The thermodurability of glass carbon — one of the most promising carbon materials used in the production of luminophors and semiconductor materials, optical single crystals, etc. — is investigated. The aim of this work was to study the behavior of glass carbon in the course of the thermal-cycle testing. As a diagnostic technique of the microflow initiation and progress, the signal reception of acoustic emission was used. It is shown that a heavy dislocation motion on the thermal-cycle exposure recognized in the acoustic emission signals is observed in the glasscarbon samples when heated. As far as the number of impulses is higher when heated than on cooling of the sample, it implies the damage accumulation in the structure under the thermal-cyclic handling of the glass carbon samples. It is found that damage accumulation curves reflected by the acoustic emission pulses differ on the stage of heating and cooling. It is proposed to use a total curve of the acoustic emission pulses as a potential destruction sign of a glass-carbon product when heated.
acoustic emission, total scaling of acoustic signals, cyclic thermal strength, graphitized carbon materials, glass carbon, macrocrack formation
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. Virgil´ev, Yu. S. Izmenenie razmerov steklougleroda pod deystviem neytronnogo oblucheniya / Yu. S. Virgil´ev, E. I. Kurolenkin, T. K. Pekal´n. «Konstruktsionnye materialy na osnove grafita», № 14. - Moskva : Metallurgiya, 1978. - 268 s.
2. Sigarev, A. M. Svoystva i struktura steklougleroda / A. M. Sigarev [i dr.]. «Konstruktsionnye materialy na osnove grafita», № 6. - Moskva : Metallurgiya, 1970. - S. 132.
3. Gnesin, G. G. Beskislorodnye keramicheskie materialy / G. G. Gnesin. - Kiev, 1987. - 152 s.
4. Akimov, G. Ya. Vliyanie skorosti deformirovaniya i predvaritel´nogo nagruzheniya na treshchinostoykost´ keramiki na osnove ZrO2 / G. Ya. Akimov, V. M. Timchenko. Problemy prochnosti. - 2002. - № 5. - S. 123-129.
5. Kuznetsov, D. M. Faktory, opredelyayushchie temperaturnyy koeffitsient lineynogo rasshireniya grafita / D. M. Kuznetsov. Ogneupory i tekhnicheskaya keramika. - 1999. - № 11. -- S. 24-26.
6. Kuznetsov, D. M. Ustanovlenie momenta treshchinoobrazovaniya metodom akusticheskoy emissii pri grafitatsii zagotovok / D. M. Kuznetsov, N. V. Negutorov. Zavodskaya laboratoriya. - 1991. - № 5. - S. 46-47.
7. Kuznetsov, D. M. Protsess grafitatsii uglerodnykh materialov. Sovremennye metody issledovaniya / D. M. Kuznetsov, V. P. Fokin. - Novocherkassk : YuRGTU, 2001. - 132 s.
8. Buylo, S. I. Fiziko-mekhanicheskie i statisticheskie aspekty povysheniya dostovernosti rezul´tatov akustiko-emissionnogo kontrolya i diagnostiki / S. I. Buylo. - Rostov-na-Donu : YuFU, 2008. - 192 s.
9. Kuznetsov, D. M. Usadochnye yavleniya pri grafitatsii zagotovok v pechakh Kastnera / D. M. Kuznetsov. Ogneupory i tekhnicheskaya keramika. - 2000. - № 8. - S. 46-49.
10. Kuznetsov, D. M. Grafitatsiya krupnogabaritnykh elektrodov. Protsess Achesona / D. M. Kuznetsov. - Rostov-na-Donu : GASKhM GOU, 2003. - 168 s.
