Министерство высшего и среднего специального образования СССР
Московский ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени химико-технологический институт имени Д. И. Менделеева
27 3 6
В. Л. БАЛКЕВИЧ, К). М. МОСИН
РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КЕРАМИЧЕСКИХ МАСС
Учебное пособие
Москва — 1983
МИНИСТЕРСТВО BMGUETO И CPW-ЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ СССР
Московский Ордена -Ленина И ордена Трудового Красного Знамени химико-технологический институт имени 1.И.Менделеева
?7 3 6
В.Л.БалкеЕЕЧ» Ю.М.Мосин
РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КЕРАМИЧЕСКИХ МАСС
Утверждено ученым советом института в качестве учебного пособия
Мооква - 1985
7ДК 666.3/7 ♦ 666.29
Радкевич В.Л., Мосин Ю.М. Реологические свойства керамических масс. Учебное пособие. И., МХТИ им. Д.И.Менделеева, 1983, бЗо.
В учебном пособии систематезипован материал по особенностям деформационных свойств дисперсных систем, встречающихся в технологии керамики и огнеупоров, приведены реологические модели и методы описания и определения этих свойств, дана характеристика основных типов дисперсных систем, используемых в технологии керамики, и рассмотрено влияние основных физико-химических факторов на деформационные свойства керамических дисперсных систем и способы регулирования.
Ил. 35, табл. 6, описей литературы - 15 назв.
Рецязенты»
доцент, к.т.н. Савельев В.Г. /МлТИ им. Д.И.Менделеева/
доиент, к.т.н.-Черепанов А.М. /ВЗИСИ/
(?) Московский хигико-технологический институт им. Д.И.Менделеева
1983
- 3 -
I.ВВЕДЕНИЕ
1.1. Керамический полуфабрикат как дисперсная система
Процесс получения керамического изделия состоит из ряда стадий» измельчение исходного материала» приготовление формовочной массы /литьевой суспензии, пластичной массы или пресс-порошка/, изготовление заготовок, удаление временной Технологической сеянки, термической обраоотки. На каждом из этих этапов изменяется строение и свойства сырья и полуфабриката. Для нормального протекания технологического пронесся и получения качественных изделий при высокой экономической эффективяовти производства необходимо целенаправленно управлять строением полуфабриката на каждом технологическом переделе и обеспечить его оптимальные свойства, в том числе деформационные.
Керамический полуфабрикат может находиться в различных состояниях । в виде порошка /при измельчении, прессовании/, суспензии /мокрый помол, литье/, пластичной массы /фильтр-прессование, пластическое прессование, выдавливание/, компактного капиллярно-пористогс тела /сучка, обжиг/. В каждом случае полуфабрикат имеет раадлчнно свойства. Пресс-порошкк должны иметь высокую сыпучесть и уплотняться при действии внешней нагрузки. Пластичная масса должна деформироваться без нарушения сплошности и однородности и сохранять форму после снятия нагрузки. Литейные суспензии - иметь высокую седиментационную устойчивость и текучесть. Отформованные заготовки должны иметь достаточную прочность, чтобы не разрушаться при транспортировке.
Твердый керамический материал я вляется одной из фаз дисперсной системы, второй фазой которой может быть газ /воздух/ иля шдкость. Свойства дисперсных систем зависят от относительного содержания фаз, из природы и размера частиц твердой фазы.
При малых количествах жидкости формовочная керамическая масса является сыпучие порошком, дальнейшее увеличение ее оодержя ния приводит к образованию дисперсии пластичной, а затем и текучей консистенции. При высоких концентрациях твердой дисперсной фазы и значительном количестве мелких /менее I мкм/ частиц в системе образуется пространственные структуры, т.к. структурированная система имеет меньшую избыточную поверхностную энергию ч пониженную энтропию по сравнению с неструктурированной системой.
Структурообраэование сопровождается появлением специфических деформационных свойств, которые необходимо учитывать для правиль
- 4 -
ной организации технологического процесса.
Особенности строения дисперсной системы и ее деформационные свойства влияют на характер упаковки частиц дисперсной фазы и перераспределение в объеме заготовки при формовании. Полученная структура сохраняется в высушенном полуфабрикате и определяет строение обожженного изделия.
