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 a-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 900 и 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 800 структура композиции остается стабильной, поэтому указанный перегиб в области 450-750 отсутствует (рис. 2.9, 2.10).

Рис. 2.9 Деформация (e) от температуры состава a-Al2O3-H3PO4 (Т: Ж=2: 1), при нагрузке сжатия 0, 2МПа	Рис. 2.10 Деформация (e) от температуры состава a-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 900 за 1 час выдержки и поэтому температура начала деформации повышается с 1100 до 1250 . При нагреве без нагрузки до 1400 и 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 a-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 900-1550 через 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 a-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)