Пивинский Ю.Е., Ромашин А.Г. - Кварцевая керамика (1049256), страница 18
Текст из файла (страница 18)
41). Исходные суслензии принимались с двумя значениями плотности 1,93 и 1,95 г/см', Содержание зернистого иаполнителя при атом находилось в пределах 19 — 390/9 )по объему суспензии и 23 — 44% по массе твердой фазы исходной суспензии. Плотность суспензии составляла от 1,98 до 2,05 г/см' (общее объемное содержание твердой фазы о гопа йапп попа а гооо папа паап п,ди)г см-! Рвс. 41. Заввснмость окороста сднпга н вязкоств от напряженая смвн- га для суспонзнй тгварцевозю свекла с зпрнмсцзм наполяятелсм: 1, 3, 3 — походная плозвость *уопевзнв — 1,93 г)омн 4, б — 1нй г)хмц Объемное заполнеппс оуопензвв зервмстмм ваполмателем: 1-Огм; 3 — 0,33; 3 — Ойй) 4-0,19; 5-0,39; б — нсхомнаа сУопензна с 1.95 г)емз 82 — 87,5%, относительная влажность 5 — 9%).
Как следует из кривых, добавка зер|нистой фракции приводит к существенному .росту вязкости; при этом реологический характер поведения,суспеизий не изменяется (они остаются дилатантпыми). Видно, что даже небольшая разинца в исходной плотности суспензий приводнткрезкому уменьшению вязкости при равном содержании наполнителя. 7В в га Влияние температуры В работах 173, 74] показано, что температура оказывает существенное влияние на реологические свойства суспензий кварцевого стекла.
Особенно большое влияние оиа оказывает на суспензии с дилатантным характером течения, что видно на рис. 42, где показана зависимость Ч вЂ” Р и Ч вЂ” Т для среднедиоперсной оуспензии. Меньшей температуре соответствует как большее значение вязкости при минимальном Р, так м более'резкий ее рост с увеличением напряжения сдвига. Это свиде- е ввв уввв увгв 'ввв и гв лв вг вв уап Р 17ан ем-г 4 ее а Рнс. 42. Влаянве температуры яа вямвкть дилатаптаоО суспенааи кварцевого стекла (ф— 0,77, стабнлнаацвя — Оаи ч): а — ааваеамость вяакостп от аааряженая спввга дая температур: 1-1'С; 2— 19'С; 9 — 06'С; 4-76'С; б — зависимость вязкости ст температуры при вепря. — г — 2 г жеакяк одавга: 1 — 2700 дан см г г — 1МО дна.ом г 9 — 660 дан ом — г 4 — % дви см тельствует об уменьшении дилатацсии с ростом температуры.
П~ри температуре около 80'С достигаются минималыные значения дилатансии, после чего она вновь возрастает. Лля суспензий с более тонким зерновым составом температура минимальной дилатансии смещается в область 70 — 75'С. Характерно, что при значениях Р=65 дин см-г наблюдается постепенное существенное уменьшение вязкости суспензии вплоть до температуры 95'С, причем отношейие показателей вязкости при различных темпера-' турах близко к таковому для воды. Последнее свиде- тельствует, о том, что падение вязкости суспензия с ростом температуры обусловлено температурной зависимостью вязкости воды.
Падение дилатансии с ростом температуры обусловлено, видимо, следующим. Прежде всего с ростом температуры уменьшается плотность воды (увеличивается ее объем). Соответствующее увеличение объема дисперснонной среды значительно больше, чем кварцевого стекла. В вязи с этим увеличивается доля кипетически свободе С ной диоперсионной среды, участвующей в движении,<. По расчетным данным, при росте температуры от 1 дгг с 44 44 ггс ва 4 444 пм ! са,,„г Рпс, 49 Завповмость вявкоста от скорости и аапРЯжсвая сдвига суопевааи иварцевосо стекла с плочпостьы 1,99 гасы' прп температурак: 1-60'С1 2-60'С 80'С для суспензии кварцевого стекла эта величина возрастает с 0,120 до 0,1й15, т.
е. на 4,1%. Между тем даже такое незначительное увеличение объема кинетически свободчой дисперснонной среды в области предельно концечтрированных суспензий приводит ж резкому падению дилатансии '(рис. 37). Возможно также, что уменьшение дилата1нсии связано с понижением вязкости воды, Вследствие лучшей ее подвижности с ростом температуры состояние насыщения образовавшихся при деформировании суспензии пустот будет происходить быстрее.
Таким образом, дилатзнтно упрочненная структура будет релаксировать быстрее, чем н обусловливается указанный эффект. Существенное влияние температуры оказывает и на суспензии с тикоотропным или тиксотропно-дилатантным характером течения. Как показано на рис. 43, максимальная 7) суспензии при повышении температуры с 20 до 60'С уменьшается в четыре раза, минимальная 101 (разрушенная) — в 1,9 раза.
Характерно, что отмечавшееся первоначально при высоких Р или у дилатантное течение после повышения температуры суспензии отсутствует. На загустеваемость суспензий, определенную на приборе Энглера, температура также оказывает существенное влияние. На рис. 44 показана температурная зависимость коэффициента загустеваемости двух раз- до выпадения слоя видимого осадка или образования осветленного слоя дисперснонной среды и может быть связано как с агрегативной, так и кинетической неустойчивостью. Явление осаждаемости крайне нежелательно, так как может приводить к ряду неприятных технологических последствий. С увеличением габаритных размеров и толщины отливок опасность проявления осаждаемости увеличивается.