Взаимосвязь строения дисперсной системы и ее деформационных свойств является предметом физико-химической механики, принципы которой разработаны академиком П.А.Ребиндером. Основное положение этой науки постулирует взаимосвязь механических /деформационных/ свойств и строения дисперсной системы /взаимного расположения фаз и характера контактных взаимодействий между отдельными элементами/.
Все дисперсные системы можно разделить на три основные типа» двухфазные системы с твердой дисперсной фазой и газообразной дисперсионной средой /Т-Г/, двухфазные системы с твердой дисперсной и жидкой дисперсионной фазой /Т-И/, трехфазные системы с твердой, жидкой и газообразной фазами /Т-Г-Х/. а также двухфазные системы жидкость - газ /Ж-Г/. К первому типу относятся порошки исходных керамических материалов и высушенный полуфабрикат, ко второму - вакуумированные пластичные формовечные массы и термопластичные пимкеры. Третий вид дисперсных систем в технологии керамики представлен пресс-порошкаии, литейными суспензиями с вода ой дисперсионной средой, невакуумиров^нными пластичными мессами, пенами и полуфабрикатом на стадии сушки. Системы Ж-Г самостоятельного значения' в керамической технологии не имеют.
В зависит, ости от типа дисперсной системы различаются контакты между частицами твердой дисперсной фазы. В сухих порошках образуются атомные контакты в точках соприкосновения частиц. Контакты коагуляционного типа возникают между твердыми частицами, разделенными прослойкой жидкости. В процессе сучки и обжига, при кристаллизации из растворов или расплавов ме>лу частицами или кристаллами образуются контакты конденсационного или кристаллизационного типа /рис. 1.1/ Кроме того, в реальных системах возможно образование контактов промежуточного вида. Например, при адсорбционном насыщении порошка жидкостью в области атомного контакта возникает жидкостная прослойка и образуется псевдокоагуля-ционный контакт. По мере высыхания полуу-аориката коггуляционнне контакты заменяются конденсационными - возникает киатуляционно-кристаллизационнкй контакт.
- 5 -
Рис. 1.1. Основные типы контактов между частицами в дисперсных системах» атомный /а/, коагуляционный /б/, конденсационно-кристаллизационный или разовый /в/
В зависимости от вида контактов существенно различаются прочностные и деформационные свойства дисперсных систем. Атомные и коагуляциойные контакты имеют малую прочность, _но обратимо восстанавливаются. Они возникают под действием молекулярных, электро статических или магнитных сил. В области коагуляционного контакта возможно дополнительное проявление сил капиллярного стягивания и электрического взаимодействия двойных электрических слоев. Контакты конденсационного типа значительно прочнее, но разрушаются необратимо.
Таблица I.I
Прочность связей в дисперсных системах
Прироча действующих !	Прочность еда-	Прочность
сил	1	ничного контакта, 1	структуры»
1	Н	I	Па
Химические	1(Г3	гоь
Молекулярные	ю~7- ю-и	ю2 - ю4
Ионно-электроста-		
тические	I0"5- ГО"7	Го3 - го7
Капиллярные	ГО"5- ГО"4	10Ь - I04
Магнитные	IO"14- I0"15	10 - пт1
В общем случав регулирование свойств дисперсной системы возможно при сочетании механического воздействия и управления характером структурообразования за счет изменения природы сил, действующих на границе раздела фаз.
- 6 -
1.2. Строение дисперсных систем. Основные соотношения и фазовые характеристика
Наиболее широко в технологии керамики используются дисперсные системы с водной дисперсионной средой, которые относятся к системам Т-Ж.
Дипольное строение молекул воды предопределяет сильное меж-молекулярное взаимодействие, образование в объеме воды водородных связей и ассоциацию молекул воды, а также их взаимодействие с поверхностью твердой фазы. Процессы химического взаимодействия здесь не рассматриваются.
По характеру связи воды и дисперсной фазы различают химически связанную воду, входящую в состав молекул в виде гидроксильных ионов /в гидратах/ или в виде молекул /в кристаллогидратах/. иасть воды адсорбируется на поверхности твердой^ фазы в мономоле-кулярном слое /прочносвязанная вода/. Ограниченную подвижность имеет часть молекул ьоды, удаленных от границы раздела фаз на расстояние до нескольких десятков молекулярных слоев - так называемая ,рыхлосвязанная вода. В порах /пустотах между дисперсными частицами/ находится заломленная в капилляпах капиллярно-связанная вода. Кроме того,в системе часто содержится некоторое количество свободной воды, не взаимодействующей с твердой фазой. Влияние жидкости на свойства дисперсной системы будет зсдисеть от характера ее связи с дисперсной фазой.
