2.2 Исследование деформации и ползучести керамических материалов

2.2.1 Керамических материалов трубчатых изделий

Деформация при нагреве. С целью установления предельной температуры эксплуатации профилированных изделий при высоких температурах проведена работа по определению высокотемпературной деформации и ползучести эталонного образца на основе-Al₂O₃ и образцов из трубчатой массы. Они имели вид цилиндрической формы диаметром 38мм и высотой от 50 до 70мм. Предварительная термообработка была проведена при температуре 300(рис. 2.6).

Рис.2.6 Внешний вид образцов трубчатой массы приготовленных для изучения деформации и ползучести

Внешний вид образца на примере корундовой трубчатой массы до и после испытаний на деформацию ползучести приведен на рисунках 2.7 и 2.8.

а) б)

Рис. 2.7 Фотографии образца до испытания на деформацию под нагрузкой и ползучесть при температуре 900 . а) - вид общий, б) - вид с торца.

а)б)в)

Рис.2.8 Фотографии образцов после испытания на деформацию под нагрузкой и ползучесть при температуре 1400 : а) - вид общий, б) - вид с торца, в) - вид с цилиндрической поверхности.

На рис. 2.9 и 2.10 приведены кривые деформации композиции -Al₂O₃-H₃PO₄. На всех кривых, полученных после предварительной термообработки при температурах до 500, имеется перегиб в интервале 450-750⁰С, который исчезает при повышении температуры предварительной термообработки до 900и выше. Наличие перегиба связано с фазовыми процессами: взаимодействия компонентов и разрушением каркаса, образовавшими при предварительной термообработке до 300. Структурные изменения в интервале 450-750⁰С связаны с процессами поликонденсации и образованием полифосфатов, а выше 600– разрушение полимерных фосфатов [Al(PO₃)₃]_n, [Al(H₂P₃O₁₀)_n]_m и т.д. и их фазовыми превращениями.

При температурах термообработки выше 800структура композиции остается стабильной, поэтому указанный перегиб в области 450-750отсутствует (рис. 2.9, 2.10).

Рис. 2.9 Деформация () от температуры состава -Al2O3-H3PO4 (Т:Ж=2:1), при нагрузке сжатия 0,2МПа	Рис. 2.10 Деформация () от температуры состава -Al2O3-H3PO4 (Т:Ж=2:1) при нагреве под нагрузкой 0,2 МПа после предварительной термообработки при, : 1 - 300; 2 – 900 и 3 – 1400

Из данных рис. 2.9 следует, что деформация увеличивается до температур около 1100, причем, чем больше нагрузка, тем выше деформация. При постоянной нагрузке 0,2 МПа с ростом температуры предварительной термообработки начало деформации смещается в сторону более высоких температур (рис. 2.10). Стабильная структура формируется при 900за 1 час выдержки и поэтому температура начала деформации повышается с 1100до 1250. При нагреве без нагрузки до 1400и повторном нагреве под нагрузкой 0,2 МПа (рис. 2.10, кривая 3) деформация начинается при 1350, что на 50 градусов ниже температуры предварительной термообработки.

Вычисляем относительное изменение высоты образца : (2.3)

_отн

Ползучесть. Эксперименты по изучению ползучести проведены на модельных составах тонкомолотый -Al₂O₃-H₃PO₄ под стандартной нагрузкой с учетом особенностей ползучести фосфатных материалов и в целях установления закономерности ползучести материала трубчатой массы. Изучение ползучести проводили на воздухе в интервале температур 900-1550через каждые 50 градусов. Основные испытания проводили при 28ч изотермической выдержке под нагрузкой, из которой 610 ч приходилось на период неустановившейся ползучести. Для расчета скорости ползучести в установившийся период (έ) использовали данные деформации под нагрузкой за 16 час период выдержки (т.е. в процессе изотермической выдержки от 12 до 28ч). В некоторых случаях испытания на ползучесть проводили в течение 1216 ч.

Рис. 2.11. Деформация композиции -Al₂O₃-H₃PO₄ (Т:Ж=2:1) при нагреве и ползучести (1300⁰С) под стандартной нагрузкой МПа: 1 – 0,2 и 2 – без нагрузки

Среднюю скорость деформации (ползучести) в процентах вычисляем по формуле:

(2.4)