CC BY
25
Стаття присвячена визначенню mepMi4-ного коефщента лтшного розширення кор-BiepumeMicHux силщшоргашчних покрит-mie та визначенню ix mepMi4Hai cmrn^cmi. Здшснено побудову дилатометричних кри-вих розширення дослiдниx покриmmiв та визначено ix ТКЛР. Проведено визначен-ня mермiчноi сmiйкосmi силщшоргатчних покриmmiв на кордieриmомулimовиx тдкла-дах. Встановлено суттевий вплив мтера-лiзуючиx додаттв на ТКЛР та mермiчну стштсть дослиджуваних покриmmiв
Ключовi слова: mермiчна стштсть,
ТКЛР, керамiчнi покриття
□-□
Статья посвящена определению термического коэффициента линейного расширения кордиеритсодержащих силиций-органических покрытий и определению их термической устойчивости. Осуществлено построение дилатометрических кривых расширения опытных покрытий и определены их ТКЛР. Проведено определение термической устойчивости силицийорганических покрытий на кордиеритомулитовых подкладках. Установлено существенное влияние минерализирующих добавок на ТКЛР и термическую устойчивости исследуемых покрытий
Ключевые слова: термическая устойчивость, ТКЛР, керамические покрытия □-□
The article is devoted determination of thermal coefficient of linear expansion of cordi-eritecontaining silicon-organic coatings and determination of their thermal stability. The construction of dilatometric curves of experimental coatings expansion is carried out and certain them TCLE. Determination of thermal stability of silicon-organic coatings is conducted on the cordieritemullite substrate. The substantial influencing of mineral additions is set on TCLE and thermal stability of the explored coatings
Keywords: thermal stability, TCLE, ceramic coatings
-□ □-
УДК 666.762
ДИЛАТОМЕТРИЧНЕ РОЗШИРЕННЯ ТА ТЕРМ1ЧНА СТ1ЙК1СТЬ КОРД1СРИТВМ1СНИХ СИЛ1Ц1ЙОРГАН1ЧНИХ
ПОКРИТТ1В
О. М . Вахул а
1нженер
Кафедра автомобтьних шляхiв (сек^я будiвельних
матерiалiв)
Нацюнальний уыверситет '^bBiBCb^ пол^ехшка" вул. Карпшського, 6, корп. 2, к. 403. ,м. Львiв, 79013 Контактный тел.: 8-097-383-88-00 Е-mail: orest [email protected]
1. Вступ
TepMi4He розширення керамжи - наслщок збшь-шення амплггуди коливань ii aTOMiB чи юшв вщносно ix середнього положення, як вщбуваються тд впли-вом температури. Тому температурний коефвдент ль нiйного розширення (ТКЛР) керамiки непостшний при будь-якiй температурi. Для переважноi бiльшостi керамiчниx матерiалiв вiн тдвищуеться з температурою. Розрiзняють штинний коефiцieнт лiнiйного
розширення i середнш, тобто вiднесений до певного штервалу температур:
а 1ст = (1/ L)-(dL/dT) (1)
«cep = Lt2 - Lti / [Lti (t2 - ti)] (2)
Термiчне розширення e теплофiзичною характеристикою речовини, яка залежить в основному вщ роз-ташування атомiв в кристалiчнiй гратцi i типу мiжа-
томних зв'язюв. У випадку утворення орieнтованого розташування монокристалiчних зерен (орieнтованоi текстури) на теплове розширення керамiчних матерь алiв може впливати просторова ашзотротя теплового розширення кристалiчноi гратки. В деяких випадках на теплове розширення може також впливати утворен-ня розвинутоi структури мжротрщин. Тому теплове розширення керамжи суттево залежить вiд способу и одержання [1].
Переважаючим фактором, що визначае стiйкiсть керамiки до термоудару, е ТКЛР, i чим нижчими е його показники, тим меншою е ймовiрнiсть виникнення термiчних напруг при рiзких перепадах температур. ТКЛР керамжи залежить вiд ii фазового складу, виду i кiлькостi цементуючоi скловидноi фази, в деякiй мiрi вiд текстури i мiкроструктури, яю, в свою чергу, харак-теризуються ступенем i характером спiкання [2, 3].
