Проведены исследования термопрочности стеклоуглерода — одного из наиболее перспективных углеродных материалов, применяющихся при производстве люминофоров и полупроводниковых материалов, оптических монокристаллов и т. д. Целью работы являлось изучение поведения стеклоуглерода в ходе термоциклических испытаний. В качестве метода диагностики зарождения и развития микротрещин был использован прием сигналов акустической эмиссии. Показано, что при нагревании в образцах стеклоуглерода наблюдается интенсивное движение дислокаций при термоциклическом воздействии, отражаемое в сигналах акустической эмиссии. Поскольку количество импульсов при нагревании выше, чем при охлаждении образца, то это свидетельствует о накоплении повреждений в структуре при термоциклической обработке стеклоуглеродных образцов. Установлено, что кривые накопления дефектов, отражаемые импульсами акустической эмиссии, различаются на стадии нагрева и охлаждения. Предложено использовать кривую суммарного счёта импульсов акустической эмиссии в качестве возможного предвестника разрушения при нагревании стеклоуглеродного изделия.
акустическая эмиссия, суммарный счёт акустических сигналов, циклическая термопрочность, углеграфитовые материалы, стеклоуглерод, образование макротрещин
Введение. Широкое применение в современной технике углеродных материалов объясняется наличием сочетания комплекса свойств, таких как: малая плотность и высокая удельная прочность, особенно при высоких температурах; высокая теплопроводность и сравнительно низкая окисляемость при высоких температурах; химическая инертность по отношению к большинству твёрдых и жидких металлов; способность сохранять физико-механические свойства в условиях нейтронного облучения. Одним из наиболее перспективных углеродных материалов является стеклоуглерод [1] — изотропный, газонепроницаемый, твёрдый и прочный материал, сочетающий свойства графита и стекла, способный выдерживать многократный быстрый нагрев с последующим быстрым охлаждением. Стеклоуглерод применяется в производстве люминофоров и полупроводниковых материалов, оптических монокристаллов и т. д.
По структуре стеклоуглерод представляет собой скрученные в спиралевидные и беспорядочно перемешанные между собой ленточно-фибриллярные комплексы, образующие глобулярную структуру. Комплекс состоит из полимерных молекул, которые могут быть свернуты в беспорядочный клубок, а агрегат является упаковкой таких клубков [2]. При этом возможна приблизительно параллельная укладка соседних лент молекул на отдельных участках (гипотеза пачек) при хаотичной ориентации этих участков. Особенность свойств стеклоуглерода (химическая инертность в восстановительной атмосфере и абсолютная газонепроницаемость) обуславливают расширение его использования, в первую очередь, как материала для тиглей в производстве сверхчистых веществ, т. е. материала, способного выдерживать длительные термоциклические испытания.
Изучение циклической термопрочности стеклоуглерода целенаправленно не проводилось. К настоящему времени неизвестен даже порядок градиента температур, который способен вы- держать стеклоуглерод. Основные теплофизические свойства стеклоуглерода изучены достаточно подробно и давно (табл. 1).
1. Виргильев, Ю. С. Изменение размеров стеклоуглерода под действием нейтронного облучения / Ю. С. Виргильев, Е. И. Куроленкин, Т. К. Пекальн // «Конструкционные материалы на основе графита», № 14. — Москва : Металлургия, 1978. — 268 с.
2. Сигарев, А. М. Свойства и структура стеклоуглерода / А. М. Сигарев [и др.] // «Конструкционные материалы на основе графита», № 6. — Москва : Металлургия, 1970. — С. 132.
3. Гнесин, Г. Г. Бескислородные керамические материалы / Г. Г. Гнесин. — Киев, 1987. — 152 с.
4. Акимов, Г. Я. Влияние скорости деформирования и предварительного нагружения на трещиностойкость керамики на основе ZrO2 / Г. Я. Акимов, В. М. Тимченко // Проблемы прочности. — 2002. — № 5. — С. 123‒129.
5. Кузнецов, Д. М. Факторы, определяющие температурный коэффициент линейного расширения графита / Д. М. Кузнецов // Огнеупоры и техническая керамика. — 1999. — № 11. –– С. 24‒26.
6. Кузнецов, Д. М. Установление момента трещинообразования методом акустической эмиссии при графитации заготовок / Д. М. Кузнецов, Н. В. Негуторов // Заводская лаборатория. — 1991. — № 5. — С. 46‒47.
7. Кузнецов, Д. М. Процесс графитации углеродных материалов. Современные методы исследования / Д. М. Кузнецов, В. П. Фокин. — Новочеркасск : ЮРГТУ, 2001. — 132 с.
8. Буйло, С. И. Физико-механические и статистические аспекты повышения достоверности результатов акустико-эмиссионного контроля и диагностики / С. И. Буйло. — Ростов-на-Дону : ЮФУ, 2008. — 192 с.
9. Кузнецов, Д. М. Усадочные явления при графитации заготовок в печах Кастнера / Д. М. Кузнецов // Огнеупоры и техническая керамика. — 2000. — № 8. — С. 46‒49.
10. Кузнецов, Д. М. Графитация крупногабаритных электродов. Процесс Ачесона / Д. М. Кузнецов. — Ростов-на-Дону : ГАСХМ ГОУ, 2003. — 168 с.
