Пивинский Ю.Е., Ромашин А.Г. - Кварцевая керамика (1049256), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Зависимость «взкости от напряжения гдвнга для паны: à — исзодяой; 7 — с добавкоа О,б% меянлцеллюлозы; а — )сз нятил- целлюлозы Рзсс уа Кынетака разрушения и, иы неводной 1)) с добавкой аэросила м) и с добавкой )% мс. тил цел тюлозы )а) 153 рактерно, что при определении свойств на ротационном вискозиметре методом обратного приложения нагрузки отмечается гистерезис вязкости, обусловленный частичным разрушением структуры пеномассы.
Увеличение прочности (а соответственно и устойчивости) пеномассы по сравнению с исходной пеной обусловлено образованием пространственного коагуляционного каркаса и повышением структурно механических свойств самих жидких прослоек пены в результате их бронирования частицами дисперсной фазы, При изучении влияния зернового состава исходных суспензий на свойства пеномассы и материала установлено, что крупнодисперсные суспензии приводят к получению неустойчивых (рассланвающихся) пеномасс.
Лучшие результаты достигаются на суспензиях со средним 240( '~760 шва 09 0,4 770 )во 07 Я05 1 20 1 8 вв 08 75 56 2,4 40 7) 67 12 Р 0 65 1,55 (70 175 - ),ва ),в5 70 уог,в70РУО !55 зерновым составом (2 — 5% частиц)50 мкм 30 — 35% до 5 мкм). Оптимальными же свойствами обладали пеномассы, полученные из тонкодисперсных суспензий (зерновой состав — кривая 2, рис.
75), полученных при использовании корундовых мелющих тел, В отличие от условий получения пеномасс из многих видов керамики, где лучшим считается рН в пределах О 180 260 880 620 О 188 260 800 627 Цдии гм-2 рис. 78. Завмсиы ость скорости сдвига я вязкости ог напряжения сдвига для суспеизии кварцевого отекав с плотностью 1,76 г)ом' (1), пены (7, пеномзосы с плопностью 0,84 г)ом' (8) пены ( ), 2,5 — 5,0 в данном случае оптимальным оказалось значение рН, равной 1,0 — 2,0, Для этого суспензия с исходным значением рН, равным 3 — 4, подкислялась соляной кислотой. Пониженное значение рН в данном случае обусловлено, видимо, повышенной концентрацией суспензий. Так, объемное содержание воды в суспензиях с оптимальными свойствами было в 2,6 — 3 раза меньшим по сравнению с обычно применяемым [1641.
При смешивании суспензии с пеной' рН пеномассы повышался до 5— 6, что обусловлено щелочностью пенообразователя. Результаты исследований по влиянию плотности (влажности) двух видов исходных суспензий на основные характеристики пеномасс и пенокерамнки показаны иа рис. 79, 80. При этом исходные пены применялись без добавки стабилизатора (рис. 79) и с добавкой 0,5% метилцеллюлозы (рис. 80). Как следует из рис. 79, для случая тонкодисперсных исходных суспензий и нестабилизированных пен максимальные значения прочности Рй, и минимальные значения плотности пеномассы достигают- ся в интервале р,=,1,75 —:1,85 и 1,70 —;1,80 г/см' соответственно.
Максимальная кратность пеномассы и „при значениях р,=1,75 —:1,80,г/смк повышается доб. Значенмя вязкости даже для разрушенной структуры пеномассы (кривая 6) значительно выше вязкости суспензии при с 7В г45 г)4 705 757 752 К7,% рнс, 70. Завнонмость параметров пеноыассы и пснокерамяеш от плотности (влажности) исходной суопензия кварцевого стекла; ! — ервтностн пеномассы Лпм1 '1 — и|редела текучести, У'; к' 8 — ПЛОтНОСтв ПЕНОМаОСЫ Уи: 4 — ООЪЕМНОГО ЗаПОЛНЕВНЯ ченомассы твердой фазой, Со „: 8 — обшей усадкн при сушке н обжиге; У (, ', 4 — мнннмзльной вязкоспи печа- массы ч; * 1 — истинной порнстоспн пенокерамнки; и — вязко. сги июходной оуспензнн > (исходная суспензия — тонко. днсперсная; рн=1,8; пена — без стабилизатора; в пеномас.
