate este neimplicați cimentat împreună strat fuzibil. Topirea și înmuierea acestui strat cauzează și înmuierea produselor. De aceea, a temperaturii de deformare magnezită este de aproximativ 1550 ° C. Astfel, diferența dintre temperatura de deformare refractară și ajunge la mai mult de 700 °. Reducerea cantității de strat fuzibil, cauzând formarea compușilor cristalini de rezistență ridicată la foc (de exemplu, cu adaos de spinel A12 O3) și crescând astfel viscozitatea, poate crește punctul de înmuiere al magnezită. După cum sa arătat mai sus, temperatura de deformare a ceramicii pure periclaz care conține o cantitate minoră de fază lichidă este de aproximativ 2300 ° C
Inmultirea refractarelor din Chamotte are loc diferit. argilă refractară din care produsul este fabricat șamotă, în timpul arderii trece printr-o serie de transformări (vezi. P. 140), în urma căruia 50% cristalină vysokoogneupornogo mulit 3Al2 O3 * 2SiO2. iar restul este o substanță silicioasă (amorfă) de viscozitate ridicată. Reziduul silicios și include o mare parte din impurități - care curge spre lut. Divizate, cristale de mulit nelegate nu pot forma un schelet topit, prin dedurizarea ar avea loc la temperaturi mai ridicate. De aceea, produsele argilă refractară emolierea cauzată în primul rând de inmuiere a substanței sticloase, cu viscozitate ridicată, care facilitează o curgere treptată și lină a procesului. Articole refractare care conțin aproximativ 5% mai lin, refractari la aproximativ 1700-1750 ° C începe să se înmoaie la 1350-1400 ° C, înmuiere (compresie 40%) lor completă are loc la 1570-1600 ° C,
În consecință, intervalul de temperatură dintre debutul de înmuiere și deformarea totală este de aproximativ 200 °. În dinas acest interval este de 10 °, în magnezită 20-50 °. Un astfel de interval nesemnificativ de înmuiere a dianei și magnezitei se explică prin cantitatea mică de fază lichidă (10%) și viscozitatea mică la temperaturile de deformare. Pentru un produs de sticlă, astfel de oxizi nocivi sunt Na2O, precum și CaO și MgO, pentru diane - Al2O3. pentru magnezita - SiO2 (in prezenta CaO). Introducerea de oxizi, care sunt mineralizatori, adică îmbunătățirea procesului de cristalizare a fazei cristaline de bază, ridică temperatura începutului de înmuiere a ceramicii.
Expunerea prelungită la temperaturi ridicate în ceramicii refractare, sub stres, cauzele sale de deformare plastica ireversibile - fluaj. În acest caz, deformarea. un element structural este însoțită de o deformare coordonată a elementelor adiacente fără material discontinuitate. Fluajul este un proces activat termic, este necesară apariția acesteia pentru a depăși o anumită barieră de energie, în care mișcarea atomilor cauzată de diferența de potențial chimic a secțiunilor individuale ale boabelor de cristal. Acest gradient de potențial, la rândul său, este cauzată de diferența în concentrația de defecte zăbrele. Studii extensive ale mecanismelor care descriu solide fluaj, să stabilească o legătură directă cu defectele de cristal cu zăbrele. Pe baza acestora, deformarea plastică a corpului policristalin este asociat culisare urca luxației și alunecare de avioane de la un altul. Acest mecanism de deformare, care se observă în principal la tensiuni înalte și la temperaturi relativ scăzute, este caracteristic metalelor. La temperaturi ridicate, aparent, este mai caracteristic mecanismului fluaj difuzional, care constă în aceea că fluxul de atomi care se deplasează de la limitele granulelor au fost supuse unor solicitări de compresiune, la limitele granulelor care sunt în ceea ce privește tensiunea de întindere. În cele din urmă, pentru mecanismul de fluaj ceramice policristaline caracterizat asociat cu curgere vâscoasă de-a lungul limitei grăunților. Amorfizare natura limitelor grăunților datorită structurii lor de cristal razuporyadocheyiem pronunțat și determină capacitatea lor de curgere vâscoasă în cazul tensiunilor. Creșterea dimensiunii cristalului, ceea ce duce la o reducere a lungimii limitei grăunților, rata de fluaj scade. Prezența impurităților de topire scăzut în ceramică, concentrându-se de-a lungul limitei grăunților, dimpotrivă, determină o creștere accentuată a ratei de fluaj.
Magnitudinea deformării plastice sau a ratei sale în anumite combinații de tensiune și de temperatură este adesea o caracteristică foarte importantă, evaluează de fapt potențiale condiții ceramice care servesc ca material structural de înaltă temperatură. Orice material, inclusiv ceramica, suferă o deformare elastică în stadiile inițiale de încărcare. Materiale friabil, la ceea ce se aplică din ceramică au o cantitate mică de deformare elastică, care, atunci când o creștere suplimentară a tensiunii este înlocuită cu distrugerea materialului, astfel, fără a trece printr-o deformare plastică apreciabilă. La temperaturi ridicate această poziție se schimbă: ceramica dobândește capacitatea de a deforma plastic.
4. Durabilitate prelungită
O extensie logică a studiilor ceramice fluaj structurale este de a determina puterea pe termen lung, t. E. Momentul în care tranziția de la 2 la fluaj a 3 însoțită de distrugerea materialului. Pentru a evalua capacitatea ceramicii de structură rezista la sarcină în timpul deformării sale plastice fără fracturi și este identificarea durabilitate lungă.
Trimiteți-le prietenilor: