Кварцевая керамика - Пивинский Ю.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Расчет массы вводимого порошка для получения суспензии заданной плотности производится по формуле
61
Таблица 6. Значения рс, °е, р0Тл и п„ иа различных стадиях получения суспензии
Исходная суспензия Рс , f/CM» °Е готл г/см« п V
Суспензия, полученная:
суспендированием .... 1,84 94 1,77 0,88
после стабилизации 1,86 9,0 1,85 0,85
- непосредственно после вве-
дения первой порции по-
1,90 70 1,84 0,90
после стабилизации . . 1,90 18 1,85\ 0,89
после введения второй пор-
1,95 360 1,85 0,93
после стабилизации . . . 1,96 160 1,85 0,935
(14). В случаях, когда плотность отливки до и после насыщения (соответственно и величина С „ст) не изменяется, можно рассчитать верхний предел концентраций Cv, Ст.в или плотности суспензии, которую в данном случае можно получить. Сстпах определяется по формуле
Cv max '— flv с Cv crlt » (25)
где nvc и C„CTit — соответственно относительная и объемная критические концентрации. На .основе крупнозернистых (0,1-41,2 мм) фракций, применяемых для насыщения, были получены суспензии с плотностью до 2,05 г/см3, влажностью — до 7% и объемным содержанием твердой фазы до 0,®7. Таким образом, 'Объемная концентрация дисперсной среды (воды) в полученных суспензиях не только в три — пять раз меньше по сравнению с суспензиями из других материалов, но также меньше и влажности твердообразных керамических масс или паст и равна или близка к содержанию воды в пресспорошках. Одним из преимуществ суспензий, полученных но способу предельного насыщения, является практическое отсутствие их расслоения в процессе литья даже крупногабаритных и толстостенных изделий. Благодаря этому, дисперсность суспензий может быть значительно понижена, продолжительность измельчения сокращена, а плотность отливок повышена. Особенно эффективным данный способ может оказаться для литья крупногабаритных и*
62
толстостенных изделий, так как суспензии обладают большей скоростью набора массы и позволяют получать отливки с исключительно низкими усадками при сушке (до 0,05%).
Стабилизация суспензий Теория образования суспензий
Как правило, в керамических суспензиях довольно высокой концентрации дисперсная фаза связана молекулярными силами с образованием в дисперсионной среде связнодйсперсН'Ой системы [119]. Последние обладают некоторым предельным напряжением сдвига, определяющим их кинетическую устойчивость [72, 76]. У суспензий кварцевого стекла вплоть до высоких концентраций преимущественно отсутствует предел текучести.
'Керамические суспензии подобно коллоидным системам обладают большой удельной поверхностью и вследствие этого, термодинамически неустойчивы, способы к коагуляции. Устойчивость суспензий обусловливается силами взаимодействия между частицами. Между близко расположенными высокодисперсными частицами действуют молекулярные (ван-дер-ваальсовы) силы притяжения. Однако в связи с тем, что частицы несут на своей поверхности одноименные заряды, между ними действуют электрические силы взаимного отталкивания. Устойчивость или коагуляция суспензии определяется результатом взаимодействия указанных факторов [119,122,124].
Как известно, четырехвалентный кремний всегда окружен четырьмя ионами кислорода и образует вместе с ними характерный тетраэдр Si04. Два тетраэдра SiO.i имеют один общий ион кислорода. В процессе измельчения как кристаллического, так и аморфного SIO2 происходит разрушение тетраэдров. При этом на поверхности появляются элементы, соответствующие следующему сте-
хиометрическому составуjsi^-^ oj и ^^"^~^3j-
Образующиеся на поверхности группы элементов Si02 неустойчивы и благодаря своему избыточному заряду при достаточной влажности воздуха (в случае порошка)
переходят в устойчивый тетраэдр: [Si ^—j3OH]. При
измельчении же в воде (мокрый помол) происходит непосредственно образованию гидрооксидных групп путем адсорбции ионов Н+ и ОН- на поверхности кремнезема.
63
Первая мономолекулярная пленка адсорбированной на поверхности БЮг дисперсионной среды (воды) представляет собой «црочносвязаяную» воду. (Количество этого вида воды определяется удельной поверхностью материала и может быть установлено посредством определения 1П. п. п. [61].
В соответствии с работами по коллоидной химии кремнезема [11126, 126], принимается, что гидратация БЮг ограничивается его поверхностью, результатом чего является достройка и заполнение поверхностных тетраэдров. При этом частицы кварцевого стекла в суспензии могут рассматриваться как соединения частиц $Юг с ионизированной времнекислотой. Поверхностные молекулы кремнекислоты диссоциируют по уравнению:
[Н45Ю8]^8Ю4_ + 4Н+ или
Ионы водорода уходят в дисперсионную среду, а частица заряжается отрицательно. За счет ионов водорода (.противоионов с положительным зарядом) и достигается устойчивость частиц. Слой противоионов подразделяется на адсорбционный и диффузионный. Последние, соответственно, более или менее прочно связаны с частицей.
Известно [127, 128], что дисперсные частицы могут удерживать на своей поверхности сольватную оболочку, .состоящую из десятков, сотен, а иногда и тысяч слоев воды, чему даются самые различные объяснения. В противоположность первому «прочносвязанному» слою последующие слои относятся к категории «рыхлосвязанной» воды. Сила, с которой внешние слои воды удерживаются дисперсными частицами, уменьшается по мере удаления от поверхности. Когда водоудерживающая сила не способна уже удерживать новые слои, прибавленная вода становится свободной. |В работе [127] приводится обоснование многослойной адсорбции и показано, что ориентированные или индуцированные диполи в адсорбционном слое воды (жидкости) могут в свою очередь индуцировать следующий слой диполей и что подобная ориентировка молекул постоянно затухает, удаляясь от поверхности взаимодействующих фаз.
