Керамических материалов

Силикатное стекло, облученное интегральным потоком нейтронов 1-Ю20—2-Ю20 нейтрон/см2, не испытывало расстекловывания [19]. Однако произошли изменения рентгеновской дифракционной картины — уменьшение степени ближнего порядка в стекле. Плотность силикатного стекла увеличилась на 1,6—2,8% при облучении интегральным потоком нейтронов (3 — 16)-1019 нейтрон/см2 в реакторах с графитовым и водным замедлителем [30, 91]. Образцы силикатного стекла, облученные в одном из графитовых реакторов, после достижения максимальной плотности уменьшили ее при продолжении облучения. Объяснения этому пока не найдено. Увеличение плотности силикатного стекла при облучении противоположно изменениям, наблюдавшимся в других керамических материалах, и его можно приписать уплотнению упаковки [172]. После облучения силикатного стекла интегральным потоком 2-Ю20 нейтрон/см2 [27, 160] не было замечено изменений его теплопроводности. Однако есть доказательства, что при облучении электронами высокой энергии и у-излу-чением стекло может приобретать электропроводимость [37].

В работе [34] сделан вывод, что интегральные смешанные потоки менее 1018 нейтрон 1см2 не оказывают заметного влияния на расширение кристаллической решетки и не вызывают образования трещин и изломов вследствие внутренних напряжений в керамических материалах, полученных при высоких температурах. В керамике из окиси алюминия не замечено структурных изменений после облучения интегральным потоком 2-Ю20 нейтрон/см2. Этот факт показывает, что керамические лампы, по-видимому, должны обладать заметными преимуществами перед стеклянными.

Исследование конденсаторов, изготовленных из керамических материалов, подобных тем, из которых делают катушки для точных проволочных сопротивлений [54], показывает, что изменения таких диэлектрических характеристик, как коэффициент рассеяния и сопротивление изоляции, незначительны при потоках тепловых нейтронов 2,7-1012 нейтрон I(см2• сек), надтепловых 4-Ю9 нейтрон/(см2• сек) и быстрых 3,9-Ю8 нейтрон / (см2 • сек). Общая интегральная доза у-°блучения в этом опыте составляла 2,4-108 эрз/г. До облучения средняя величина электросопротивления керамических материалов составляла 1012 ом. Во время облучения сопротивление снизилось до 107 ом, а после облучения полностью восстановилось. Результаты показывают, что подобные изменения в окиси алюминия могут нанести ущерб лишь сопротивлениям с номиналами более-1 Мом. Незначительные остаточные нарушения, наблюдаемые в керамических материалах, вероятно, связаны с атомными смещениями.

') Существует эмпирическая классификация типов связей в кристаллах. Кроме кристаллов с металлическим типом связей различают: кристаллы с ионной связью (электроны переходят от атомов одного типа к атомам другого; взаимодействие образовавшихся ионов разных знаков заряда и обеспечивает Связь в кристаллах; такая связь имеет место во многих типично керамических материалах); кристаллы с ковалентной связью (связь осуществляется валентными электронами., являющимися общими для двух атомов; примером кристаллов с ковалентной связью может служить алмаз). Существуют и другие типы связей (молекулярная., водородная).

Освещены вопросы применения пластических масс для изготовления деталей машин, нанесение полимерных покрытий, а также содержатся сведения о смазочных, фрикционных и других новых материалах, могущих найти применение в машиностроении. Приведены сведения о новых керамических материалах для ультразвукового машиностроения. Таблиц 120. Библиография 270 позиций. Иллюстраций 175.

Керамическими называются неорганические материалы со сложной гетерогенной структурой, включающей кристаллическую и стекловидную фазы. Кристаллы в керамиках отличаются от металлических кристаллов наличием других типов физических связей — ковалентных или ионных. В ковалентных кристаллах существует высокое, по сравнению с металлическими кристаллами, сопротивление скольжению дислокаций, в ионных же кристаллах эти скольжения возможны лишь по ограниченному числу кристаллографических плоскостей. В силу этих причин, а также из-за сопротивления стекловидной фазы и наличия микродефектов керамики являются, как правило, хрупкими или, во всяком случае, малопластичными материалами [44, 74, 90, 104]. Существует и более узкое понятие о керамических материалах как о таких, которые сначала формуются в виде пластической или порошкообразной массы, а затем проходят обжиг или спекание при высокой температуре. Последняя приближается к температуре плавления некоторых компонентов гетерогенной системы. Технологический процесс спекания может предусматривать кроме высокой температуры еще и высокое давление.

