Пивинский Ю.Е., Ромашин А.Г. - Кварцевая керамика, страница 16

Как следует из рис. 26, а~иалогично понижению л, понижается и дилатансия (понижается 671). Показанная на рис. 26 закономерность была также подтверждена на водных суспензиях кристаллического н аморфного кремнезема. Влияние каагуляции изучали- на двух стабилизирова~нных суепензиях кварцевого стекла. Первая из них (среднедисперсная) была получена суспензированием порошка в дистиллированной воде с последующей стабилизацией и имела следующие характеристики: р, 1,85 г/см', С„0,70; л„0,80; рН 6,5. Вторая (с существенньгм содержанием крупной фракции) получена одностадийным мокрым измельчением с последующей стабилизацией и,имела параметры: р, 1,93 г/смз; С„0,77; лв 0,86; рН 5,0. Коагуляция. суспеизий достигалась определенной добавкой концентрированной соляной кислоты до достижения определенного значения рН. На рис.

27 показаны реологические кривые первой суопензии при различных значениях ее рН. Исходная суспензия (кривая 1) отличается резко выраженными дилатантными свойствами и переходом в твердообразное состояние при низких скоростях деформации (менее 20 с '). При незначительной ее коагуляции до рН— 4,3 (к~ривая 2) дилатансия суспензия уменьшается, и ее переход в твердообразное состояние отмечается при более высоких значениях у. Характерно, что при этом значении рН суспензия обладает, по сравнению с исходной, меньшей вязкостью в области минимальных значений Р. При дальнейшей коагуляции (уменьшается рН) в области малых значений Р появляется тиксотропное течение, увеличивающееся с понижением рН (кривые 3, 4).

При определенных значениях Р достигается минимальная вязкюсть предельно разрушенной тиксотропной структуры, в дальнейшем же опять появляется дилатаитное течение. Причем, с увеличением степени коагуляции (понижением рН) возрастает 7, при котором начинается .дилатантное течение, т. е. суспензия проявляют тиксотропно-дилатзнтное течение. На рис.

28 показаны реологические 70ривые крупнодиспероной суспензии ~при различных вначениях рН. Исходная суспензия (кривая 1) обладает меньшей, чем в предыдущем случае, дилатансией и в области изучепнь1х значений скорости деформации и напряжения сдвига в твердообразное состояние ме переходит. Аналогично предьйдущему случаю, коагуляция приводит к возникновению тиксотропной структуры. Но если при еначении рН=2,0 (кривая 2) в области высоких значений Р от- 7ПП ип дд пп мпп гппп Р, дин гм-г Лау и МПП гдау ИХ Р,дин гм-' мечается незначительная дилатансия суопензии, то при рН=О,З онз отсутствует.

Таким образом, из приведенных да~нных следует, что в зависимости от степени дилатансии исходной суопензии и степени ее коагуляции возможно или понизить дилатансию, или полностью ее устранить. При этом, как правило, в области малых значений Р отмечается тиксотро70ное течение. Вб Рис. 27. Зависимость скорости оаеига в вязкостя от напряжения гхаига лля срепвелисперсяых суопеизий кварцевою стекла прв различяых зпачевияк як рйс 7-йгй 2 — айх 2- ьв 4-0,0 рис. яГ, Заиисвеюсть екпрггстя сдвига и вязкоств от иапряжеиия сдвига Хля крупяолпспчтс иыл суопеизий кварцевого стек- ' ла при рвали жыл звачевиях их ри: ! — 0,0; 2-0,0; 2-0,0 а,»г а Рн На рис.

29 показана зависимость коэффициента упаковки твердой фазы й»в шликерной отливки от рН сус;пензий для их литья. Как следует из рис. 29, с увеличением степени коагуляции суспензий ниже определенного значени|я их рН л»в отливок резко понижается. Из сопоставления реологических кривых (рис.

27, 28) и зависимости А» — рН (рис. 29) следует, что в области рН, соответствупаа ющей высокому значению Ф», отмечается дилатантное поведение. По мере коагуляции (понижения рН) показатель й»„ уменьшается и суспснзии обнаруживают тиксотроп.но-дилатантное или таксотропное поведение.

Таким образом, если в рае. я. зависимость ииффвквек- процессе стабилизации, та»лакевкв езарвей фазы з схлаеие сг рн с»евекззй кзеркезсге сопрОвОждающеМСя пОвыееалвйзви веирвм йемелов (умЕньшЕннем пОристО- сти), отмечается падение дилатансии суспвнзий (см. рис. 26), то ~при козгуляции падение дилатансии сопровождается уменьшением й» . Однако в первом случае заметна тенденция суспензии к ньютоновскому течению, во втором — к тиксотропному. Коагуляция стабилизированных,суспензий с С,= =0,70+ 0,77, обладающих ньютоновским характером течения, также приводит к возникновению тнксотропной структуры.

Тиксотропия при этом в .большей степени выражена у суспензий с большей степенью коагуляции. Если коагуляции подвергать более высококонцвнтрированные суспензии,с существенной дилатансией, то последние приобретают тиксотропно-дилата~нтный характер течения. На рис. 30 показаны реологичвские кривые для крупиодисперспой сусяензии с С„=0,80, характеризуемой способностью к переходу в твердообразное состояние. Кривой 1 соответствует суспензия с исходным рН=5,5, кривой 2 — с добавкой азотной кислоты (рН=3,4). За счет добавки НХОв происходит частичная коагуляция суспвнзии, вызывающая ве тиксотропное поведение в области малых значений Р.

В дальнейшем обе оуспензни б)роявляют дилатантные свойства, Причем суспензия с тиксот)ропно-дилатантным характером течениЯ допУскает большие з)начениЯ углах, чем исходнаЯ. Последнее свидетельствует о некоторой пластификации суспензии за счет коагуляции, что способствует более свободному передвижению частиц при деформации. По всей видимости, в процессе деформации систем с тиксотропно-дилатантным характером течения в них параллельно ~протекает два ~процесса: разрыв тиксотроп- /ба )га ! Ва 4ааа паап ггап) 0 аил сн-а Рве»б, ЗаВВСВВЕЕГЬ ЕКСРЕЕ»В ЕЛВВГа В ЗВЗКСЕГВ КРУЕВЕВВЕ ВЕРСИЙ Е»саакава КзаРаЕЗЕГС Стмза )Се-ОЛО) Е РааЛаЕВВВК зваеевка ри: !-б,б )вехслваа); 2 — б, Е )е всбавкей НХОз) яых связей и ужесточение, вызываемое разрыхлением плотной упаковки. И если на первой стадии деформации (в области малых Р) преобладает тиксотронный хав»зктер течения (дилатантный как бы «маскируется»), то на второй стадии — дилатантный.

(29) (31) Влияние концентрации твердой фазы Вопрос о взаимосвязи концентрации и вязкости суспензий является одним из основных в реологии исп ерсных систем. В связи с этим, данный вопрос подверд гался многократным теоретическим и экспериментальным исследованиям [123, 147 — 1531. Предложено множество уравнений, в которых тем или иным образом связаны вязкость и концентрация суспензии. Некоторые из яих имеют следующий вид: Эйнштейна ч= в(1+25С,), (28) Дейбройна н Барджерса ( 1+1,8С ) Кургаева т1=ть ~1+2С,( ' )~; (30) Майклса "1 тВ 1+ С где т) — вязкость суспензия; т1о — вкзкость ДиспеРсионной сРеДы; ф— объемная доля заполнения суспензии дисперсной фазой.

В большинстве своем эти уравнения применимы только для суспензий с низкой концентрацией (С„ до 0,05 — 0,1) и не подходят для высококонцеитрврованных суспензий. К примерч, по уравнению Эйнштейна, следу ет, что суспензия с С,=0,75 должна обладать в~язкостью 2,8 сП. Между тем, при таких высоких значениях С„ суспензии или вовсе не образуются, или обладают вязкостью, болыпей на несколько порядков. Другие уравнения, яапример Кургаева [!351, в ряде случаев удов- 88 летворнтвльно описывают вязкость оуспензии до С,= =0,3+ 0,4. Очевидно, что основным из факторов, который должен быть учтен е уравнениях, связывающих т1 и С„высококояцентрированных суспензий, является предельно возможная степень объемного заполнения Се сиь Между тем это учитывается [136 — 1391 только в яекоторьгх теоретических или эмпирических уравнениях.

Причем, в каждом из этих уравнений величина С,сти принимается постоянной: 0,74 — в уравнении Майклса [139), 0,59— в уравнении Вахида [136), 0,71 — в уравнении Муни [1371. Выбор этих значений С„еи был сделан, видимо, на допущении о теоретической плотности упаковки идеально шарообразных частиц, которая соответствует 0,74 для максимально плотной пирамидальной и тетраго~нальной укладки и 0,60 — для:простой,шахматной укладки. Между тем хорошо известно, что упаковка 0,74 на монофракциях зерен в реальных условиях яедостижима, С другой стороны, известно, что твердая фаза суспензий обычно полидисперсна, что позволяет в ря~де случаев достичь значения плотности упаковки верея больше 0,74.

В этом случае приведенные уравнения теряют смысл (см. |например, уравнение Майклов), так как величина С„,в в каждом конкревном случае является индивидуальной. На рнс. 31 показана, согласно работе [74), зависимость минимальной вязкости от Се(рс) для суопензий кварцевого стекла с различными значениями их С»етм. Как следует из рис. 31, с увеличением значения С сне суспензий нх вязкость яри одинаковом значении С, понижается. Характер зависимости т) — С, для суопенеий кварцевого стекла в изученном интервале С„с достаточной точяостью описывается уравнением где С „= 1 — и,; и, = С~С .тп.

Предлагаемое уравнение' учитывает два основных фактора, служащих определяющими для вязкости суспеязий: объемную долю дисперсионной среды, учзствуимцей ' Уравнение является модифицированным уравнением Майклса. 89 рис Ой замссяммть вязкости от илозвостн сусвокзни кварцевого стекла с тизыоцмямодвлатаятвым характером течеанн ири разлетных значениях сз1орости сдззйсз: -! — 1 у-о,ос сх-зос ;3— !3!о а ав г,а !,и топ гт!~'"' т) = 64,4. пензе; а = 0,008 С,,й„'" . (33) (34) и обеопечивающей подвижность системы, н квадратичную зависимость вязкости, возрастающую с уменьшением расстояния между частицами,за счет сил Ван-дерВаальса. Таким образом, основным фактором, определяющим вязкость суспензий, является содержание в ней кииетически свободной дисперсиониой среды С .' Это под- и 1,7в 1во !вп увв гпг п,уп дув двв аВо авв 4Уп арп ава авп апп пгг 4м птпп а а .й Рлс.

О!. Завяонмость мвяиьсалыеой вязкости от иокаеателей нлотяости. обьемвмо содермвявв ммодой фаям, омяямвальвой стсвсвм концентрации и ииветаческн озобсввой двсверсноввой среды для мчвснзвя каврцевото стекла в различным аначеввем их критической обьсмвой коицентрв. цин твердой фазы: ! — о,м; г — о,ат; з-ого; з-о,й! тверждается рис, 31, где приведены и обобщены результаты по зависимости з) — и и С к для четырех суопензий. Если для указанных суспеизий при равном значении С, или р, вязкость отличается до одного порядка, то при сравнении их з) при равном па или С, разница отсутствует.