Кварцевая керамика - Пивинский Ю.Е.
Скачать (прямая ссылка):
1 Пат. (США), №3163688, 1964.
75
Реологические свойства суспензий
Реология как наука о деформации и течении рассматривает задачи течения и деформирования самых различных материалов, начиная от ньютоновских жидкостей и кончая идеально-упругим гуковым телом. Один из разделов реологии — структурная реология (микрореология)—большое внимание уделяет вопросам взаимосвязи процессов деформирования и течения с особенностями структуры материалов [133].
Применительно к керамическим суспензиям задачи реологических исследований заключается в изучении их основных реологических характеристик в широком интервале напряжений и скоростей сдвига, зависимости этих характеристик от целого ряда факторов: концентрации, дисперсности твердой фазы, стабилизации, коагуляции, температуры, технологии их получения [72— 75. 77, 78, 80].
Как показано [72—76], реологические свойства суспензий кварцевого стекла являются определяющими как в процессе мокрого измельчения, так и при получении высококонцентрированных, седиментационно устойчивых суспензий. Существенную роль реологические свойства оказывают и на плотность упаковки твердой фазы в полуфабрикате [75, 77], что во многом определяет и свойства готового (спеченного) материала.
Методика определения
Основные исследования реологических свойств суспензий кварцевого стекла были выполнены на ротационном вискозиметре РВ-8 [74, 78]. Измерения свойств проводились при уровне суспензий в зазоре (0,305 см) между наружным (неподвижным) и внутренним (подвижным) цилиндрами в пределах 75—80 мм. Для повышения точности измерений вязкости (особенно в области малых ее значений) было уменьшено трение в подшипниках вискозиметра в четыре раза (с 2 до 0,5 г) и применен специальный метод расчета вязкости, учитывающий зависимость трения подшипников от скорости вращения цилиндра. Исследования велись при изменениях напряжения сдвига Р от 10 до 36000 дин/см-2, расчетной скорости относительного сдвига у, определяемой Р и вязкостью суспензий, от 1 до 300 с-1. На основе полученных при измерении данных строились зависимости
76
вязкости системы и от величины прикладываемого напряжения сдвига Р, скорости относительного сдвига у от напряжения сдвига (кривые течения) и вязкости от скорости относительного сдвига (вязкостно-скоростные кривые). Кривые всех трех типов эквивалентно описывают свойства суспензий.
Для проверки характерных кривых течения, полученных на ротационном вискозиметре, был использован также мобилометр Гарднера, который широко применяется для изучения свойств эмалевых шликеров [134] и, на наш взгляд, является надежным прибором для качественной характеристики поведения предельно концентрированных дилатантных суспензий. Принцип действия мобилометра основан на определении скорости передвижения поршня с диском в цилиндре, заполненном исследуемой суспензией. С целью создания большого интервала скоростей деформации (или напряжений сдвига) к поршню прикладываются переменные нагрузки (с помощью равновесов). Нами применялся цилиндр с внутренним диаметром 39 мм. Зазор (по радиусу) между цилиндром и сплошным диском поршня составлял 1,5 мм. Скорость передвижения определялась как средняя, пройденная за путь 100 мм.
Для оценки текучести суспензий в ряде случаев [44, 46, 53, 59, 73] применялся и вискозиметр истечения (прибор Энглера). Однако в случае суопезий с переменной вязкостью данные по вискозиметру истечения могут быть применены только в качестве сравнительных характеристик текучести систем в зависимости от различных параметров. Для полной же характеристики реологических свойств таких суспензий необходимо применение ротационных вискозиметров с использованием широкого интервала скоростей (напряжений) деформирования.
Реологические характеристики и типы кривых течения
Общий вид типичных для суспензий кварцевого стекла реологических кривых, согласно работе [74], иоказан на рис. 23, откуда следует, что характер их течения может быть самым разнообразным: ньютоновским, дила-тантным, тиксотропно-дилатантным и тиксотропным.
Ньютоновский характер течения проявляется как у сравнительно малоконцентрированных нестабилизиро-ванных суспензий, так и у стабилизированных суспензий
77
Довольно высокой концентрации со средним или крупным зерновым составом. В ряде случаев представляется возможным получить суспензии кварцевого стекла с ньютоновской вязкостью при С„ вплоть до 0,75—0,78 С„ при скорости деформации до 160—200 с-1 и Р до 3000 дин-• см-2.
Многие из суспензий кварцевого стекла обладают ди-латантным характером течения. Последний имеет не-
Рис. 23. Общий вид типов реологических кривых суспензий кварцевого стекла:
/—ньютоновский; 2 — дилатантныи с выраженной минимальной вязкостью; 3 — дилатантный с условно устанавливающейся равновесной вязкостью; 4 — тиюоотролиодилатантный; 5 — днлатантный с устанавливающейся скоростью дилатантного деформирования; 6 — дилатант-иый с переходом в твердообразное состояние; 7 — тикеотропный
сколько модификаций. Кривыми 2 показано поведение дилатантной суспензии с четко выраженной ньютоновской минимальной вязкостью дилатантно неупроченной структуры Щт. Для этих суспензий в координатах у—Р и т)—Р на исходных участках кривых отмечается прямая зависимость, характерная для ньютоновских жидкостей. При дальнейшем повышении Р отмечается дилатантное течение (замедленный рост у и повышение г\). Указанный характер дилатантного течения наблюдается у вы-сококонцентрированных стабализированных суспензий с определенным содержанием мелкой фракции.
