Кварцевая керамика - Пивинский Ю.Е.
Скачать (прямая ссылка):
тельствует об уменьшении дилатансии с ростом температуры. При температуре около 80°С достигаются минимальные значения дилатансии, после чего она вновь возрастает. Для суспензий с более тонким зерновым составом температура минимальной дилатансии смещается в область 70—75°С.
Характерно, что при значениях Я = 65 дин-см-2 наблюдается постепенное ^существенное уменьшение вязкости суспензии вплоть до температуры 95°С, причем отношение показателей вязкости при различных температурах близко к таковому для воды. Последнее свиде-
100
тельствует.о том, что падение вязкости суспензии с ростом температуры обусловлено температурной зависимостью вязкости воды.
Падение дилатансии с ростом температуры обусловлено, видимо, следующим. Прежде всего с ростом температуры уменьшается плотность воды (увеличивается ее объем). Соответствующее увеличение объема дисперсионной среды значительно больше, чем кварцевого стекла. В связи с этим увеличивается доля кинетически свободной дисперсионной среды, участвующей в движении Си,к. По расчетным данным, при росте температуры от 1 цО~
85
С;
-
А
4
і—
во
650 1300 1350 6500 Р. динсм'2
Рис. 43. Зависимость вязкости от скорости и напряжения сдвига суспензии кварцевого стекла с плотностью 1,99 г/см3 при температурах: /-Ч20"С; 2-60°С
80°С для суспензии кварцевого стекла эта величина возрастает с 0,120 до 0,126, т. е. на 4,1%. Между тем даже такое незначительное увеличение о'бъема кинетически свободной дисперсионной среды в области предельно концентрированных суспензий приводит к резкому падению дилатансии !(рис. 37).
Возможно также, что уменьшение дилатансии связано с понижением вязкости воды. Вследствие лучшей ее подвижности с ростом температуры состояние насыщения образовавшихся при деформировании суспензии пустот будет происходить быстрее. Таким образом, ди-латантно упрочненная структура будет релаксировать быстрее, чем и обусловливается указанный эффект.
Существенное влияние температуры оказывает и на суспензии с тиксотропным или тиксотропно-дилатант-ным характером течения. Как показано на рис. 43, максимальная т] суспензии при повышении температуры с 20 до 60° С уменьшается в четыре раза, минимальная
101
(разрушенная)—в 1,9 раза. Характерно, что отмечавшееся первоначально при высоких Р или у дилатантное течение после повышения температуры суспензии отсутствует.
На загустеваемость суспензий, определенную на приборе Энглера, температура также оказывает существенное влияние. На рис. 44 показана температурная зависимость коэффициента загустеваемости двух раз-
_ а
7 У у
20
АО
60
Рис. 44. Зависимость коэффициента загустеваемости от температуры для тонкодисперсной (7) и юреднедиеперсной (2) суспензий кварцевого стекла с плотностью 1,86 гЛэм3
личных по дисперсности суспензий равной плотности. Из рисунка следует, что загустеваемость увеличивается с повышением температуры в большей степени для суспензий с более тонким зерновым составом. Известно, что тиксотропному структурообразованию благоприятствует тепловое движение частиц дисперсной фазы (например, броуновское движение). Следовательно, для суспензий с более тонким зерновым составом вследствие большей подвижности частиц с ростом температуры эффект загустеваемости будет большим.
Седиментационная устойчивость суспензий
Принято считать, что суспензии как глин, так и других керамических материалов в отличие от истинно коллоидных золей — системы кинетически неустойчивые. Кинетическая неустойчивость в данном случае является результатом осаждения частиц суспензии под влиянием силы тяжести по закону Стокса [122, 140, 141]. Осаж^ даемость керамической суспензии выражается в ее расслоении по вертикали (т. е. в появлении неоднородности в соотношении Т:Ж и в зерновом составе) вплоть
102
до выпадения слоя видимого осадка или образования осветленного слоя дисперсионной среды и может быть связано как с агрегативной, так и кинетической неустойчивостью.
Явление осаждаемости крайне нежелательно, так как может приводить к ряду неприятных технологических последствий. С увеличением габаритных размеров и толщины отливок опасность проявления осаждаемости увеличивается. Последнее обусловлено как большей продолжительностью литья, так и более крупным зерновым составом, обычно применяемым при этом.
Закономерности осаждения суспензий
|Как известно [123, 131], скорость осаждения твердых частиц в жидкой среде описывается уравнением, вытекающем из закона Стокса:
где г — радиус частицы;
р и ро — соответственно плотность дисперсной фазы и дисперсной среды; ц— ускорение силы тяжести; т] — вязкость среды.
Широко распространено мнение [122], что осаждае-мость частиц в керамических суспензиях подчиняется уравнению Стокса. В связи с этим для повышения седи-ментационной устойчивости рекомендуется [122, 141 — 143] или повышать дисперсность твердой фазы (уменьшение г2), или повышать вязкость дисперсионной среды (увеличение Т]).
Между тем указанные пути не всегда являются приемлемыми и технологически удобными. К примеру, применительно к литью крупногабаритной кварцевой керамики, как и некоторых других ее видов, содержание определенного количества крупной фракции является желательным или необходимым. Кроме того, как правило, повышение дисперсности частиц и вязкости дисперсионной среды приводит к увеличению пористости полуфабриката при литье.
