Кварцевая керамика - Пивинский Ю.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Таким образом, применительно к процессу литья вопрос в выборе оптимального, с точки зрения плотной упаковки твердой фазы, зернового состава должен решаться комплексно с повышением седиментационной устойчивости суспензий. Насколько нам известно, в такой постановке данный вопрос вплоть до появления работ [61, 73] специально не рассматривался. Керамические суспензии, как правило, характеризуются относительно низкой концентрацией и сравнительно высокой пористостью получаемого из них полуфабриката [113—117].
Применительно к шликерному литью кварцевой керамики ставилась задача достижений высокой плотности отливки за счет комплексного регулирования характеристик суспензий и процесса литья [61, 73]. При этом установлено, что основными факторами, определяющими коэффициент упаковки твердой фазы, являются: дисперсность и зерновое распределение, реологические свойства; концентрация и способ подготовки суспензии, степень стабилизации. Дополнительным резервом повышения Куп является применение при литье вибрации.
Исследования плотности отливок были проведены на трех различных по дисперсности стабилизированных су-
; -
Таблица 7. Характеристика суспензий и отливок из различных керамических материалов
Материал d , мкм cp d max мкм П ft20 с TB. я от л. % Литература
А1203 0,9—1,1 6—8 0,37 25—30 [113]
Zr02 1,52 — — 0,20— 31 [114]
—0,40
TiC 6,1 — — 0,31 40 [115]
ZrC 3,9 — — 0,32 44,5 [115]
ZrBr —• — — 0,30 45—50 [116]
Mo 3,66 34 — 0,37 43—45 [117]
Si02 (крист.) 40% до 2 мкм 40 — 0,47 ЗО [19]
Si02 (кв. ст.) — — — 0,50 ЗО [20]
Si02 (кв. ст.) 40% до 1 мкм 40 — 0,58 ЗО [38]
Si02 (кв. ст.) 3,1 60 'l 0,68 18 [42]
Si02 (кв. ст.)-1 1,7 15 7,15 0,74 17 [73]
SiOa (кв. ст.)-2 3,2 63 10 0,78 13 [73]
Si02(KB. ст.)-3 5,4 200 14,3 0,82 10 [73]
5* Зак. 522
131
спензиях. Основные характеристики дисперсности ((1СХ), ^тах, показатель полидисперсности ка [62]) и пористость отливки приведены в табл. 7. При этом тонкодисперсная суспензия (1) была получена одностадийным способом, среднедисперсная (2) и крупнодисперсная (.3) —одностадийным с предельным насыщением. Для сравнения в табл. 7 представлены аналогичные литературные данные и для некоторых других керамических суспензий.
Как следует из данных табл.-7, самые высокие показатели С„ суспензии и низкая пористость получены для суспензий кварцевого стекла. Меньшая пористость отливок кварцевой керамики, по [73], в сравнении с данными других работ, по [20, 42], обусловлена в основном отличной технологией получения суспензий. Как следует из табл. 7 по данным работы [73], с ростом дисперсности твердой фазы суспензии ее полидисперсность &п уменьшается, а пористость возрастает. Обусловлено это несколькими факторами. Прежде всего с ростом дисперсности твердой фазы растет количество связанной воды, что влияет и на степень упаковки. Кроме того, указанная закономерность хорошо объяснима и понятием «эффективного» объема частицы [122]. Чем меньше диаметр частиц, тем больше отношение эффективного объема к объему частицы. К примеру, для частиц диаметром 10 и 0,1 мкм это отношение составляет, соответственно 1,012 и 2,74 (если принять силовую оболочку толщиной
о
200 А). Этим же объяснимо обычно отмечающееся повышение вязкости суспензий с повышением дисперсности твердой фазы.
Характерный пример влияния дисперсности на &уп можно привести на суспензиях аморфного коллоидно-дисперсного (с?ср — 0,01 мкм) синтетического ЗЮг — аэросила. На основе аэросила возможно получить суспензии с С„ не более 0,18 и отливки с &уп в пределах 0,25—0,30 [80].
При подборе оптимальных зерновых составов различают два основных принципа подбора укладок, направленных на максимальное снижение их пустотности: непрерывные укладки, основанные на непрерывном заполнении объема зернами всех размеров от некоторой верхней границы до размера, близкого к нулю, и прерывные укладки, у которых между зернами определенных заданных фракций зерна промежуточных размеров отсутствуют [100]. Первый принцип подбора зернового сос-
132
100
Ц 60 1
§25
/У // 7?Г
0 0,2 0,4 (Ц5 0,8 10 Отношение размера фракции
Рис. 64. Область относительного зернового распределения суспензий кварцевого стекл.а для получения выюокоплогных., отливок
тава в процессе шликерного литья является доминирующим. Выбранные укладки характеризуют и по относи-сительному зерновому распределению. Последнее показывает процентное соотношение различных групп фракций по отношению к максимальному размеру.
На рис. 64 показана область относительного зернового распределения составов, позволяющих получать высокоплотные отливки кварцевой керамики с пористостью 10—13% при обычном литье и 8—11% с применением вибрации [61]. Оптимальная область зерновых составов находится в широких пределах отношений различных фракций. Она близка к расчетной по известной формуле Андреазена [106]
Р= 100 (х/йтюГ, (55)
где Р-= масса фракции частиц, в процентах от общего количества;
х — максимальный размер частиц этой фракции; ^тах — максимальный размер частиц смеси. Для достижения меньших показателей пористости отливки, с одной стороны, и разработки формования особо крупногабаритных и толстостенных изделий, с другой, изучено также влияние на плотность отливки зернистого наполнителя [73]. В качестве основной, мелкодисперсной, использована суспензия с зерновым составом, показанным на рис. 14 (кривая 2). В качестве наполнителя были выбраны фракции 0,4—1,0 мм или 1,0—1,2 мм. Зависимость плотности отливки от содержания крупной фракции показана на рис. 65. Показанная на рисунке зависимость до определенного содержания крупной фракции выражается прямой, описываемой уравнением