2. Результати роботи та ¡х обговорення
Вимiрювання температурних залежностей ввднос-ного видовження зразкiв композицш проводили у повь тряному середовишд на автоматичному кварцовому ди-латометрi ДКВ-5А в iнтервалi температур 293...1098 К. Тривалкть нагрiву 2 год. 30 хв. Для проведення дослвд-жень були приготовлеш зразки композицш наступного шихтового складу мас.%: К0-08-22,37; магнiю оксид
- 15,21; глинозем техшчний - 29,53; пiсок кварцовий
- 32,88, а також iз вмктом оксидiв-мiнералiзаторiв ТЮ2-1,52, В203-0,6, ZrO2-2,16, Мп02-1,51, Сг203-1,31 мас.% ввдповщно. Стандартна довжина зразкiв з матерiалу композицiй попередньо випалених при 1623 К складала 50 мм при поперечному аченш 5x5 мм. Гранична похиб-ка при вимiрюваннi температури не б^ьше ± 3°. Похиб-ка визначення ТКЛР в iнтервалi температур 293.573 К не бшьше 1,510-7 К-1, а в iнтервалi температур 293.373 К
- не б^ьше 310-7 К-1.
Пiсля проведення вимiрювання температурних залежностей вщносного видовження зразкiв було побу-довано дилатометричш кривi розширення дослiдних покритпв (рис. 1).
Температура, К
Рис. 1. Кривi дилатометричного розширення дослщних захисних покриттiв пiсля випалювання при 1623 К
На основi дилатометричних кривих були розрахо-ванi значення температурного коефвдента лiнiйного розширення захисних покритпв в iнтервалах температур за формулою:
«^2 = [(П2-П1) / (t2-tl)•ll] + а (3)
де п1, п2 -видовження зразка при температурi t1 i t2;
11-довжина зразка при температурi t1,мм;
а™_,.2 - температурний коефiцiент лiнiйного розширення кварцового скла в температурному iнтервалi
^2.
Результати розрахункiв температурного коефщь ента лiнiйного розширення захисних покритпв в ш-тервалах температур наведен в табл. 1.
З отриманих розрахункових даних видно, що значення температурного коефвдента лшшного розширення захисних покритпв з мiнералiзуючими додат-ками е меншими, шж для матерiалу без додатюв. Найнижчими значеннями температурного коефщь ента лшшного розширення володжть покриття iз вмiстом мiнералiзуючих оксидiв Мп02, В203, TiO2. Мiнералiзуючi додатки Мп02, В203, TiO2 сприяють утворенню максимальгого вмшту кордiеритовоi а-фази в матерiалi композицii, яка володiе низькими значеннями ТКЛР.
Таблиця 1
ТКЛР дослщних композицш
№ з/п Склад композицй а293-873 106-К-1
1 К0-08^0-А1203^Ю2 3,37
2 К0-08-Mg0-A1203-Si02-Ti02 2,29
3 К0-08-Mg0-A1203-Si02-Mn02 2,19
4 К0-08-Mg0-A1203-Si02-Zr02 2,57
5 К0-08^0-А1203^Ю2-Сг203 3,06
6 К0-08-Mg0-A1203-Si02-B203 2,05
Отже, регулювання фазового складу шляхом вве-дення мiнералiзуючих додаткiв приводить до ство-рення матерiалiв з прогнозованим значенням температурного коефвдента лшшного розширення. Для зниження ТКЛР i тдвищення термомеханiчних характеристик було проведено модифжування розро-блених матерiалiв.
Термiчна стiйкiсть кордieритвмiсних покритв
Термостiйкiсть матерiалу - це комплексна характеристика, яка залежить вщ багатьох факторiв. Як показав аналiз критерiiв термостiйкостi керамiки, найсуттевiший вплив на цей показник виявляють таю властивосп, як ТКЛР, механiчна мщшсть i модуль пружностi, якi визначають основний критерiй термiч-ного опору. Велике значення мае характер структури матерiалу, вщ якоi залежить швидкiсть утворення i поширення трiшин [4-6].
Надiйнiсть i довговiчнiсть роботи виробiв iз за-хисним покриттям у багатьох випадках залежить вщ того, наскiльки вдасться зменшити термiчнi напруги, якi виникають через невiдповiднiсть ТКЛР основи i покриття.
Для визначення термостшкоси силщшоргашчних наповнених покритв використовували по 5 зразкiв кожного складу.