В технологической практике при характеристике шихты, полуфабриката и керамических масс используют массовые показатели влажности, содержания временной технологической связки и т.п.
Массовое содержание дисперсионной среды /влажность для родных дисперсий/ определяется отношением массы жидкой фазы к общей массе системы /относительная влажность/ или к массе твердой фазы /абсолютная влажность/:
Цди=	mJ1 f
/Х.1/
Соотношение ме my объемными и массовыми характеристиками • дисперсной системы следующее:
A* СрЖ'М'1;
б Lu — 'fii С ( /“	**	*
* Л',/4/7 >
/1.2/
Vj-л^дЛ^а/; Cv = (pj-ftffa
где U^ie’kjr^- абсолютная и относительная влажность в долях единицы!
” масса T3eP№» жидкой фаз!
.|^Z ” 0<5ъе¥ твердой, жидкой фаз и всей системы» Д* Л н/ - плотность твердой, жидкой фаз и всей системы!
- объемная доля твердой и жи.ккой фаз в долях
**J единицы.
Соотношения /1.2/справедливы при отсутствии вклячений газовой фазы, т.е. когда
* /2г - •
Если эта сумма не равна единице, то расчетная концентрация твердой фазы окажется завышенной, по сравнению с экспериментальной. Содержание газовых включений может быть определено по разности объемных содержаний твердой фазы, найденным по формулам /1.2/и эксперимент ально.
После завершения процесса структурообразования» например после набора заготовки на пористую подложку или прессования, концентрация твердой «разы повышается до некоторого предельного /критического/ значения соответствующего максимальной плотности упаковки» которую может приобрести твердая фаза в данных условиях. Эта концентрация численно равна»
~	9	/1.3/
гдеJ)^ - относительная плотность высушенного полуфабриката; - объемная усадка в сушке.
Отношение объемного содержания дисперсной фазы к ее критическому значению называется относительной степенью концентрации и характеризует степень приближения фактической концентрации твер* дой фазы к ее предельному значению»
^(Г ~ 1г ‘ fifer ♦	/1,4/
Общее содержание дисперсионной среды определяется из ооотно-» тения/1.5/, а уравнение/1.6/характеризует долю жидкости» /част-
вующей в движении» т.е. содержание кинетически свободной жидкости» соответствующей по приведенной выше классификации свободной жидкости:
ЛАг*Лг,	/1.5/
/"	=	.	/1.6/
Разность	характеризует суммарную долю физичес-
ки связанной воды* воды» защемляемой в капиллярах между частицами с их граничными сольватными оболочками, и физико-химически связанной воды.
Доля механически связанной /защемленной в капиллярах/ воды/^характеризует степень стабилизации суспензии и возможную степень упаковки твердой фазы. Показатель связан с объемной долей пор в полуфабрикате соотношением »
= d	= (4-Логл)ъ(4-6#) * щ]/
где d - объемная доля пор , П&л - пористость отливки в долях единицы.
Физически связанная вода удаляется иб заготовки при температуре 100 - П0°С и определяет воздушную усадку заготовки в сушке)
^иг// - hr rtf .	/1.8/
гная величину усадки и средний размер частил, можно определить толщину сольватного слоя вокруг частицы дисперсной фазы»
<?-	•	/1.9/
Химически связанная вода/^ входит фактически в массу твердой фазы и ее количество можно определить методом прокаливания до постоянного веса при 900 - Ю00°С. Однако необходимо учитывать, что сорбированная непосредственно на поверхности раздела фаз вода имеет плотность 1,2 - 1,4 г/см^. Определение объема, о -нимаемого этой честью жидкости» проводят о учетом изменения ее
плотности»	у-
где - потеря массы при прокаливании на 1000°с , - плотность воды в гидратном слое.
величину определяют непосредственно по значениям кажущейся плотности материала после сушки в гидратированном состоянии.
- 9 -
Схема строения дисперсной системы Т-Ж в различных состояниях представлена на рис. 1.2.
Рис. 1.2. Схема строения и основные фазовые характеристики дисперсной системы в воздушно-сухом состоянии /а/, при критической концентрации твердой фазы /0/ и текучей консистенции /в/.
2. РЕОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОПИСАНИЯ ДОТАЦИОННОГО ПОВЕДЕНИЯ ДИСПЕРСННа СИСТЕМ
В процессе переработки керамическая масса должна сохранять сплошность и гомогенность. Необходимость сослюдения этого требования, а Токже обеспечения сохранения формы и прочности отформованной заготовки, минимальные энергозатраты на процесс формования определяют особенности организации технологического процесса в каждом конкретном случае.
С точки зрения механики формование заготовок является задачей по определению деформации дисперсной системы в поле напряжений. Строгое математическое описание зависимости деформация - напряжение и процесса деформирования в целом возможно при решении системы дифференциальных уравнений, включающей условия кинематики каждой отдельной материальной точки, закон сохранения движения, сохранения массы и энергии, условия неразрывности фаз и граничные условия деформации.
- Точные решения получены только для простых случаев» деформирование металлов, течение воды и т.п. для многофазных дисперсий решение осложнено необходимостью учета особенностей распределения напряжений между фазами, имеющими различные механические свойства
• Для упрощения математического аппарата, используемого для описания деформирования дисперсных систем и при нахождении зависимости деформации от характера и величины действующих напряжений и времени используют методы реологии.
- 10 -
Реология в своем первоначальном значении является наукой о течении. Ее возникновение и развитие связано с установлением отклонений в характере тэчения жидкостей от идеального, типичного для водо. На первых этапах рассматривали только влияние напряг хений на изменение скорости, течения и вязкости жидкости. В дальнейшем было установлено, что от величины приложенного напряжения и длительности его воздействия зависит не только скорость вязкого течения, но и развитие обратимых деформаций. В настоящее время реология является наукой, изучающей взаимосвязь мезду напряжением, приложенным к материальному телу, длительностью его воздействия и возникающими в. теле деформациями.
При реологическом подходе к изучению деформационного поведения материального тела предполагается, что оно является сплошным и однородным, т.е. состав и строение любого достаточно малого объема тела одинацав во всех участках. Рассматриваемое тело обладает определенными механическ’-ли свойствами» упругостью, вязкостью, пределом текучести и др., которые могут быть охарактеризованы количественно.
С практической топки зрения из допущения об однородности и сплошности тела следует, что эксперименты по определению деформационных свойств дисперсных систем можно проводить только на образцах с хорошо усредненным составом v а объем образцов должен быть во много раз больше, чем объем отдельных частиц дисперсной фазы. Например, при изучении свойств систем с частицами размером около 10 мкм следует применять образцы объемом около 10 см*\ Для образцов меньшего размера необходимо доказать экспериментально, что деформационные характеристики не зависят от размера образца, т.е. инвариантность деформационных характеристик по этому пара* метру.
Зависимости между напряжением, деформацией и временем мо£ут быть представлены в виде математической /формульной/ зависимости или с помощью аналоговой /феноменологической/ модели. Обычно в \ реологии используют механические аналоги, отдельными элементами которых являются пружины, поошни с зазорами и т.п. Иногда применяют электрические модели с емкостными, индуктивными и резистивными элементами. Чаще всего соответствующие модели называют по именам учек1сс, предложивших их для решенйя тех ийй иных задач.
При изучении деформационного поведения: рсистем, в том числе и дисперсных, стремятся подобрать такую комбинацию от
- II -
дельных реологических элементов, чтобы характеристическая деформационная кривая модели /зависимость деформации или ее скорости от напряжения 'и времени/ как можно точнее совпадала с экспериментальной.
2.1.	Реологические модели тел
Простейшей реологической моделью является тело Эвклида -абсолютно твердое тело, для которого деформации равны нулю при любом уровне напряжений. Эта модель широко используется в механике твердых тел, например при выводе закона сохранения импульса, при решении задачи о соударении шаров и т.п.
Идеальная жидкость Паскаля характеризуется несжимаемостью и отсутствием вяМкости, не способна сопротивляться сдвигу, но сопротивляется всестороннему сжатию.
Упругое тело Гука отличается линейной зависимостью между напряжением и возникающей деформацией. Деформация в теле Гука распространяется со скоростью звука и не зависит от времени воздействия нагрузки - возникает при ее приложении и исчезает при снятии. Механическим аналогом такого тела является упругая пружина /рис. 2.1/. Уравнение деформации имеет вид»
или С/,	/2.1/
где (5j *7^	- нормальное и касательное напряжения ,
Q - модули упругости и сдвига, - нормальная и касательная деформации.
