Пивинский Ю.Е., Ромашин А.Г. - Кварцевая керамика, страница 13

Последнее подтверждается незначительным (на 0,2 — 0,5) повышением рН суспензнй кварцевого стекла в процессе стабилизации [51, 64]. з' ззк, зтз 67 ),вб )г ),94 ~ )вг Е )99 ),98 Рмс. !Р. Общий характер еашаоамостн оаойств суспапанл и отлнаок от про Лолжнтельноств пер смеши. ванна: ) — прочность отлнвкн; у— плопность отливки; р — скорость набора массы; Ь— вязкость суспаванв 68 Мехаиичес)сое перемсшшрание Реологичес)еие )и технологнчесиие 'свойства керамических суспензий можно регул)провать изменением рН дисперсионной среды, введением поверхностно активных веществ или механическим перемешиванием. Считается 11291, что физико-химическая сущность этих способов регулиров)еи свойств суопензий без,изменения содержания в ыих твердой фазы основана на а)кт)рии)рова)рии по~верхностного взаимодействия дисяерсной фазы с днсперсионной средой.)Применительно к суспензиям кварцевого стекла лучшим способом их уазжижения и стабилизации свойств является гравитационное перемешивание 1731.

Общий хара)ктер зависимости свойств суспензия и отливок от продолжительности перемешивания показан на,рис. 19. Видно, что с ростом продолжительности пе- )г 54 Пррьтпяжшп рльире)ть лсреившпдпяпя ~ремешивания вязкость и скорость )на)бора массы умень'шаются, а плотность н прочность отливки увеличиваются.

Указанные изменения достигают своего конечного значения через определенный промежуток времени', и в дальнейшем существенно не изменяются даже при весьма )продолжительном перемешивании. 'Кроме того, в процессе перемешивання несколько возрастают значения р)Н и плотности суспензии (за счет удаления небольшого количества захваченного воздуха), а усадка отливок при сушке уменьшается. Так)км образом,,посредством перемешивайрия возможно,резко улучшить реолопичео)оие и технологические свойства суопензий, в связи с чем данный,процеос при- ' Оптимальная продолж~ятельность иеремешииаиия составляет 4О-ЗО ч, менительно к шли)керному литью кварцевой керамики может быть назван ~разжиже)вием,и стабилизацией.

Это тем более пра)вомочно, что пведе)рие ряда электролитов в отличие от нх действия на другие суопензии, в дан1ном случае оказывает преимущественно отрицательное воздействие. Процесс механического перемешиваыия 'применяется также для смешения ~н усреднения суспензий с различныйви исходным~и хара)ктеристиками. чМеха)инческое,перемешиваиие,оказывает аналогичное влияние на плотность упаковки массы )при наборе как прн обычном методе шликерного л~итья,в гипсовые формы, ка)к н при электрофоретическом формовании (81), что показано на рнс.

20. При) электрофоретическом фор- )вв -- ' в гв 49 вв вв )99 )гр гар г,ч Рнс, И). Влпшше прааолжптельностн перемешзвалпп ма платность отлнпкн, полученной електрофорогяческнм фармоаапнем 1)) н обычным шлзкерным лвтьсм 12), и на мй.

ннмальную егшкость суспмгеяп кварцевого стекла 13) мовании достигаются несколько бел)йшне значения р„л. особенно на начальных стадиях стабилизации. Стабилизированные суспензнн )ррн осаждении в покое также дают более плотные седнмонтационные )осадки, чем 'исходные, Кроме того„стабилизация увелнчивает седиментацнон. пую устойчивость суопензий. Например, шрн осаждении ирупнодиспероных суспензий с р, 1,83 г/смв в столбе с 6=500,мм слой осасвка за,120 ч составляет 220 ~мм для исходной и 1~30 мм для стабилизированной суспензин. Плотность осадков,при этом составила 1,79 и 1,85 г/смп соответственно. Эффективность стабилизации по уменьшенн)о вязкости может быть представлена до формуле: ь1 = Писа/т1«он в (26) где йп — коэффициент понижения вязкости после стабилизации; пис«, е)„,— соответсгвенно вязкость нсходнойн стабилчзирива1нной суопензии.

~Показатель 1сп, оцениваемый по условной ~или минимальной вязкости, значительно 1возрастает с ростом плотности суопензии. К примеру, для суопензнй, полученных одностадийным методом', с плотностью 1,92— 1,95 г1омй й достигает,10- 15, а шрн ее уменьшении до 1,85 — 1,87 прн ораинимой дисперсностн — 4 — 7. Еще большая разница эпих показателей наблюдается, если для расчета принять вязкость, измеренную при ~высоких напряжениях сдвига (в области дилатантного течения).

Меха1ниэм явлений, происходящих ~в суспензии кварцевого стекла нри ее перемепгивании, .изучен недостаточно. В работе 1132] сделано предположение, что при большой акоросзи сдвига, 1возникающей на поверхности час. тиц,суспензии при перемешивании, 1раэвнвающнеся напряжения срывают опраделенное косьичество связанной воды н переводят ее в свободное состояние. Известно 1197], что при,перемешпвамии,вязко-текучих дисперсных .систем эа счет сил потока ~и инерции воз,и~икает напряженное состояние, приводящее 1к дезагломерацнн 1в н1нх твердой фазы.

Частицы ~или айтрегаты, взвешенные во фрдкционных 1потоках, приводятся во иращателыное движение. Последнее обусловл1ивает возникновение центробеж1ных сил, являющихся дополнительной причиной создания на частицах,наиряжений. С ростом доли свободной, воды в суспензии (при неизменной общей влажности) .падает ее вязкость, а плот1ность и лрочность отливок;возрастает за счет уменьше~ния толщины гидратных оболочек 1на частицах, что вместе с тем ведет к уменьшению усадтйи при сушке и скорости набора массы;при литье.

