Кварцевая керамика - Пивинский Ю.Е.
Скачать (прямая ссылка):
72
Кроме того, стабилизированные суспензии по сравнению с исходными обладают значительно большей седи-ментационной устойчивостью, несмотря на то, что их вязкость, определяющая скорость осаждения частиц, значительно меньше. Указанное отличие обусловлено, вероятно, тем, что нестабилизированные суспензии, об-, ладая меньшей величиной дзета-потенциала, являются агрегативно неустойчивыми, что определяет и их меньшую седиментационную устойчивость.
Старение суспензий
Представляло интерес изучить1 поведение суспензий кварцевого стекла при длительном хранении в покое при условиях, исключающих высыхание. Такой процесс представляет своеобразное старение. В результате изучения процесса было установлено, что определяющими
Старение Перемешивание
Рйс. 22. Общий характер зависимости коэффициента упаковки твердой фазы в отливке, минимальной вязкости н статического предела текучести от продолжительности старения и последующего перемешивания суспензии кварцевого стекла
факторами в данном случае являются плотность и дисперсность суспензий. Суспензии малой и средней плотности в процессе хранения расслаивались с образованием прочного осадка и слоя малоконцентрированного сус-
1 Данное исследование выполнено автором совместно с Р. Г. Ма-каренковой.
пензии. С увеличением плотности суспензий достигаются условия полной их медимент анионной устойчивости [72, 76] и общий характер их поведения соответствует показанному на рис. 22 (для стабилизированных суспензий).
В процессе хранения суспензий вязкость их непрерывно возрастает, возникает отсутствовавший первоначально предел текучести Рь„ который после определенной продолжительности старения резко возрастает с переходом системы в высокопрочное твердообразное состояние (с прочностью при сжатии 50—70 кгс/ом2). Коэффициент упаковки массы при наборе (плотность отливки) по мере старения суспензии уменьшается. На конечной стадии старения плотность отливки соответствует удельной концентрации твердой фазы в суспензии 0.0. Образующиеся таким образом за счет коагуляцион-ного структурообразования [156] твердообразные системы являются обратимыми и даже после годичного старения посредством механического перемешивания разжижаются до исходных значений и. При последующем повторном старении свойства суспензий изменяются значительно медленнее, т. е. они являются более устойчивыми.
Учитывая исключительно высокую концентрацию изученных суспензий, обусловливающих наличие малого расстояния между частицами твердой фазы (0,1—0,3 мкм), эффект загустевания с переходом в твердообразное состояние предположительно можно объяснить переходом всей свободной воды в системе в ориентированное состояние. Механизм указанного явления, как нам представляется, находится в согласии с полимолекулярной теорией адсорбции.
Стабилизированные суспензии (с содержанием 35% частиц до 5 мкм и 2%>50 мкм при рс = 1,95 г/см3) переходят в твердообразное состояние за 80—100 ч. При понижении плотности суспензий это время резко увеличивается и изменение их свойств во времени менее заметно. В случае нестабилизированных суспензий старение протекает более интенсивно и их переход в твердообразное состояние при равных значениях рс ускоряется. С понижением дисперсности суспензий их старение резко замедляется. К примеру, суспензия с рс= 1,95 г/см3 и содержащая 27% частиц до 5 мкм и 10%>50 мкм не затвердевала после 20-суточного хранения.
74
Влияние рН суспензий
Для большинства керамических суспензий [122] разжижение достигается введением электролитов (регулированием рН). В случае же суспензий кварцевого стекла оптимальные их свойства достигаются, как правило, без специальной регулировки их рН. Как было показано на рис. 10, в процессе мокрого измельчения рН суспензии по сравнению с рН дистиллированной воды уменьшается в зависимости от тонины помола на .1—2,5 за счет образования кремнекислоты. Оптимальный интервал рН суспензии составляет при этом 4,0—6,0-
В области более кислых сред (например, при введении НС1) происходит коагуляция суспензий кварцевого стекла, что приводит к уменьшению плотности отливки. Последнее объяснимо тем, что увеличение концентрации ионов Н+ сдвигает равновесие реакции [Н4БЮ4] ^ 5Ю44~+4Н+ в сторону образования незаряженной молекулы Н48Ю4. Образование недиссоциированной молекулы кремнекислоты на поверхности частиц приводит к потере их электрического заряда и последующей коагуляции
т [БЮа ¦ х Н20]„ БЮ!- - 4 п Н+ ; т 1ЭЮ2 • х Н20]„ Н45Ю4.
Изоэлектрическое состояние еуспензий (соответствующее электрической разрядке) отмечается в области рН 1—2. В то же время незначительное подкисление суспензий (с рН 5—6 до рН 4—5) может благоприятно сказываться на реологических свойствах высокоплотных суспензий, уменьшая их дилатантные свойства и повышая седиментационную устойчивость.
Опыты по изучению свойств суспензий кварцевого стекла в области щелочных сред, что достигалось введением ЬШ4ОН, показали, что при некотором росте, вязкости суспензий плотность отливок не уменьшалась.
Согласно патенту США1, добавки ЫН4ОН рекомендуются для уменьшения поверхностного натяжения суспензий (суспензии кварцевого стекла с большой плотностью в процессе набора со стороны контакта с воздухом образуют корку).
