Пивинский Ю.Е., Ромашин А.Г. - Кварцевая керамика (1049256), страница 19
Текст из файла (страница 19)
В результате этих изменчивых и сложных воздействий извилистость пути частицы значительно возрастает. Еще больнуее влияние оказывает тот факт. что суспензия по мере осаждения частиц существенно сгущается и, таким образом, оказывает постепенно возрастающее сопротивление. Кроме того, вязкость суспепчии в процессе эксперимента, продолжающегося от 5 — 8 ло 80 — 200 ч, может существенно повышаться (явление загустрвныыя). частично это облсловлено и тем, что гидрзвлически эквивалентный диаметр зерен оказывается меныпим.
чем ситовой, прнняглгй в лажном случае для расчета (75). Характерно, что разница между экспериментальной и расчетной скоростью осаждения частиц увеличивается по мере роста плотности суспензии. Так, если в области малых значений р, эта,разгиипа составляет около порядка. то при човьппепии о, до 1 90 — 1,95 г/смз достигает двУх поРЯдков. В слУчае дальнейупего повышениЯ Ро эта 100 ма а 19 аа за 49 аа аа г,ч Рис.
46. Кривые накопления толщины слоя осадка длч спек неднсперснык суспензия кмзрцввого стекла разливной плот. ности: 1 — 1,66 гусмн 3 — 1,77 гусы'; 8-1,88 г/омн 4 — 1кя гуом* сз о езз 9 19 19 !7 79 19 осг Г/свгз Рнс. 47. Зезвсимость логарифма окоростн осаждения частиц различного размера от плотности суспемзнн: 1-316 мвм; 1 — 163 мкм; 3-63 мюа; 4 — данные, рассчитанные для частиц 166 мкм; 6 — то ме, для члстнц 63 мюа разница возрастает еще более стремительно, и суопензии постепенно превращаются в практически полностью устойчивые даже при введении в них существенного (до 1Π— 20816) количества фракции 0,63 — 1,0 мм. Таким образом, ~предложенная 160) для случая высококонцвнтрированных керамических суспензий трактовка уравнения Стокса может быть рекомендована для оценки скорости осаждения частиц в большом интервале их концентраций.
Она дает несравненно более близкие результаты, чем ~это следует по Стоксу. К примеру, экспериментально полученные скорости осаждения частиц размером 160 мкм при р,=1,93 г/сма оказались в 160000 раз меньше, чем ~по Стоксу, и в 90 раз меньше, чем по предложенной формуле 175). В процессе отстаивания суспензий кварцевого стекла образуютзся высокоплотные прочные осадки.
Их пористость только на 2 — 4% больше таковой для шликерных отливок, полученных на основе этих суспннзий 175). Исходные суспензии в соответствии с их плотностью обладают определенной удельной концентрацией твердой фазы ар. При осаждении в нижний слой суспензии внедряется дополнительно количество твердой фазы Л9, достаточной для образования осадка. Таким образом, плотность осадка р„в общем виде представляется, как =-Яа+ЛЮ.
(36) Отношение ЛЯ к ('„16 может быть названо коэффициентом осадкообразования й,с, т. е. (37) 1О 7 Последний показывает относительную долю твердой фазы, внедрившейся при осаждении, по сравнению с исходной. Является очевидным, что с понижением концентрации твердой фазы в суопензии Яо возрастает как удельная концентрация, так и величина Лс1, Плотность осадка р„, как правило, повышается с увеличением плотности суспензии. Зависимость й„е, Л1,"г, рос от плотности суспензии, согласно работе (75], представлена на рис. 48.
Приведенные данные показывают, что в технологическом отношении необходимо использовать высоко- плотные суспензии с меныпим значением ЛЯ и й„. При этом не будет отмечаться большой разницы в зерновом составе в материале отливки даже в тех случаях, когда г,пп пд Ц2 г,пп.~~ г,пп п,(4 ппо пг гп2 (вп йпо 2п ,о, г,гсаг' Рис. со.
Зависимость ното(фийиевта осадкоооразозавви ((1, дополнительной удельной аоидокчгепви твердой Фазы (З( и влотвоств осадка (Л) ог плотвоств суспеизни ределяется относительным уменьшением уделиной концеытрации твердой фазы в суспензии, остающейся в литыиковой прибыли Яков в конце литья, по сравнению с исходной Яо по формуле [711: йср = (сгнои/Яо.
