Моделювання механічних властивостей керамічних композиційних матеріалів на основі кварцового скла
Соловйова Н. А., Карасик О. В.
Chemistry and modern technologies
Кварцова кераміка відноситься до порівняно маломіцних матеріалів з характерною високою залежністю механічних властивостей як від технології її одержання, так і від масштабного фактора - габаритів виробів. Іншою важливою особливістю цього матеріалу є його пористість, яка не тільки впливає на багато властивостей (міцність, модуль пружності, діелектричну проникність), але і багато в чому погіршує експлуатаційні характеристики виробів при роботі в агресивних середовищах. Розробка технології отримання таких матеріалів і виробів із заданою пористістю (щільністю) є однією з найбільш складних завдань.
Мета даної роботи полягає у розробці математичної моделі, яка дозволить прогнозувати вплив кількості та розміру часток наповнювача і матриці на міцність виробів на основі кварцового скла.
Негативний вплив крихкості на експлуатаційні характеристики може бути послаблений, наприклад, за рахунок структурного фактору. Слід відзначити, що в сучасних керамічних матеріалах, як правило, використовуються декілька механізмів для підвищення тріщиностійкості одночасно. Головними серед них є зменшення ефективного розміру структурного елементу (зерна), механізм зміцнення фазовими перетвореннями, дисперсійне зміцнення, армування матриці волокнами, ініціювання процесу розгалуження тріщини і створення мікротріщинуватої структури. Останнє досягається шляхом створення матеріалів з високим рівнем внутрішніх мікронапружень, або з деякою часткою послаблених міжзеренних границь чи вмістом низькомодульних включень (наприклад, вуглецю).
Ефективними технологічними прийомами впливу на структуру і властивості керамічних композиційних матеріалів є застосування реакційного спікання, ізостатичного пресування та інших методів компактування, які дозволяють отримувати матеріали з практично нульовою поруватістю. При реакційному спіканні чи гарячому пресуванні можна отримувати матеріали з унікальною мікро- і навіть нанодисперсною структурою.
Оскільки при виготовленні композитів реакційними методами складові фази матеріалу формуються в процесі виготовлення, вивчення фізико-хімічних процесів, що відбуваються при цьому є актуальною задачею. Розуміння їх сутності дасть змогу керувати структурою композитів на стадії їх виготовлення і отримувати матеріали з комплексом унікальних наперед заданих характеристик.