В керамических материалах может наблюдаться многоцикловая усталость, которая доминирует при R <^ 0, но может играть определенную роль и при R > 0. Для приближенного описания процесса длительного разрушения с учетом как статической, так и многоцикловой усталости можно принять в первом приближении, что П = Пст + Па, где Пст определяется согласно (4.51), а циклическая поврежденность составляет

В справочнике приведены сведения о материалах, широко применяемых в машиностроении: чугуне, стали, цветных металлах И их сплавах, инструментальных материалах — инструментальных сталях, твердых металлокерамических сплавах, алмазах и минерало-керамических материалах, об изделиях, получаемых методами порошковой металлургии, пластмассах и способах переработки их в изделия. Большое внимание уделено вопросам стандартизации, нормализации и унификации изделий в машиностроении, допускам и посадкам, прогрессивным способам получения заготовок, вопросам экономии металла в машиностроении. Приведено описание универсальной логарифмической линейки УСЛ-12, применяемой для определения оптимальных режимов резания при точении, сверлении и других работах.

Далее мы предположим, как это делается в теории регулярного режима, что какие бы то ни было источники тепла в теле отсутствуют. В применении к конкретным практическим случаям это означает, что нет искусственно питаемых нагревателей или охлаждающих приспособлений ни внутри тела ни на наружных его границах, что в нем не происходят параллельно с изменением температур еще сопутствующие процессы, сопровождающиеся выделением или поглощением теплоты, например, испарение влаги или ее замерзание во влажных материалах, изменение структуры в сталях, в керамических материалах и т. п.

Основными ценными качествами керамики, использующимися во всех областях ее применения, являются химо- и теплостойкость. Поскольку большинство керамических материалов состоит из оксидов металлов, дальнейшее окисление (при горении или других химических реакциях), как правило, невозможно. Прочность связей между атомами в керамических материалах определяет также их высокие температуру плавления, твердость и жесткость. Однако, природа этих же связей определяет и решающий недостаток керамики - ее хрупкость. Прочность связей препятствует скольжению атомных слоев относительно друг друга, и материал теряет деформируемость (имеющуюся у пластичных материалов типа меди), а с ней и способность противостоять прилагаемой нагрузке. Другое следствие хрупкости керамики состоит в том, что выдерживаемые ею сжимающие нагрузки существенно превосходят допустимые нагрузки на растяжение и сдвиг. Под действием нагрузки хрупкий материл легко трескается и разрушается, поэтому керамические материалы чрезвычайно чувствительны к малейшим нарушениям микроструктуры, которые становятся источниками зарождения трещин.

Атомная структура керамических материалов обеспечивает их химическую стойкость к разрушающем}' воздействию агрессивной окружающей среды, например, растворителей. Поскольку большинство керамических материалов состоит из оксидов, дальнейшее окисление (при горении или других химических реакциях), как правило, невозможно. Керамика - это материал, который «сгорел», «прокорродировал» и, будучи продуктом этих реакций, уже не подвержен разрушению такого типа. Прочность связей между атомами в керамических материалах определяет их высокие температуры плавления, твердость и жесткость. Природа этих же связей определяет и решающий недостаток керамики - ее хрупкость. Поэтому усилия ученых направлены на устранение таких микроскопических дефектов, как поры, агломераты, химические примеси, которые становятся источниками зарождения трещин. Один из способов достижения этого состоит в тщательной очистке и очень тонком размоле исходного порошка и плотной его упаковке перед спеканием, что приводит к получению керамики с предельно мелкими кристаллическими зернами.

п^гппа Ядерной безопасности реактора из-за невоз-ния в актИ53 -Лавления керамических материалов и образова-ного тем^р^Го ЗГ°Й кРи™ческ«й массы, отриЕатель-возможности Vnvnvn коэФФициента реактивности топлива и не-озможности хрупкого разрушения корпусов из предварительно

•стики карбидного и окисного уран-плутониевого воспроизводящего материала примерно такие же, как и ядерного топлива на такой же основе. Характеристики керамического материала на основе тория несколько иные. Окись тория ThO2 химически стабильна, температура плавления ее выше, чем двуокиси урана, и составляет 3250° С, но коэффициенты теплопроводности и линейного расширения у них практически одинаковы. Карбид тория ThC по своему поведению также похож на карбид урана. Он имеет более высокие плотность и температуру плавления, но теплопроводность его ниже теплопроводности карбида урана примерно в 3 раза. Таким образом, среди керамических материалов наиболее подходящим видом ядерного топлива для высокотемпературных реакторов ВГР и БГР являются карбиды урана, плутония и тория, обладающие хорошей совместимостью с графитом, пироуглеродом и карбидами металлов [13].

