Труды КНЦ (Технические науки вып.2/2025(16))

показывает, что поверхностные дефекты в виде включений и раковин глубиной, составляющей до 15 % от толщины стенки керамического элемента, не оказывают влияния на прочность изделия и не снижают его надежность. Было сделано предположение, что возможная доработка места расположения поверхностного дефекта (трещины) или включения путем удаления дефектной области и придания ему правильной сферической формы в виде раковины не окажет критического влияния на прочность изделия. Цель настоящей работы — оценка влияния на прочность изделий из кварцевой керамики пор (раковин), полученных путем доработки дефектов поверхности в виде трещин и включений, определение размеров исходных дефектов, допускающих возможность устранения доработкой. Из созданных человеком неорганических материалов при кажущейся на первый взгляд простоте керамика является наиболее сложным материалом как по составу, так и по строению. Как и все керамические материалы, кварцевая керамика формируется вследствие протекания необратимых и неравновесных процессов, поэтому ее структура содержит элементы как упорядоченности, так и хаотичности и в общем случае описывается геометрией фракталов [3; 4]. Известна классификация элементов структуры [5], в которой керамика рассматривается по мере уменьшения масштаба слагающих ее элементов: макро-, микро- или субструктура. Детальное изучение взаимосвязей элементов структуры производится с использованием междисциплинарной методологии «Микромеханика керамики» [6], сущность которой заключается в представлении керамики в виде конструкции, построенной из элементов ее структуры, определении напряженно-деформированного состояния ее структурных элементов под действием внешних нагрузок, а также в использовании результатов численных экспериментов для целевого поиска эффективных методов повышения надежности керамических изделий. Безусловно, применение методологии микромеханики для поиска и оценки способов увеличения выхода годных изделий позволит взглянуть на проблему проектирования, изготовления и эксплуатации работоспособных керамических изделий с системных позиций, однако данные исследования предполагают задействование значительных временных и человеческих ресурсов, что в разрезе сжатых сроков решения поставленной задачи неприемлемо. Поэтому в данном исследовании рассматриваются только макроструктурные элементы керамики, их взаимодействие в материале и влияние на прочность изделий, так как данный вид элементов наиболее прост в изучении и не требует применения дорогостоящего инструментария. Под макроструктурами понимаются структурные элементы керамики с размерами более 1 мм. При этом под элементами структуры понимаются твердые тела (зерна, частицы), а под дефектами — границы элементов и пустоты между ними [5]. В данном контексте понятием «дефекты» описываются естественные особенности структуры керамики, которые образуются вследствие технологии ее получения и по которым потенциально пойдет процесс разрушения при воздействии на изделие предельной нагрузки. Реальные керамические изделия всегда содержат дефекты, которые находятся в суб-, микро- и макроструктурах материала. Дефектами макроструктуры являются области с резким изменением плотности (поры, трещины, границы пор и трещин) или нарушения сплошности материала. Само понятие «дефект» относительно и зависит от того, с какими свойствами материал стоит задача получить. Если цель — получение высокоплотной керамики, то пора для такого материала будет являться дефектом, для пористой керамики пора — это уже элемент ее структуры (в предыдущем абзаце элемент структуры — твердое тело, здесь — пора), выполняющий определенную роль. Основная задача в таком случае сводится к определению влияния размеров, формы, взаимного расположения дефектов на прочностные свойства керамики в исследуемой области изделия. Чем стабильнее технология получения керамики, тем более равномерно по объему материала распределены дефекты одного размера. В противном случае области с концентрацией дефектов будут иметь более низкую локальную прочность, которая и будет определять прочность всего объема материала. В общем случае для прочности материала дефекты макроструктуры опаснее дефектов микроструктуры, а последние — субструктуры. Чем крупнее элемент структуры материала, тем больше размеры дефектов, которые могут возникать между ними. Эти дефекты и их количество и будут определять прочность изделия в целом. Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2025. Т. 16, № 2. С. 83-88. Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2025. Vol. 16, No. 2. P. 83-88. © Медведев А. В., Харитонов Д. В., Анашкина А. А., Маслова Е. В., Коваленко П. В., 2025 85