Для доказательства указанного механизма были проведены исследования:по изучению влиян1ия окружной скорости прн перемншиван1ии ~на изменение свойств суспензии. Оказалось, что скерость падения вязкости существенно зависит от окружной скорости 1прд 1перемешиванин. Последнее видно ~из рис.

21, где иоказана зависимость вязкости от продолжительности перемешивания при двух различных ее скоростях (0,26 н 1,4 и/с), Как следует из рис. 21, при большей скорости перемешивания отмечается как более быстрое понижение вязкости, так и меньшая ее постоянная величина. После 3-ч перемешивання при большей скорости достигается более низкая вязкость,.чем равновесная (50 — 68ч) при малой скорости. Каждой окруженной скорости при перемешиваиии соответствует, видимо, налряжение сдвига, определяющее вместе с тем и количество срываемой рыхлоовязанной воды.

При меньших напряисениях сдвнгг о~ 1О Раас, й!. Влиииие онртжной саорости при персмепигваини на «вменение услоеаой ела«оспа суопеааий «вврпевога стс«ла: 1-О,йй м1с; и апе и1е срываются самые отдаленные (с малой энергией связи) слои воды, с его повышением более прочносвязанные, приближающиеся к частице. Если суспензию, достигшую значений равновесной вязкости при малой окружной скорости, подвергнуть,перемешиванню при большей окружной скорости, то ее вязкость снова понизится. Характерно, что аналогичная зависимость на~блюдается и для показателей плотности отливок, Од~ням из доказательств того, что в .процессе перемешивания выделяется существенное количество связанной воды, является падение дилатансии суспензий после их стабилизации. Как известно, последняя обусловлена отсутствием в системе достаточного объема кинетнчески свободной дисперсионной среды.

Возможность описанного механизма изменения вязкости при перемешнвании 71 сзтейует из ряда работ по реологии 1103, 132~. В работе [1321, где рассматривается течение дисперсных систем в вискозиметре, отмечается: «Прочность связанной жидкости быстро убывает по мере удаления ее от адсорбирукицей поверхности твердого тела.,При низких скоростях течения вся связанная жидкость ведет себя как твердое тело и не смещается относительно поверхности твердой частицы». Последняя, согласно этой работе, выделяется (срывается) при больших скоростях сдвига.

С целью сравнения эффекта падения вязкости исходная нестабилизированпая суспензия кварцевого стекла подвергалась продолжительному (до 3 ч) деформированию в вискозиметре с коаксиальными цилиндрами (зазо~р 7 мм) со скоростью сдвига 48 с-' и механическому перемеши~вапию в барабане мельницы с окружной скоростью 1 м/с. При этом была обнаружена идентичность падения вязкости от продолжительности процессов для двух рассмотренных случаев. В последнее время существенное влияние механического перемешивания на свойства суспензий и отливок было обнаружено и при изучении шликерного литья из целого ряда других керамических материалов — окислов, силикатов, карбидов [80, 1291.

Возможно также, что определенный вклад ~в падение вязкости суспензии может вносить процесс старения (синерезиса) кремнекислоты, который обусловлен ее неустойчивостью н инициируется ~механическим перемешивапием [51, 69, 631". Не исключено, что частичной причиной резкого изменения свойств суспензий на первой стадии их стабилизации может быть и следующее.

После окончания мокрого измельчения на поверхности твердой фазы суспензии, по всей видимости, имеется определенная негидратйурованная поверхность. Окончание ее гидратации, а соответственно и увеличение заряда, достигается в процессе стабилизации (перемешивания). Для подтверждения возможности такого механизма имеются два косвенных доказательства. Прежде всего более резкое падение вязкости Ф„было обнаружено у суспензий, помол которых прекращался на стадии интенсивного измельчения (т. е. с большей нетидратнровамной поверхностью).

а Как будет показано дальше, старение в покое (без перемешнвамня) приводит и росту вязкости суспензия. 7л Кроме того, стабиллзированные суспензии по сравнению с исходными обладают значительно большей седиментационной устойчивостью, несмотря на то, что их вязкость, определяющая скорость осаждения частиц„ значительно ~меньше. Указанное отличие обусловлено, вероятно, тем, что нестабилизирова~нные суспензни, обладая меньшей величиной дзета-потенциала, являются агрегативно неустойчивыми, что определяет и их мень.

шую седиментацнонную устойчивость. Старуение суснензий Представляло интерес изучить' ~поведение суспензнй кварцевого стекла при длительном хранении в покое при условиях, исключающих высыхание. Такой процесс .представляет своеобразное старение. В результате изу. чения процесса было установлено, что определяющими сг Перемешиданае Спгаренье рпс. 22. Общий характер зависимости коэффициента упаковки тлордой фазы в отливке, мвиималъиой вавкоств в статического предела текучести от продоляштеликоств стдренвя и последующе. го перемсппгввивя суопвивии квардсвио стекла факторами в данном случае являются плотность и днсперсность суспензий.

Суспензии малой н средней плотности в процессе хранения расслаивались с образованием прочного осадка и слоя малоконцентрированного сус- ' Данное исследование выполнено автором совместно с Р. Г. Макаренковой. пензии. С увеличением плотности суспензий достигаются условия ~полной их меди~ментационной устойчивости [72, 7~51 и общий характер нх поведения соответствует показанному на рис. 22 (для стабилизированных суспензий). В процессе хранения суспензий вязкость их непрерывно возрастает, возникает отсутствовавший первоначально предел текучести Ра„ который после определенной продолжительности старения резко возрастает с переходом системы в высокопрочное твердообразное состояние (с прочностью при сжатии 60 — 70 кгс/смз).