Последнее обусловлено как большей продолжительностью литья, так и более крупным зерновым составом, обьшно применяемым при этом. Рмс. М. ЗаеисимостьиоОФФиииеата зесустезаемости от темлературы лла тоимслисаермсей сп а ерелмеиисиерсиой (у] сусиеиеий иеармсзесо сузила с алейнсстью Ьйа С/ОМС Еб Об 00 г'с 0 личных по диоперсности суспензий равной плотности. Из рисунка следует, что загустеваемость увеличивается с повышением температуры в большей степени для суспензий с более тонким зерновым составом. Известно, что тиксотропному структурообразованию благоприятствует тепловое движение частиц диспероной фазы (например, броуновское движение), Следовательно, для суопензий с более тонким зерновым составом вследствие большей подвижности частиц с ростом температуры эффект загустеваемости будет большим. Седиментационная устойчивость суспензий Принято считать, что суспензии как глин.
так н других керамических материалов и отличие от истинно коллоидных золей — системы кинетически неустойчивые. Кинетическая неустойчивость в данном случае является результатом осаждения частиц суспензия под влиянием силы тяжести по закону Стокса [122, 146, 1411. Осаж. даемость керамической суспензии выражается в ее расслоении ~по вертикали (т. е. в появлении неоднород' ности в соотношении Т:Ж и в зерновом составе) вплоть 1ОЛ Закономерности осаждения суспензий 2 г~ 1р — ре) ч э ч (35) где г — радиус частицы; р и рй — соответственно плотность дисперсной фазы н диоперсной среды; д — ускорение силы тяжести; у1 — вязкость среды, Широко распространено мнение 1122), что осаждаемость частиц в керамических оуспензиях подчиняется уравнению Стокса. В связи с этим для повышения оедиментационной устойчивости рекомендуется 1122, 141— 1431 или повышать дисперсность твердой фазы (уменьшение ги), или повышать вязкость дисперснонной среды 1увеличоние у1).
Между тем указа~нные пути не всегда являются приемлемыми и технологически удобными. К примеру, применительно к литью крупногабаритной кварцевой керамики, как и некоторых других ее видов, содержание определенного количества крупной фракции является желательным нли необходимым. Кроме того, как правило, повышение дисперсности частиц и вязкости днсперсионной среды приводит к увеличению пористости полуфабриката при литье. В противоположность указанным работам было установлено 1б01, что в случае полидиоперсных высококонценврированных суспензий кварцевого стекла, содер- юз Как известно 1;123, 131], скорость осаждения твердых частиц в жидкой среде описываечся уравнением, вытекающем нз закона Стокса: жащих определенное количество крупной (свыше 50 мкм) фракций, экспериментально установленная скорость осаждения последней оказалась в тысячи раз меньше, чем из расчета по Стоксу.
Характерно, что с уменьшением размера частиц эта разница увеличивается, Для объяснения столь большой разницы в экспериментальной;и стоксовской скорости осаждения частиц допускали, что для крупной фракции, 1находящейся в высококопцентрироваиной суспензии, последнюю можно условно считать дисперсионной .средой. Принимая в уравнении (48) вместо рр и у) соответственно. плотность и вязкость суспензии, получили результаты значительно более близкие к экспериментальным, Из этого следует, что скорость осаждения крупных частиц в полидисперс- Ъ ной суапензии определяется ее вязкостью и плотностью. На рис.
45 показан логарифм скорости осаждения частиц в зависимости от их гидравлически эквивалентного диаметра по Стоксу, экспериментальным данным и ъ"- о сгь д Рнс 4Е. Зови ииосгь логарифма скаросгн осажлении ча. сгвц ог вк ранмара (по лнамегру1 прл плогиасчн сус. выгнан ывврцевого сгеклл 1,Зе гусмн 1 — аначенин, рассчигаииые по Сгоксу; У вЂ” го жс, по праинпженной трактовке уравнении Стокса; у — ьксгервменгальные ванные и по предложенной трактовке уравнения Стокса [601.
Видно, что разница между экслерименталыной и расчетной скоростью (кривые 2 и 3) с увеличением размера частиц уменьшается. Обусловлено это, возможно, явлением загустевания суспензии, которое в большей ме~ре 104 сказывалось при определении скорости осаждения частиц меньшего размера. Вязкость и плотность суспензии явля1отся, таким образом, основными факторами, с помощью которых можно регулировать устойчивость суспензий. В качестве примера влияния этих факторов па рис, 46 показаны кривые накопления осадка в средне- дисперсных суспензиях различной плотности (1при высоте столба суспензии 450 мм). На рис.
47 показана зависимость лога~рифма скорости осаждения различных гругрп фракций в среднедисперсной суспензия в зависимости от ее плотности (кривые 7 — 3), На этом же рисунке показана рассчитанная с учетом указанного допущения скорость осаждения для фракций 63 и 160 мкм.
Видно, что в области концентраций, показа~нных на рисунке, скорость осаждения может меняться на несколько порядков. Характерно, что уменьшение скорости осаждения аналогично повышению вязкости суспензий с их концентрацией. Как следует из рисунка, экспериментально,полученные скорости осаждения крупных частиц (кривые 2 — 3) по сравнению с расчетными (кривые 4, 5) существенно отличаются. Отмечающиеся при этом еще меныпие скорости осаждения, чем следует по расчету, вероятно, обусловлены следующим, При стесненном падении частиц становится существенным восходящий поток суспензий, вытесняемый значительным объемом оседающих частиц; частицы соударяются между собой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
