увеличения пористости термоизоляционной и фильтрующей керамики в исходные порошки вводят выгорающие или вспенивающие добавки.

1.1.3. Механическая прочность

Механическая прочность, или величина максимальных разрушающих напряжений при кратковременных нагрузках, определяется силами хими­ ческой связи вещества и является важной характеристикой качества кера­ мики. При невысоких температурах (как правило, ниже 0,5 Тт) разруше­ ние окисной керамики носит хрупкий характер. При дальнейшем нагреве под нагрузкой материал по пластическим законам деформируется. Законо­ мерности разрушения при хрупком и пластическом поведении образцов различаются.

Вобласти хрупкого поведения прочность твердых тел значительно понижена из-за наличия в них мелких трещин, у которых концентрируются напряжения.

Вобласти пластического поведения напряжения у микротрещин релаксируют; разрушение наблюдается после накопления заметной по вели­ чине необратимой деформации, которая для окисной керамики обычно со­ ставляет несколько процентов. Эта деформация осуществляется благодаря движению различного рода дефектов кристаллической решетки. Посколь­ ку необратимая деформация накапливается со временем, то показатели прочности в этой области зависят от скорости приложения нагрузки. С увеличением температуры прочность материалов падает, что обусловлива­ ется уменьшением сил связи между атомами.

Прочность в большой мере зависит от пористости. Поры уменьшают площадь сечения образца и действуют как концентраторы напряжений. Длина зародышевых микротрещин разрушения определяется размерами зерна керамики. Поэтому, как правило, в упругой области прочность мел­ козернистой керамики заметно выше, чем крупнозернистой. В пластиче­ ской области выше прочность крупнозернистых материалов.

1.1.4. Модуль упругости

Величина модуля упругости, т.е. отношения действующего напряже­ ния к величине возникающей при этом упругой деформации, непосредст­ венно связана с характером и величиной сил связи между атомами. Кри­ сталлы с прочными связями имеют высокие значения модуля.

С повышением температуры силы связи между атомами уменьшают­ ся, поэтому модуль упругости несколько снижается. В то же время, начи­ ная с определенной температуры, проявляется пластичность. В связи с этим влияние упругих деформаций в области высоких температур ( 1200- 1500 °С) на поведение материала незначительно. Однако в упругой области

модуль упругости - одна из основных характеристик, в частности наряду с некоторыми другими характеристиками он определяет термостойкость.

Значения модуля упругости зависят от текстуры, пористости и рас­ пределения пор по размерам. У образцов с непрерывной твердой фазой и изолированными порами значение модуля упругости заметно выше, чем у образцов на основе зернистого наполнителя. При постоянной величине по­ ристости модуль упругости уменьшается с увеличением величины пор. Так, при пористости около 32 % значение модуля упругости корунда уменьшается с 9,5ТО4 до 4-10 МН/м при увеличении размера пор с 10 до 87 мкм.

1.2.Термомеханические свойства

1.2.1.Деформация под нагрузкой

Показатели деформации керамических материалов при действии ста­ тической нагрузки и при нагреве с постоянной скоростью характеризуют температурный интервал, при котором образец обнаруживает ярко выра­ женную пластическую деформацию.

Определяемое в этих испытаниях изменение размеров образца пред­ ставляет собой сложную сумму его деформаций ползучести при сжатии при постоянно изменяющейся температуре и термическом расширении. Термическое расширение линейно увеличивается с температурой, а ско­ рость ползучести растет по экспоненциальному закону. Поэтому кривые деформации в этих испытаниях в зависимости от температуры вначале по­ казывают некоторый подъем, а затем резко падают вниз при появлении за­ метной пластической деформации.

Наблюдается определенная связь между пористостью и температура­ ми деформации керамики под нагрузкой: с увеличением пористости соот­ ветствующие температуры падают. На рис. 1.1 показаны кривые деформа­ ции корундовой керамики под нагрузкой при различной ее пористости.

Это снижение температуры деформации с увеличением пористости керамики связано с уменьшением величины контактного сечения состав-

на, %

г,"С

Рис. 1.1. Кривые деформации ко­ рундовой керамики под нагрузкой: 1,2,3 - соответственно пористость материала 50; 40 и 30 % (AZ/1 - деформация керамических изде­

лий)

ляющих керамики и, возможно, с изменением механизма деформации. Так, для корундовой керамики температуры HP (нагрузки разрушения) падают с 1750 до 1475 °С при увеличении пористости с 32 до 55 %.

1.2.2. Ползучесть

Под ползучестью понимают довольно медленную необратимую де­ формацию материала, обнаруживаемую со временем при его механиче­ ском нагружении и нагреве в области малых напряжений. Она объясняется течением керамики без нарушения ее сплошности благодаря перемещению различных дефектов кристаллической решетки: границ зерен, дислокаций, точечных дефектов и т.д.

Ползучесть - термически активный процесс, зависящий как от вели­ чины приложенной нагрузки, так и от температуры: е = /(ст,? °С). В зави­ симости от напряжения скорость ползучести изменяется по степенному за­ кону. Перегибы, наблюдаемые иногда на деформационных кривых, свиде­ тельствуют о переходах от деформации по границам зерен к перемещению дислокаций или к деформации за счет перемещения вакансий. Например, когда в образце керамики происходят фазовые превращения, наблюдается резкий перегиб температурной зависимости. Для муллита такой перегиб отмечается при температуре 1600-1650 °С.

Пористость влияет на ползучесть, но в меньшей степени, чем на проч­ ность. Скорость ползучести возрастает по мере уменьшения величины контактного сечения. Это объясняется тем, что в условиях, когда обнару­ живается ползучесть, концентрация напряжений у пор практически отсут­ ствует (напряжения релаксируют при пластической деформации). Уста­ новлено, что скорость деформации растет при увеличении пористости по экспоненте. Размеры пор и их форма практически не сказываются на пол­ зучести.

Для поликристаллических керамических материалов характерен ме­ ханизм ползучести, связанный с вязким течением по границам зерен, со­ ставляющих керамики. Аморфизированный характер границы зерен обу­ словлен резко выраженным разупрочнением их кристаллического строения и определяет их способность к вязкому течению в случае приложения на­ пряжений. Увеличение размеров кристаллов, ведущее за собой сокращение •протяженности границы зерен, уменьшает скорость ползучести. Наличие в керамике легкоплавких примесей, концентрирующихся по границам зерен, напротив, вызывает резкое увеличение скорости ползучести. По экспери­ ментальным данным установлена следующая зависимость скорости ползу­ чести от размера зерен: б = <Гп', где величина п близка к 2 при преоблада­ нии диффузионных процессов, протекающих при сравнительно высоких температурах, и к 1 при преобладании скольжения по границам зерен.