В условиях сложнонапряженного состояния /при действии как нормальных, так и касательных напряжений/ при расчете деформации, возникающей в теле Гука, необходимо дополнительно учитывать коэффициент всестороннего сжатия материала /( и коэффициент Пуассона । sir
2GIS+ Р)>	/2 #2/
Тело Гука является основной реологической моделью курсов сопротивления материалов, деталей машин и механизмов и используется при расчете тел в условиях нагружения ниже предела текучести.
Жидкость Ньютона - сжимаемое вязкое тело, механическим аналогом которого служит поршень с отверстиями, погруженный в цилиндр с вязкой жидкостью /рис. 2.2/. Зависимость между скоростью течения и напряжением имеет вид:
- 12 -
/2.3/
где ? ~ вязкость системы, - скорость течения.
По физическому смыслу вязкость является напряжением, которое необходимо приложить к жидкости, чтобы два ее слоя, находящиеся на единичном расстоянии, смещались друг относительно друга с единичной скоростью. Иногда вместо параметра сдвиговой вязкости используют обратную величину, называемую текучестью f/fy •
Способность жидкости Ньютона к сжатию учитывается уравнением	_ ГХе
/2.4/
где
-	действующее нормальное напряжение или среднее объемное давление,
~ средняя деформация» равная 1/3 объемной деформации,
-	коэффициент объемной вязкости или коэффициент Трутона.
Типичным примером жидкости с ньютоновским характером течения является вода.
Тело Сен-Вен ан а не деформируется при напряжениях ниже предела текучести. Когда уровень напряжений достигает или превышает величину , в теле развиваются неограниченные сдвиговые деформации. В реальных телах при пределе текучести происходит разрыв связей между частицами, образование сетки трещин и необратимые сдвиги вдоль плоскостей скольжения. Механическая модель тела Сен -Венана /рис. 2.3/ представляет собой две шероховатые пластины , прижатые друг к другу с имеет вид: z~
некоторым усилием. Уравнение деформации
/2.5/
где - предел текучести.
В условиях объемно-напряженного состояния в теле существуют поверхности, касательные напряжения на которых являются функцией действующих нормальных напряжений. Скольжение вдоль такой поверхности ьо'сможно при условии:
- 13 -
Рис. 2.1. Реологическая модель /а/ и характер развития деформации jto/ в линейно-упругом теле Гука
информации от напряжения /б/ и деформации от времени /в/ идеально вязкой жидкости
Рис. 2.3. Механический аналог /а/ и диаграмма деформирования 161 жестко-пластичного тела Сен-Венана
- 14 -
Р* *	*	/2.6/
где f - коэффициент внутреннего трения материала.
Некоторые авторы отождествляют понятия внутреннего трения и вязкости материала. По физическому смыслу эти понятия близки, но необходимо учитывать, что при течении вязкой жидкости скашивание отдельных слоев происходит за счет разницы в скоростях перемещения этих сколь угодно близко расположенных слоев. Пластическая деформация тела Сен-Венана развивается по отдельным плоскостям /поверхностям/ скольжения,- а структурные элементы тела, удаленные от этих поверхностей, практически не деформируется и связи между ними не нарушается.
Соединяя параллельно или последовательно основные реологические элементы /тела Гука, Ньютона и Сен-Венана/, можно получить модели, описывающие деформирование различных реальных тел.
При параллельном соединении элементов, каждый из них деформируется одинаково, а напряжения перераспределяются в соответствии с деформационной способностью элементов. При последовательном соединении на каждый элемент передается полная нагрузка, а общая деформация тела равна сумме деформаций отдельных элементов. Ниже приведены некоторые комбинированные реологические модели.
Упругопластичное тело Прандтля является комбинацией элементов Гукай Сен-Венана, соединенных последовательно'/рис. 2.4/. При напряжениях ниже предела текучести десьормация такого тйла развивается по закону тука /см. урввнение/г.1/. После снятия нагрузки в этом случае деформация полностью восстанавливается. При в теле начинает развиваться пластическая деформация, а при разгрузке деформация восстанавливается только частично за счет упругой составляющей. Реальными аналогами такого тела могут служить грунты v металлы при напряжениях, превншаю;’!их предел упругости.
