Исследование свойств керамического баллона разборной рентгеновской трубки на основе алюмооксидной керамики, страница 10

Ввиду поликристаллического, а зачастую и многофазового строения керамических материалов на величину механических характеристик оказывает сильное влияние большое количество факторов. Даже для одного и того же материала физико – механические характеристики могут значительно изменяться в зависимости от чистоты образцов, окружающей среды, условий и т.д. Поэтому прочностные характеристики керамических материалов следует рассматривать как статические наиболее вероятные значения для данных условий. При расчете реальных конструкций с повышенной надежностью необходимо учитывать не только средние значения, но и характер распределения прочности, присущий данному материалу.

Рисунок 7 - Кривые нормального (приведенного) распределения механической прочности керамических материалов со средними значениями 380 и 340 Мн/м² при разных  среднеквадратичных отклонениях.

1 – 7,5 МН/м²; 2 – 15 МН/м².

На рисунке 7 приведены данные по механической прочности двух керамических материалов. Несмотря на то, что σ_изг  для второго материала на 39,2 Мн/м³ больше, надежность конструкции с использованием второго материала при максимально возможных нагрузках в 254 Мн/м³ составит всего 94%, в то время как при использовании в этой же конструкции первого материала она составит 100%.

Прочность при изгибе. Механическая прочность керамических материалов зависит от исходного состава масс, пористости, величины зерна кристаллофазы, температуры и т.д. В таблице 9 приведены средние значения σ_изг для некоторых керамических материалов в зависимости от температуры. Увеличение в составе керамического материала количества кристаллофазы, как правило, сдвигает начало резкого снижения механической прочности в область более высоких температур.

Влияние величины зерна корунда в пределах от 1 до 250 мкм и температуры на σ_изг для чистого оксида алюминия (Al₂O₃ 99%) с относительной плотностью 98% [8] показано на рисунке 8.

Рисунок 8 -  Влияние величины размеров кристаллофазы алюмооксидной керамики на механическую прочность при изгибе.

1 – 1-2 мкм; 2 – 10-15 мкм; 3 – 40-50 мкм; 4 – 80-100 мкм; 5 – 150-250 мкм.

При конструировании металлокерамических узлов следует учитывать снижение σ_изг при знакопеременной нагрузке. Так, для плотноспеченного оксида алюминия с добавкой 0,25% MgO [10] предел прочности при статическом изгибе составляет 422 Мн/м³, а при переменном изгибе после 2∙10⁶ циклов снижается до 127 Мн/м³. Повышение содержания стеклофазы в керамическом материале за счет введения 3% (вес.) минерализатора снижает σ_изг  с 372 Мн/м³  до 98 Мн/м³.

Таблица 9 - Прочность при статическом изгибе для некоторых керамических материалов от температуры, Мн/м³