Разработка метода упрочнения радиопрозрачных изделий из стеклокерамики литийалюмосиликатного состава

• Автор: Рожкова, Татьяна Ивановна
• Шифр специальности: 05.17.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Обнинск
• Количество страниц: 248 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

Обзор литературы

1.1 Общие представления о проблеме прочности

стеклокристаллических материалов

1.1.1 Механические свойства материала, как критерий

пригодности для технического использования

1.1.2 Основные закономерности прочности керамики

1.2 Теоретические основы и методы повышения

прочности стекол и стеклокристаллических материалов.

1.2.1 Повышение качества поверхности

1.2.2 Изоляция дефектов и защита поверхности покрытиями.
1.2.3 Блокирование дефектов сжатием поверхностного слоя.
1.2.4 Методы повышения прочности керамических материалов
ВЫВОДЫ по главе 1.
Научнопрактические аспекты ионообменного упрочнения и выбор направления исследования
2.1 Ионообменное упрочнение, научные и практические аспекты.
2.1.1 Диффузия и обмен ионов в поверхностных слоях материала
2.1.2 Образование поверхностных напряжений при ионном обмене
2.1.3 Влияние примесных ионов на процесс упрочнения.
2.2 Упрочнение промышленных стеклокристаллических материалов
ионным обменом
2.3. Выбор направления исследований.
2.4 Методы исследований, исходные материалы.
2.4.1 Объекты исследования, исходные материалы
2.4.2 Методы исследования.
ВЫВОДЫ по главе 2.
Экспериментальная часть.
3.1 Исследование возможностей упрочнения стеклокерамических материалов литийалюмосиликатного состава.
3.1.1 Упрочнение с применением травления поверхности
3.1.2 Упрочнение с предварительной термообработкой
3.2 Исследование процесса ионообменного упрочнения
стеклокерамических материалов в расплавах щелочных металлов.
3.3. Ионообменное упрочнение стеклокерамики ОТМ
в поверхностном слое ионообменного реагента.
3.3.1 Ионообменное упрочнение в слое .
3.3.2 Ионообменное упрочнение в слое смеси ЫаМОз и КЫОз.
3.3.3 Исследование влияния состояния поверхности стеклокерамического материала на степень упрочнения
и коррозию материала
3.3.4 Определение основных физикотехнических свойств упрочненного стеклокерамического материала
3.4 Изучение состава и структуры упрочненного слоя
материала и определение глубины сжатого слоя
ВЫВОДЫ по главе 3.
Исследование свойств стеклокерамического материала литийалюмосиликатного состава, упрочненного путем ионного обмена в слое ионообменного реагента н
паспортизация материала.
4.1 Прочностные и упругие свойства
4.2 Теплофизические свойства
4.2.1 Тепловое расширение.
4.2.2 Теплопроводность, удельная теплоемкость и
температуропроводность
4.3 Диэлектрические свойства
4.3.1. Диэлектрические потери.
4.3.2. Диэлектрическая проницаемость
4.4. Специальные свойства.
4.4.1 Устойчивость к ударному контактному воздействию.
4.4.2 Устойчивость к пылевой эрозии.
4.5 Паспортизация упрочненного материала
ВЫВОДЫ по главе 4.
Создание оборудования и разработка опытнопромышленной
технологии упрочнения изделий из стеклокерамического
материала литийалюмосиликатного состава.
5.1 Разработка промышленной установки ионообменного
упрочнения
5.2 Отработка технологии ионообменного упрочнения
на образцах.
5.3 Отработка технологии ионообменного упрочнения
на штатных оболочках
ВЫВОДЫ по главе 5.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА


После того, как Гриффит // высказал гипотезу об определяющем влиянии дефектов поверхности на прочность твердых тел, вопросам их упрочнения путем воздействия на поверхность уделяется особое внимание. Повышение качества поверхности сводится к уменьшению количества и глубины поверхностных микротрещин и (или) увеличению радиуса кривизны из вершин. Я] 1. Ь7а - радиус закругления кончика трещины; а и Ь - половины большой и малой осей эллипса. Р = {2Е у/[тсс( 1 - Ц2 ]}1/2 1. Е - модуль Юнга; у - свободная поверхностная энергия; ц - коэффициент Пуассона: с - глубина трещины, а в общем случае - линейный пармегр, характеризующий дефектность поверхности. Уравнения 1. Предельные значения прочности, достигаемые методами повышения качества поверхности ограничиваются лишь практическими трудностями уменьшения глубины трещины ниже определенной, характерной для данного способа величины. Для стекла часто используют метод механического полирования /-/. Стекло, полученное путем шлифования и полирования имеет уровень прочности в интервале от до 0 МПа. Для получения более высокого уровня прочности параметры обработки должны быть такими, чтобы нижняя граница дефектного слоя, создающаяся данной фракцией абразива, не превышала дефектного слоя предыдущей фракции. Возможность приближения к теоретической прочности твердого тела при удалении дефектного поверхностного слоя путем обработки в растворах плавиковой кислоты и щелочей (химическая полировка) была показана в работах /,/. Однако, при осуществлении данного способа упрочнения возникают трудности в сохранении поверхности материала в неповрежденном виде. При травлении процесс удаления поверхностных дефектов сопровождается процессом вывода на поверхность внутренних дефектов. Общим недостатком всех методов упрочнения стекол путем повышения качества поверхности является механическая, термическая и химическая повреждаемость. Так, прочность химически полированного стекла снижается более чем на порядок даже при слабом соприкосновении с бумагой или деревом. Использование токсичных материалов является существенной проблемой для использования метода в промышленных масштабах. Не менее серьезным недостатком методов упрочнения путем повышения качества поверхности является проблема физико-химической или иной защиты малодефектной поверхности, что требует разработки технически сложных процессов. Развитию поверхностных дефектов и понижению чувствительности поверхности к механическим повреждениям препятствуют защитные покрытия, наносимые на поверхность стекла. В настоящее время для этой цели используются органические, кремнийор1*анические; элементоорганические, оксидные и другие виды покрытий. Кремнийорганические пленки, защищающие поверхность стекла по-, лучили широкое распространение как промежуточные слои для получения комбинированного защитного покрытия для стеклянной тары //. Полимерные покрытия эффективно используются для сохранения прочности бездефектных стекол и для повышения прочности обычных промышленных стекол /,/. При нанесении на поверхность стекла покрытий элементоорганических соединений на основе титана, олова, алюминия, железа и других // образуется оксидная пленка, устойчивая к механическим воздействиям - истиранию, царапанию. Эффективное упрочняющее действие демонстрируют покрытия оксидов металлов /,/, что объясняется высокой адгезией пленки к стеклу, повышенной прочностью пленки, а также тем, что вещество пленки проникает в поверхностный слой стекла в результате диффузии, модифицируя поверхность стекла. Поверхностное сжимающее напряжение искусственно снижает приложенное к телу внешнее растягивающее напряжение // (рис. Ру = Р0 +1 сг°1 1. Р0> Ру - прочность исходного и упрочненного стекол, а0 - сжимающее напряжение на поверхности стекла. Я — толщина стекла, г — координата. Рис. Упрочнение стекла созданием остаточных сжимающих напряжений. А - отожженное стекло; Б - закаленное стекло; В - стекло, упрочненное ионным обменом; Я - внешняя нагрузка. Существует три способа создания сжимающих напряжений: изменение термического коэффициента линейного расширения (ТКЛР) поверхностного слоя, закалка и ионообменная обработка при этом концентрация и размеры поверхностных дефектов, как правило, возрастают.