се на 100 г твердой фазы 400 см' пены; обжиг 1880'С в тс. ченне часа) равной влажности, причем характер ее возрастания с ростом рс более пологий. С увеличением плотности (уменьшением влажности) суспеизии уменьшаются значения общей объемной усадки при сушке и обжиге Максимальные значения пористости материала (75%) достигаются при р,=1,85 г/см' (кривая 7).
Как следует из кривых /, 3, 4„этой плотности суспензии не соответствуют минимальные значения С„,, р „и максимальные и„. Для случая среднезернистых суспензий и стабилизированных пен (см. рнс. 80) максимальные значения и,, Р», и минимальные для ри и С,„достигаются в интервале плотности суспензий 1,70 — 1,75 г/см'.
Этому же интервалу плотности суспензии соответствуют и минимальные значения пористости пенокерамики (кривая 4). Как и в 5,2 1,2 2! 8 пд сз '-ио Ф. Я„р = Р»,/р см. (6() Оптимальной для получения пеномасс являются суспензии с вязкостью в пределах 0,5 — 1,0 П. Наличие определенной величины предела текучести Р», придает пеномассам структурную прочность, необходимую для их устойчивости. Недостаточная величина Р», приводит к повышенной усадке пеномассы при сушке.
Как известно 1166), деформируемость (растекаемость) дисперсных систем под действием собственной массы может быть оценена посредством определения показателя «критической высоты формоохраняемости астра под которым принимается отношение предела текучести к плотности системы, т. е.
55 75 55 -.т Б о 5 45» '-г 0,22 фв 55 и 1,50 1,55 1,75 1,75 1,50 1,ББ ,аг, г/сыл .Рис. 80. Зависимость параметров пепомапсы н керачнки от плотноспн исходной сумпензнн; ! — и;у — Р !» — р;14 — и г б — У; б — с пм' »г' пл' н ' общ' о пм (нсходнаи суспензнн — среднеднсперснаи, ) бб мкм — аъ, ри=»0, пена — с добанков Об ьгетнлцеллюлозьп в поиомаесе на 400 г твердой фазы 400 сма пены; обжиг при !000'С в течение часа! предыдушем случае, с увеличением р, уменьшается общая усадка. Из приведенных на рис. 79, 80 данных следует, что реологические характеристики пеномасс или суспензий являются определяющими. К примеру смещение оптимального интервала р, в сторону суспензий с меньшей плотностью для случая, показанного на рис. 80, обусловлено существенным увеличением вязкости как пены, так и пеномассы при введении метилцеллюлозы. Резкое увеличение рпы (уменьшение и м) при высоких значениях р, обусловлено высокой вязкостью исходной суспензии, 156 .В момент извлечения пеноотливки из формы показатель Я„р должен быть не меньше ее высоты.
В противном случае будет наблюдаться растекаемость (деформация) полуфабриката в нижней части. В связи с этим существенной характеристикой пеномасс является временная зависимость их Р»„определяющая тем самым необходимую продолжительность пребывания отливки в форме. При использовании пеномасс с оптимальными характеристиками необходимая величина Янр достигается через 2 — 3 ч после формования. Величина Р», резко возрастает по мере высыхания пеномасс. Однако интенсификация сушки Р начальный период посредством повышения температуры (даже до 40 — 50оС) недопустима. Вызвано это тем, что с ростом температуры уменьшается как Р»„ так и вязкость суспензнй, что приводит к разрушению структуры пеноотливки.
Основным отличием результатов, полученных прн использовании высококонцентрированных суспензнй, по сравнению с имеющимися сведениями как для кварцевой пенокерамикн (34), так и других ее видов 1164), является значительно меньшая влажность пеномасс с оптпмальными свойствами и, как следствие, малые объемные изменения системы как на стадии литья (сушки), так и спекания. К примеру, если оптимальные свойства пеномасс нз А1000 достигаются 1164) при объемном содержании воды 80/0 (влажности 50%) в исходных суспензиях, для кварцевой пенокерамики 69%, то в данном случае возможно получить пеномассы из суспензнй с объемным содержанием воды 30-850/о (влажностью 157 !5 — 18%). В связи с этим представляется возможным существенно ускорить процесс сушки, Одновременно уменьшается склонность пеноотливок к синерезису, а материал обладает повышенной однородностью.