(38) Как следует из формулы, при отсутствии расслоения ((со=(сио )гсср=1, а в случае пол(ного расслоения Яио =О) йср — — О, т. е. чем ближе йус (приближается к 1, тем более устойчивой является суспеызия. Как было показано в работах [73, 75), существенным фактором, определяющим седимеытациоыные свовства, является реологическая характеристика суспензин. Осаждаемость определяется, прежде всего той величиной вязкости, которая 'присуща системе при минимальных напряжениях сдвига. Последнее обусловлено тем, что даже самые крупные частицы (до нескольких миллимет(ров) развивают в суспензии при осаждении незначительные сдвигающие напряжения. И поэтому суспензии с ньютоновским или дилатантным характером поведе- 108 осаждение окажется существвнным, так как по мере уменьшения й„уменьшается доля внедряющейся при осаждении крупной фракции и материал отливки является более равноплотным.
Осаждаемость суспеызии в процессе литья может быть оценена [71) посредством определения коэффициеыта седиментационного расслоения йср. Последний оп- ния при прочих равных условиях будут менее седнментационно устойчивыми, чем тиксотропные. К примеру, те же суспензии на основе кварцевого стекла, но с тиксотропным характером поведения, что достигалось илы более тонким зерновым составом, или коагуляцией, являлись, как показано в [75), полностью седиментационно устойчивыми (по отношению к фракции 0,63— 1,2 мм даже при значениях р,=1,90 —: 1,93 г/смз. Условия полной устойчивости суспензий (391 с = Р(3, где Р =- дз и (21 — ро) — масса шарообразной частиб цы 'в суопензии; Б=пйз — поверхность шара.
Подставляя значения, получим 6.. 66 — 66 6 (40) 109. На основабнии предшествующих работ [60, 73, 751 по седиментационной устойчивости, выполненных на суспензиях кварцевого стекла [60, 73] и каолнна [751, в дальнейшем [721 были сформулированы условия полной седиментационной устойчивости полидисперсных керамических суспензий. Было предположено, что полная седиментационная устойчивость достигается в том случае, если сдвигающие напряжения, развиваемые ма(осимальной по размеру частицей, не превосходят статический предел текучести суспензии — Рд,.
Расчет величины Рд„ необходимый для удержания частицы во взвешенном состоянии, п~роизводится следующим образом. Представим, что максимальыая по размеру частица шарообразной формы диаметром йм„и плотностью р( находится в суспензии с плотностью ро. Если р()ра, то под влиянием силы тяжести частица движется вниз. Если же система структурирова(на и обладает пределом т(екучести, то движение частицы налнется лишь после превышения Рд, суспензии. Касательные ыапряжения т, возникающие под влиянием сил тяжести ыа поверхности частицы окружающей ее оуспензии, могут быть представлены как уг (41) уа в г:, - в ааг (43) 1!О В действительности, при распределении напряжений, возникающих вокруг шарообразной частицы, взвешенной в суспензии, в .последней возникают, кроме касательных, еще и нормальные напряжения.
В связи с этим действительные касательньре напряжения на поверхности частицы будут меньп|е, чем рассчитанные по формуле (40). И поэтому движение частицы в суопензии начнется тогда, когда напряжения, отнесенные к его поверхности, достигнут некоторой величины, большей, чем т, т. е. оно должно равняться й аеах (Рг Ро) б где й — безразмерный коэффициент формы, зависящий от кривизны обтекающих частицу струй.
В работе (1441 при решении аналогичной задачи по изучению устойчивости породы в глиняном растворе при бурении скважин экспериментально была изучена зависимость й от размера шаров до 40 мм. Установлено, что величина коэффициента й плавно увеличиваетоя с 0,3 при ~размере шаров до 1 мм до 0,6 при размере шаров 40 мм. Значения й(1 показывают, что предельные касательные напряжения возникают пе непосредственно на поверхности частицы, а захватывают некоторую область, главным образом в зоне сжатия.
Таким образом, применительно к керамическим суспензиям с достаточной степенью точности значение Й может быть принято равным 0,3. Соответственно, реально развиваемые напряжения в суспензни н необходимый для удержания частицы предел текучести суспензии (Рй,) будет равен; т (Р ) г)гаах 01 Ре) (42) б Из уравнения (42) и зависимости й=1(гг), установленной в работе (1441, можно найти диаметр максимальной частицы, устойчивой в оуопензни и известным пределом текучести Рй, по уравнению; бРй О,з (Р,— „).
По этому же уравнению может быть определен диаметр газового пузыря, ~не всплывающего в суспензии с известным значением ее Рй, Таким образом, суспензия может быть устойчивой только в том случае, если обладает определенным пределом текучести, величина которого .зависит от размера и плотности максимальных по крупности частиц и разницы в плотности твердой фазы и суопензий (эффективной плотности твердой фазы). Величину Рй, необходимую для полной седиментальной устойчивости суспен- и 1 г в Ргчг Рг, г,ггмл рмс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