Тело Ке ^зина /рис. 2.5/ описывает поведение твердых материалов, обладающих вязкостью, Параллельное соединение элементов Ньютона и Гука позволяет учесть разделение общего действующего напряжения на две составу тшми: упругую и составляющую *язкого течения. де'рорма;ия р< зчитается при скогь угодно малом напряжении, но скорость развития де, иржмии ‘но-ит зату сеющий характер» уменьшается во вр.м ни.
- 15 -
/б/ упруго-пластичного тела Прандтля
/б/ и развития де-рормации /в/ тела Кельвина
В соответствии с формулами/2.1/и /2.3/уравнение деформации
тела Кельвина имеет вид:
/2.7/
После интегрирования при условии	и граничных
условиях О; ^=О уравнение деформирования приобретает вид:
V . 1ч-П- o/nf- £/)7	/2.8/
Как видно из уравнения/2.8/возрастание деформации происходит до некоторого конечного значения H/Q . Отношение с/^Тг характеризует запаздывание развития деформации после приложения или снятия нагрузки и называется временем последействия.
Развитие деформации в теле Кельвина, для которого в определенный момент времени и	, зависит от величины на-
пряжения /см. рис. 2.5 в/. При условии сохранения постоянной деформации	напряжение также остается постоянным и не ме-
няется во времени.
Запаздывание в развитии деформации после приложения напряжения в теле Кельвина связано с существованием в твердом теле сил внутреннего трения и по мнению Кельвина "явление того же класса, что и молекулярное трение жидкости, называемое вязкостью".
Тело Максвелла представляет собой последовательно соединенные элементы Ньютона и Гука /рис. 2.6/. При последовательном соединении элементов оощая деформация системы равна сумме деформаций каждого из элементов, с учетом уравнения/2.3/:
9	% ~	'	/2.9/
При условии	fC-O и £- О :
То ехр(-ЦгР)-Тexp(-i Ч/q). /2.ю/
Характерны!: свойством тела Максвелла является уменьшение во времени /релаксация/ напряжения, необходимого для поддержания постояннс о уровня деформации. Это явление связано с увеличением доли вязкой составляющей деформации тела по сравнению с упругой. С позиций статистической физики это явление можно рассматривать как процесс установления равновесия в системе.
Тело Максвелла опиенвас-т деформационное поведение упругих жидкостей и свойством после ае лет .-ля не обладает: при оно течет с постоянной скоростью. Чем больше величина 7р , тем
- 17 -
развития напряжений /в/ тела Максвелла
Рис, 2.7. Реологичес ая модель /а/ и диаграмма деформирования
/б/ тела L Eiraia
- 18 -
ближе по свойствам реальное тело к абсолютно твердому. Известно, что характер деформирования реальных тел зависит от длительности воздействия нагрузки. Если к воде, имеющей время релаксации около ПГ^о, приложить нагрузку с такой же длительностью, то вода проявит упругие свойства. С другой стороны, можно зафиксировать медленное вязкое течение стекол, хотя при кратковременном нагружении они ведут себя как хрупкие тела.
Необходимо помнить, что хотя параметры £ и Тр уравнений/2.81 и/2.10/имеют одинаковую размерность и формально тождественны, по физическому смыслу они отличны. Время релаксации 7^ численно равно времени, за которое при существующем уровне деформации напряжение уменьшится в ^раз, где основание натурального логарифма, Тело Кельвина способностью к релаксации напряжений не обладает, величина £ соответствует уменьшению в £ раз деформации при постоянном уровне напряжения.
Тело Бингама /рис. 2.7/ является комбинацией упругого, вязкого и пластичного элементов и представляет собой тело Прандтля, в котором параллельно элементу Сен-Вен ан а присоединен вязкий элемент. Такое тело в области ниже предела текучести деформируется как упругое, а при напряжениях T>f% - со скоростью, пропорциональной напряжению. Уравнение тела Бингама имеет вид:
< Р*	/2 тт/
, /2,п/
Такой характер течения тлеет большинство керамических шликеров, пластичных керамических масс и других дисперсных систем, образующих объемные пространственные структуры, при высоких скоростях деформирования.