Усадка отливок в процессе сушки может быть пони- жена до 2 — 5% (объемн.) против 30 — 50%, по известным данным ~1641. Плотность упаковки твердой фазы в каркасе пеноотливки при этом находится в пределах 0,80 — 0,85, что позволяет производить полное спекание материала со сравнительно низкими объемными изменениями (до 15— 20%), без заметной кристаллизации и с пустотноспекшимся каркасом. Даже частичное спекание (с объемной усадкой 2 — 5% ) кварцевой пенокерамики приводит к возникновению закрытой пористости.
Для керамики с характеристиками и режимами спекания, указанными на рис. 79, 80, закрытая пористость достигала 30%. В работе !57! разработан способ вспенивания пенокварцевой керамики, с помощью которого достигается резкое упрочнение пеномассы до и после сушки. Последнее достигается посредством введения небольшого количества желатины и формалина (2 — 4%).
Этот процесс, однако, достаточно полно и быстро протекает только прп отрицательных температурах (минус 10 — минус 26'С), Устойчивость пеномасс при введении формалина' сохраняется при рН в пределах 4 — 6, что достигается добавкой фосфорной кислоты. При использовании этого метода полуфабрикат непосредственно после размораживания освобождают из формы и подвергают сушке. В качестве исходного сырья для получения керамики по описанному методу было использовано непрозрачное кварцевое стекло (стеклобрус) с содержанием 97,94% 8!Оь Для подавления кристаллизации вводили 3 — 5% бората кальция.
После дробления,и электромагнитной сепарации материал измелычался сухим методом до удельной поверхности 5300 — 6000 см'/г На основе порошков приготовляли суспензии влажностью 32 — 42%. В суспензию вводили смолосапониновую вытяжку из мыльного корпя в количестве 10 — 20% на твердую фазу, фосфорную кислоту и желатину (2 — 4%). После перемешивания и взбивания суспензии в пеномаасу вводили 4%-ный раствор формалина в количестве 40% от массы желатины. Отливку изделий вели в разъемные металлические формы, 158 которые помещали я йолодильную камеру, где выдерживали 10 — 18 ч при температуре минус 20 — 25'С. После размораживания изделия освобождали из формы и устанавливали между двумя сетчатымп электродами сушильной камеры, к которым подводился ток частотой 20 — 26 м!'и. Сушка изделий до остаточной влажности 1,5% длилась 06 — 4 ч (в зависимости от размера и объемного 'веса материала).
Растрескивания при сушке не наблюдалось. Прочность при сжатии материала с плотностью 0,8 — 0,9 г/см' составляла !Π— !5 кгс/ сма. Существует принципиальная возможность получения высокопористой кварцевой керамики вакуум-термическим способом 1164), основанным на способности кварцевого стекла или керамического полуфабриката из кварцевого стекла вспучиваться при нагревании в вакууме вследствие наличия в массе многочисленных газовых включений (пор) растворенных газов. При нагревании заготовок до температуры размягчения происходит резкое увеличение объема, образуется ячеистая структура с частично замкнутыми порами (при плотности материала до 0,25 — 0,30 г/см').
Пористость и размеры пор определяются режимом вакуум-термической обработки. Недостатком материалов, полученных указанным способом, является присутствие пор больших размеров и трудность регулирования структуры. Пористые материалы на основе кварцевого стекла получены также с использованием поропластов !40). При этом рекомендован следующий состав: 41,6% кварцевого стекла; 31,2% алюмофосфатной связки; 15,6% глицеринового эфира адипиновой кислоты; 11,6% вспенивателя (толуилендинзоцианат). При этом получены материалы с пористостью 82 — 66% и прочностью прп сжатии 14 — 36 кгс/см', Для создания теплозашитной кварцевой пенокерамики с повышенной механической прочностью и другими эксплуатационными характеристиками была изготовлена керамика, пропитанная смолами [20).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