Проблема была решена путем организации индивидуальной защитной сферической оболочки из керамических материалов непосредственно на каждой топливной частичке. Такая конструкция твэла получила название микротвэла (coated portic-les) [6].

В опытной стадии находится изготовление подшипников из к ер м ет о в — спеченных сплавов керамических материалов (карбиды, оксиды, бориды и силициды металлов) с порошками Ni; Co; Сг; Мо (в пропорции ~ >:!•)•

Керметы сочетают твердость и жаропрочность керамических материалов с вязкостью и теплопроводностью металлов. По твердости они занимают промежуточное положение между инструментальными сталями и металлскерамическими сплавами.

неразъемное соединение образуется при совместном воздействии на свариваемые детали механических колебаний высокой (ультразвуковой) частоты и относительно небольших сдавливающих усилий Сварка осуществляется в результате взаимного трения свариваемых поверхностей, нагрева и давления. Силы трения возникают при действии на заготовки, сжатые осевой силой, механических колебаний ультразвуковой частоты (20—30 кГц)., Для получения такой частоты используют магнитострикционный эффект, заключающийся •в изменении размеров некоторых металлов, сплавов и керамических . материалов под действием переменного магнитного поля.

Рисунок 2.8 - Пути образования стекол и керамических материалов [11]

Изначально, перколяционная проблема решалась для физических процессов, например таких, как просачивание газов и жидкостей через пористое тело. В последнее время помнились работы, в которых уже химические процессы начали рассматривать как перколяцию. Было установлено, что в большом числе случаев получение керамических материалов и интерметоллндов в волне горения становится возможным, если объемная доля одного из компонентов находится вблизи 0,16. Это отвечает порогу протекания, в соответствии с критерием Шеро-Золлена.

Рисунок 2.8 - Пути образования стекол и керамических материалов [11]

Расширить номенклатуру новых, высокопрочных, коррозионно-стойких, износостойких и жаропрочных композиционных и керамических материалов, увеличить применение в машиностроении прогрессивных конструкционных металлов — проката из низколегированной стали, гнутых фасонных и точных профилей.

Тепломер служит для определения теплового потока, проходящего через исслед/смып образен. Он состоит из металлического корпуса ?. нагревателя 6. воспроизводящего определяемый тепло юп поток, экрана Г> и дифференциальной термопары 7. Нагреватель помещается в центральном углублении корпуса диаметром 24 и глубиной 1 мм. Он выполняется из нихромовой проволоки диаметром 0,2 мм в виде спирали и равномерно размещается на поверхности гиастипы 8 из ультралегковсса. Питание этого нагревателе осуществляется постоянным током от аккумуляторной батареи. Энергия, потребляемая нагревателем при ко )ффпциепте теплопроводности исследуемого материала, равном 5 вт/м-град, для температур 1 000°С составляет около 10—12 вт. Сверху спираль нагревателя тепломера закрывается металлическим экраном 5. Дифференциальная термопара служит для измерения перепада между температурами экрана н корпуса тепломера. Концы этой термопары подключаются к стрелочному нуль-гальванометру. Все части тепломера соединяются между собой с помощью жаростойкого цемента. Тепловые потери с боковых поверхностей прибора практически исключаются за счет применения тепловой изоляции 4. Ролг- холодильника выполняет экран тепломера, с внешней поверхности которого тепло отводится за счет конвенции. Величина этой поверхности должна быть достаточной, а сама поверхность должна хорошо омываться воздушной средой. При установившемся тепловом режиме тепловые потоки, проходящие через образец п корпус тепломера, будут одинаковы. Тогда тепловой поток будет равен мощности, потребляемой нагревателем тепломера и момент выравнивания температуры экрана и корпуса тепломера. Ошибка измерения теплового потока тепломером оценивается в 5%. Стационарное тепловое состояние устанавливается в течение 2—3 ч. На этом приборе измерялись коэффициенты теплопроводности керамических материалов (шамот, магнезит).