Кварцевая керамика - Пивинский Ю.Е.
Скачать (прямая ссылка):
В процессе отстаивания суспензий кварцевого стекла образуются высокоплотные прочные осадки. Их пористость только на 2—4% больше таковой для шли-керных отливок, полученных на основе этих суспензий [75]. Исходные суспензии в соответствии с их плотностью обладают определенной удельной концентрацией твердой фазы <30. При осаждении в нижний слой суспензии внедряется дополнительно количество твердой фазы Д(2, достаточной для образования осадка. Таким образом, плотность осадка р0с в общем виде представляется, как
Рж = С)0 + АС). (36)
Отношение АР к €?0 может быть названо коэффициентом осадкообразования кос, т. е.
?ОС = Д(2/С?0. (37)
Последний показывает относительную долю твердой фазы, внедрившейся при осаждении, по сравнению с исходной. Является очевидным, что с понижением концентрации твердой фазы в суспензии (^о возрастает как удельная концентрация, так и величина Л<5. Плотность осадка рос, как правило, повышается с увеличением плотности суспензии. Зависимость Ьос, А<3, р0с от плотности суспензии, согласно работе [75], представлена на рис. 48. Приведенные данные показывают, что в технологическом отношении необходимо использовать высокоплотные суспензии с меньшим значением А(2 и кос. При этом не будет отмечаться большой разницы в зерновом составе в материале отливки даже в тех случаях, когда
10 7
осаждение окажется существенным, так как по мере уменьшения йос уменьшается доля внедряющейся при осаждении крупной фракции и материал отливки является более равноплотным.
Осаждаемость суспензии в процессе литья может быть оценена [71] посредством определения коэффициента седиментационного расслоения кср. Последний оп-
030
0,22
0,14
от
ОЛ
\ 0,3
0.2
0,1
УЬ -У
у^ У • ч. Чч ^<
у / э Чх —
182 1,88
1,95
1,9 О Ь
1,85
2,0
Рис. 48. Зависимость коэффициента осадкообразования (/), дополнительной удельной концентрации твердой фазы (2) и плотности осадка (3) от плотности суспензии
ределяется относительным уменьшением удельной концентрации твердой фазы в суспензии, остающейся в литниковой прибыли (Зкон в конце литья, по сравнению с исходной ()о по формуле [71]:
?ср = <2кон/<2о • (38)
Как следует из формулы, при отсутствии расслоения (0.0= О.коп) кСр= \, а в случае полного расслоения (Фкон=0) &ср = 0, т. е. чем ближе куС приближается к 1, тем более устойчивой является суспензия.
Как было показано в работах [73, 75], существенным фактором, определяющим седиментационные свойства, является реологическая характеристика суспензии. Осаждаемость определяется, прежде всего той величиной вязкости, которая присуща системе при минимальных напряжениях сдвига. Последнее обусловлено тем, что даже самые крупные частицы (до нескольких миллиметров) развивают в суспензии при осаждении незначительные сдвигающие напряжения. И поэтому суспензии с ньютоновским или дилатантным характером поведе-
108
ния при прочих равных условиях будут менее седимен-тационно устойчивыми, чем тиксотропные. К примеру, те же суспензии на основе кварцевого стекла, но с тиксотропным характером поведения, что достигалось или более тонким зерновым составом, или коагуляцией, являлись, как показано в [75], полностью седимента-ционно устойчивыми по отношению к фракции 0,63— 1,2 мм даже при значениях рс = 1,90-г 1,93 г/см3.
Условия полной устойчивости суспензий
На основании предшествующих работ [60, 73, 75] по оедиментационной устойчивости, выполненных на суспензиях кварцевого стекла [60, 73] и каолина [75], в дальнейшем [72] были сформулированы условия полной седиментационной устойчивости полидисперсных керамических суспензий.
Было предположено, что полная седиментационная устойчивость достигается в том случае, если сдвигающие напряжения, развиваемые максимальной по размеру частицей, не превосходят статический предел текучести суспензии — Ркх. Расчет величины Ра,, необходимый для удержания частицы во взвешенном состоянии, производится следующим образом.
Представим, что максимальная по размеру частица Шарообразной формы Диаметром с?тах и плотностью р! находится в суспензии с плотностью ро. Если р1>ро, то под влиянием силы тяжести частица движется вниз. Если же система структурирована и обладает пределом текучести, то движение частицы- начнется лишь после превышения Рку суспензии. Касательные напряжения т, возникающие под влиянием сил тяжести на поверхности частицы окружающей ее суспензии, могут быть представлены как
т = />/?, (39;
где р _ ^ я (р! — ро)--масса шарообразной части-
6
цы в суспензии; 5=яс?2 — поверхность шара. Подставляя значения, получим
__ <*тах (р! — Ро) (40)
109.
В действительности, при распределении напряжений, возникающих вокруг шарообразной частицы, взвешенной в суспензии, в последней возникают, кроме касательных, еще и нормальные напряжения. В связи с этим действительные касательные напряжения на поверхности частицы будут меньше, чем рассчитанные по формуле (40). И поэтому движение частицы в суспензии начнется тогда, когда напряжения, отнесенные к его поверхности, достигнут некоторой величины, большей, чем т, т. е. оно должно равняться