Захисш покриття наносили товщиною 0,3...0,4 мм на кордieритомулiтовi тдклади прямокутно! форми та проводили термозакршлення при 1623 К. Потiм зраз-ки з покриттям помiщали в електричну тч, нагрiвали до температури 773 К i витримували при цш темпера-турi протягом 5 годин.
Далi зразки витягали з печ^ охолоджували до юм-натно! температури i проводили вiзуальний огляд поверхш покриттiв з допомогою лупи х 2,5. Як видно з табл.2 поверхня зразюв уах складiв покриттiв не мала жодних видимих пошкоджень, трiщин чи вiдко-лювань.
Таблиця 2
Термостшмсть покриттiв пiсля 270 ци^в випробувань
1 2 3 4 5 6
Номер складу
Рис. 2. Площа вiдколювань залежно вщ складу захисного покриття
3. Висновки
Склади композицш Площа вщколювального покриття, %
Стандартна методика Запропо-нована методика
773К-293К (пов1тря) 1273К-293 К
1. К0-08^0-А1203-а02 Вщколи вщсутш 10
2. К0-08^0-А1203-а02-ТЮ2 Те саме 3
3. К0-08^0-А1203^Ю2-МП02 Те саме 5
4. К0-08^0-А120з-»02^Ю2 Те саме 7
5. К0-08^0-А1203-а02-Сг203 Те саме 8
6. К0-08^0-А1203-»02-В203 Те саме 1,5
Стандартна методика не повшстю вщображае осо-бливостi експлуатацii вогнеприпасу, тому змшено умови визначення термостiйкостi покритпв шляхом нагрiвання до максимально! температури 1273 К i витримуванням при цiй температурi протягом 1 години при подальшому охолодженнi до 293 К в електричнш печi для випалу керамiчних виробiв. Ощнювання термостiйкостi проводили за вiдсотком плошд вiдколеного покриття протягом 270 циклiв випробувань.
Вiзуальний огляд зразкiв показав наявшсть вщко-лювань на 10% поверхш покриття без мiнералiзуючих додаткiв (рис. 2).
Суттевий вплив на термостшюсть покриттiв мае наявнiсть мiнералiзуючих додатюв у дослiджуваних складах, що сприяе зменшенню плошi вiдколеноi поверхш в 1,2...6,6 рази (табл. 2).
Введення мiнералiзуючих додаткiв сприяе збшь-шенню термостiйкостi покриттiв на шдкладах, за-вдяки зменшенню показникiв термiчного коефiцiента лiнiйного розширення в результат посилення синтезу кордiеритовоi а-фази. Основним фактором, що зу-мовлюе термомехашчш властивостi полiкристалiчних матерiалiв е фазовий склад.
Рацiональне поеднання кристалiчних фаз забез-печуе високу термостшюсть матерiалiв при широкому дiапазонi шших фiзико-технiчних характеристик, що дозволяе рекомендувати для використання в рiзних умовах термiчного циклювання. Таким чином, основною передумовою для створення високотермостшких матерiалiв е забезпечення заданого фазового складу.
Значення термостшкост тсля 270 циклiв випробувань дають можливiсть пропонувати дослiдженi покриття для захисту кордiеритомулiтового вогнепри-пасу в промислових умовах.
Лiтература
1. Балкевич В.Л. Техническая керамика: [учеб. пособие для
втузов] / В.Л. Балкевич. - М.: Стройиздат, 1984. - 256с.
2. Масленникова Г.Н. Электрокерамика, стойкая к термо-
ударам / Г.Н. Масленникова, Ф.Я. Харитонов. - М.:
Энергия, 1977. - 193с.
3. Кингери У.Д. Введение в керамику / У.Д. Кингери ; [пер. с
англ.]. - М.: Стройиздат, 1964. - 534с.
4. Стрелов К.К. Структура и свойства огнеупорных материа-
лов. - М.: Металлургия, 1982. - 208с.
5. Дятлова Е.М. Интенсификация спекания муллитокорди-
еритовой керамики с применением минерализаторов /
Е.М. Дятлова, Г.Я. Миненкова, Т.В. Колонтаева // Стекло и керамика. - 2000. - №12. - С. 24 - 27.
6. Дятлова Е.М. Особенности синтеза керамики с малыми
ТКЛР / Е.М. Дятлова, С.Е. Баранцева, Е.С. Кокошко,
В.М. Кононович // Стекло и керамика . - 2005 . - №8.
- С. 10-13.
