Кварцевая керамика - Пивинский Ю.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Влияние стабилизации и коагуляции
Реологический характер поведения суспензий во многом определяется их стабилизацией (дефлоккуляци-ей), коагуляцией (флоккуляцией).
Обычно считается [108—110], что дилатантные суспензии могут быть получены только при полной их стабилизации. Малейшая коагуляция приводит или к уменьшению, или исчезновению дилатансии и появлению тиксотропии. Для понижения дилатансии рекомендуется уменьшить устойчивость системы [124]. Принято считать [108—110], что все факторы, способствующие образованию малого седиментационного объема, в равной мере способствуют образованию дилатантных суспензий. Считается также, что необходимым- условием для проявления дилатансии суспензий является высокое значение их дзета-потенциала.
Как было показано ранее, стабилизация свойств суспензий кварцевого стекла достигается посредством их механического перемешивания- На рис. 24 приведены реологические кривые для суспензий кварцевого стекла, полученных одностадийным мокрым измельчением с различной продолжительностью стабилизации. С увеличением продолжительности перемешивания отмечается понижение вязкости суспензий в области малых Р и особенно существенное — в области больших Р. Если вязкость суспензии / в области изученных значений Р возрастает только в два раза, то суспензии 3 — в четыре ра-
81
за. Абсолютный прирост вязкости в области изученных Р для этих суспензий составляет, соответственно, 10,5 и 63 П, т. е. посредством стабилизации достигается уменьшение их дилатансии. Указанная закономерность подтверждается также данными исследований на мобило-метре.
во во
?0
20
f—
I /
/ У
5G
WO
150 r-i
200 250 0
1300
2600 3900 Р,дин-см~г
5200
Ряс. 24. Зависимость вязкости от скорости и напряжения сдвига для среднедасперсной еуопеизии кварцевого отекла (р ' ¦ - -
с различной продолжительностью стабилизации; /—.120 ч; 2—34 ч; 3—4. ч
¦ 1,96 г/см3, Cv— 0,80)
ВО
60 | 40 20
200
_о
ч |--р
54 -0
400
600
р. г
800
1000 1200
Рис. 25. Реологические кривые по данным мобялометра для суспензий кварцевого стекла с различной продолжительностью стабилизации:
/—.170 ч; 2—47 ч; 3—24 ч; 4—6 ч; 5 — исходная, иестаби-лизированяая
На рис. 25 показана зависимость скорости погружения штока мобилометра от величины груза для средне-дисперсной суспензии как исходной (кривая 5), так и с
82
различной степенью ее стабилизации (кривые /—4). Из кривых следует, что по мере роста степени стабилизации суспензии ее вязкость уменьшается (рост V при одинаковых Р) и кривые постепенно приближаются к прямой.
Столь существенное отличие реологических кривых суспензий обусловлено следующим. В процессе стабили-
с?-
^ 2 —с
ы
80
120
Рис. 26. Влияние продолжительности стабилизация оуопензни кварцевого стекла «а ее относительную степень концентрации (/), показатель дилатансии (2), .критическую объемную концентрацию трудовой фазы (3) и плотность отливки (4)
зации суспензий часть связанной воды переходит в свободную, увеличивая тем самым долю «кинетически свободной», которая и определяет текучесть системы. В случае предельно концентрированных суспензий' даже незначительное увеличение содержания дисперсионной среды приводит к резкому падению дилатансии [77,78]. Сущность механизма явлений, протекающих при стабилизации, хорошо видна из рис. 26, где приведены зависимости относительной степени концентрации я„ показателя дилатансии Дт), предельно возможной степени объемного заполнения суспензии твердой фазой С„ crit и, что аналогично, пористости материала шликерной отливки от продолжительности стабилизации.
В процессе стабилизации суспензии растет плотность упаковки массы при литье (уменьшается пористость), что свидетельствует об уменьшении количества «кинетически связанной» дисперсионной среды и увеличении ее «кинетически свободной» доли. Это в свою очередь вызывает увеличение показателя Cvcrn суспензии и соответственно уменьшение относительной степени ее концентрации я„. Показатель же я„ является основным
83
фактором, влияющим на дилатансию, так как он определяет объемную долю дисперсионной среды, участвующей в движении и обеспечивающей подвижность системы. Как следует из рис. 26, аналогично понижению nv понижается и дилатансия (понижается Дп). Показанная на рис. 26 закономерность была также подтверждена на водных суспензиях кристаллического и аморфного кремнезема.
Влияние коагуляции изучали- на двух стабилизированных суспензиях кварцевого стекла. Первая из них (среднедисперсная) была получена суспензированием порошка в дистиллированной воде с последующей стабилизацией и имела следующие характеристики: рс 1,85 г/см3; Cv 0,70; nv 0,80; рН 6,5. Вторая (с существенным содержанием крупной фракции) получена одностадийным мокрым измельчением с последующей стабилизацией и имела параметры: рс 1,93 г/см3; Cv 0,77; nv 0,86; рН 5,0. Коагуляция- суспензий достигалась определенной добавкой концентрированной соляной кислоты до достижения определенного значения рН.
На рис. 27 показаны реологические кривые первой суспензии при различных значениях ее рН. Исходная суспензия (кривая 1) отличается резко выраженными дилатантными свойствами и переходом в твердообразное состояние при низких скоростях деформации (менее 20 с-1). При незначительной ее коагуляции до рН — 4,3 (кривая 2) дилатансия суспензии уменьшается, и ее переход в твердообразное состояние отмечается при более высоких значениях у. Характерно, что при этом значении рН суспензия обладает, по сравнению с исходной, меньшей вязкостью в области минимальных значений Р. При дальнейшей коагуляции (уменьшается рН) в области малых значений Р появляется тиксотропное течение, увеличивающееся с понижением рН (кривые 3, 4). При определенных значениях Р достигается минимальная вязкость предельно разрушенной тиксотропной структуры, в дальнейшем же опять появляется дилатантное течение. Причем, с увеличением степени коагуляции (понижением рН) возрастает у, при котором начинается дилатантное течение, т. е. суспензии проявляют тиксо-тропно-дилатантное течение.
