3.3. Изучение свойств керамических образцов (плотность, пористость, усадка).

В данной работе изучали свойства спеченных керамических образцов: плотность, пористость (общую, открытую и закрытую), относительную линейную и объемную усадку.

3.3.1. Свойства керамических образцов, изготовленных из продукта химического диспергирования алюминиевого сплава Al-Si (12%масс.).

Минимальные значения плотности и усадки, при максимальной пористости (открытой, закрытой, общей) характерны материалу типа 1 (табл.3.3.1.1).

По-видимому, это связано с синтезом алюминатов натрия (вследствие избытка ионов Na⁺ в исходном осадке), образование которых происходит с увеличением объема. В результате может наблюдаться разрыхление структуры спекаемых образцов.

Для материалов типа 2 и 3 (из отмытых осадков) имеет место значительное повышение плотности и усадки, по сравнению с материалом типа 1. Для них характерна значительная доля закрытой пористости, образование которой связано с зональным уплотнением высокодисперсной порошковой системы при жидкофазном механизме спекания (в качестве жидкой фазы выступает расплав нефелина).

Примечательно, что увеличение степени отмывки осадка (материал типа 3, по сравнению с материалом типа 2) приводит к повышению плотности при некотором снижении пористости (открытой, закрытой и общей) и относительной усадки.

Можно предположить, что в этом случае происходит уменьшение толщины прослойки нефелина между зернами α-Al₂O₃ и образование межзеренных контактов - 4 (рис.3.4.1.1.). Тогда реализуется наиболее плотная укладка зерен α-Al₂O₃ и снижение пути зернограничного проскальзывания при появлении жидкой фазы в спекаемом материале.

Свойства керамических образцов, изготовленных из продуктов химического диспергирования сплава Al-Si (12%масс.)						Таблица 3.3.1.1.
Тип материала образцов*	Плотность ρ, г/см3	Открытая пористость Потк., %	Закрытая пористость Пз., %	Общая пористость Поб., %	Относительная линейная усадка, %		Относительная объемная усадка, %
1	1,67	22,9	35,1	58,0	2,2		6,2
2	2,76	1,8	29,2	31,0	18,6		45,0
3	2,92	0,7	26,3	27,0	16,4		40,0

* — тип 1 – материал получен из исходного осадка при максимальном значении pH = 12,9; тип 2 – материал получен из осадка при среднем значении pH = 11,8; тип 3 – материал получен из осадка при минимальном значении pH = 10,3

3.4. Изучение механических свойств керамических образцов (прочность, трещиностойкость, ударный изгиб).

Механические свойства керамических образцов изучали путем испытания призматических образцов (8х8х50 мм). Испытания проводили на машине Tiratest 2300 (рис. 3.4.1., 3.4.2) и на маятниковом копре (рис. 3.4.3.).

За показатель свойства принимали среднее арифметическое значение результатов испытаний 6 – и образцов.

Для изучения трещиностойкости по параметру К_1с (критический коэффициент интенсивности напряжений) в испытуемом образце создавали надрез при помощи алмазного круга толщиной 100 мкм (радиус кривизны вершины надреза составлял 50 мкм) на половину высоты образца.

Предел прочности при изгибе и трещиностойкость определяли путем приложения к середине образца сосредоточенной нагрузки (3-х точечный изгиб) при скорости перемещения траверсы нагружающего устройства – 1 мм/мин.

Прочность при ударном изгибе характеризуется работой, совершаемой ножом маятникового копра, для разрушения призматического образца.

Рис. 3.4.1. Испытание призматического образца на изгиб сосредоточенной нагрузкой на машине Tiratest 2300.

Рис. 3.4.2. Испытание призматического образца с надрезом на изгиб сосредоточенной нагрузкой на машине Tiratest 2300.

Рис. 3.4.3. Испытание призматического образца на ударный изгиб с использованием маятникового копра.