Obrabotka Metallov 2018 Vol. 20 No. 4

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 20 № 4 2018 90 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Т а б л и ц а 4 Ta b l e 4 Свойства спеченной алюмооксидной керамики Properties of sintered aluminum oxide ceramics Параметр 94 % Al 2 O 3 96 % Al 2 O 3 99,5 % Al 2 O 3 Плотность, g/cm 3 3,69 3,72 3,89 Пористость, % 0 0 0 Твердость, МПа 11 520 10 780 14 110 Коэффициент термического расширения, 10 –6 /град 8,1 8,2 8,4 Диэлектрическая прочность при постоянном напряжении, кВ/мм 16,7 14,6 16,9 Удельное сопротивление, Ом·см >10 14 >10 14 >10 14 на четыре порядка превышает сопротивление детонационных покрытий (≈ 10 10 Ом·см). В то же время диэлектрическая прочность детонаци- онных покрытий толщиной 300 мкм достигает величины 20 кВ/мм и по этому параметру они не уступают спеченной керамике. Поскольку на шлифах покрытий проникающей пористости ми- кронного масштаба не обнаруживается, то мож- но предположить, что пониженное в сравнении со спеченной керамикой удельное сопротивле- ние детонационных покрытий вызвано наличием сквозных «микроканалов», образуемых нанораз- мерными порами. Такими порами могут являться дефекты на границах «элементарных» фрагмен- тов, образующих покрытие. При этом микрокана- лы будут проходить по границам этих фрагмен- тов. Поскольку при столкновении с подложкой напыляемые частицы дробятся на несколько ча- стей [7], то с учетом дисперсности напыляемого порошка 40…28 мкм размер элементарного фраг- мента можно приближенно оценить в 10 микрон. Наноразмерные микроканалы за счет капил- лярных сил всасывают воду из воздуха и можно считать, что их удельное электросопротивление равно при малых напряжениях сопротивлению чистой воды ρ a = 6,3·10 7 Ом·см [17]. С ростом напряженности электрического поля, увели- чением проходящего тока и связанного с этим нагрева концентрация носителей тока в воде повышается, и в предпробойном состоянии ее удельное сопротивление снижается до величи- ны ρ a ≈ 7·10 3 Ом·см [18]. Проанализируем полученные результаты на основе предложенной выше гипотезы нанораз- мерных микроканалов. Пусть на единицу по- верхности покрытия выходит n микроканалов, которые представим себе в виде токопроводя- щих трубок сечением S t и длиной, равной тол- щине покрытия h . Тогда доля поверхности, за- нятая микроканалами, есть μ = nS t . Поскольку дефекты охватывают не всю поверхность, то μ < 1. Площадь контакта щупа, с помощью кото- рого производится тестирование покрытия, с по- верхностью покрытия обозначим S , тогда при за- мере тока щуп охватывает суммарную площадь токопроводящих трубок S a = μ S . При измерении удельного сопротивления по схеме, изображен- ной на рис. 3, регистрируемый ток I протекает как по керамике, так и по микроканалам. Отсю- да имеем формулу для тока, протекающего через некоторую поверхность покрытия S : 1 1 c a c a V I I I VR R R            , (1) где I c и I а – токи, протекающие по толще кера- мики и по всем микроканалам соответственно; V – приложенное напряжение; R c и R а – сопро- тивления керамики и микроканалов, приходя- щихся на поверхность S соответственно. Далее имеем a a h R S    и , (1 ) c c h R S     (2) где ρ а и ρ c – удельные сопротивления микроканалов (адсорбированной воды) и бес- пористой керамики соответственно. Тогда, поскольку R = ρ h/S , где ρ – измеренное по схеме,