Тело Лесерсича описывает деформационное поведение упругих золей. Лислерсная фаза’представляет собой упругие пружинки, расположенные в неупр’той дисперсионной среде. Напряжения передаются через жидкость При деформировании дисперсные частицы растягиваются или сжимаются, т.е. упругие свойства тола проявляются в процессе течения. После прекращения течения напряжения релаксируются за счеп. вязкого сопротивления среды.
Механической моделью тела Лесерсича является комбинация параллельно соединенных тел Кельвина и Ньютона, а уравнение деформации имеет вид:
- 19 -
где Г7Н и - вязкости элементов Ньютона и Кель вина.
при е%‘=&ГН?
Модель Джеффриса близка к телу Лесерсича, но описывает поведение релаксирующих гелей, т.е. систем, для которых дисперсной фазой является жидкость, а дисперсионной средой - твердая фаза. В такой системе передача усилий происходит через непрерывную упругую среду, а ползучесть обусловлена релаксацией упругих напряжений, вызванных деформацией твердого скелета. Упругая деформация замедлена реакцией жидкости. Моделью тела Джеффриса является элемент Ньютона, соединенный параллельно с телом Максвелла!
С точки зрения характера развития деформации тела Лесерсича и Джеффриса отличаются величинами времени релаксации: в первом случае оно не превышает 10°с, а во втором составляет не менее 105о.
Тело Пойтинга - Томсона представляет собой параллельное соединение тел 1Ука и Максвелла и описывает деформацию тел, для которых характерно наличие быстрых и замедленных обратимых деформаций: вилокнитов из хрупких материалов, стекловолокна, каолиновой ваты и т.п.:
7--$,^	№р(^)Л] .	/2Л4/
Вязкоупругое тело Бюргеса может быть получено последовательным соединением Тел Максвелла и Кельвина. Эта модель позволяет описать установившуюся и неустановивууюся стадии ползучести керамики при высоких температурах, цементного камня и других пористых твердых тел;
ь *	™
Примерная величина параметров уравнения/2.15/составляет: 7^-около 30 дней, -примерно 2’
- 20 -
10П и I0^6 Па.с, соответственно.
Тело Шведова было предложено для описания аномального поведения некоторых жидких сред, для которых релаксация напряжений приходит не до нуля, как это следует из уравнения Максвелла /2.ТО/» а до некоторого конечного значения. Модель тела Шведова состоит из элемента Ньютона, соединенного с телами Максвелла и Сен-Вена-на. Уравнение деформации для тела Шведова:
~	/2.Гб/
<Г= Рк + /П- Рк)	•
Наиболее сложным из классических реологических моделей является тело Еоффилда - Скот-Блера, представляющее собой комбинацию тела Шведова и последовательно присоединенного к нему тела Ньютона. Описание деформационной кривой такого тела требует знания шести основных реологических параметров:
if =&-/>)	/2.17/
х /"’X7 
Модель Шоффилды - Скот-БЛера позволяет описать такую сложную в деформационном отношении систему как мучное тесто.
Общая схема построения основных реологических моделей представлена в табл. 2.1. Знак — указывает на последовательное соединение элементов, а знак // - на параллельное. Практически все реологические тела могут быть получены из обобщенного тёла Шо-ффилда - Скот-Блера исключением отдельных элементов.
Кроме классических реологических моделей используют так называемое обобщенное упруговязкое тело Хоэнемзера - Прагера, уравнение деформирования которого имеет вид:
2.2.	Методы кспериментального определения деформационны< свойств дисперсных систем
Поскольку решение роответствующих реологических уравнений, рассмотренных выше, возможно как относительно напряжения так и относительно деформации или ее скорости	, то и
экспериментальные зависимости могут быть представлены в различных вилах.
Существует два основных метода определения десюрмакионных
Схема построения классических реологических моделей
Таблиц» 2.1
Вязкое течение *
! !
’	Пластическая деформация 1	Упругая деформация
Тело Ньютона N
! Тело Сен-Венана StV
J ро
! % > Рк Г=	,
пТело Прандтля Pr = StV- Н
! у* Ф	Ф
! ! । ! !
1 ! т i i
Тело Гука Н
С-Ч
Тело Кельвина К=Н II К 'С '	* 4V
I	!
Тело Лесерсича L = Н - Кх----\ ? Тело Бингама B=(N//StV ) - Н
Тело Джеффриса J= N II	t < Рк t« Gif'	J
t+iTp3*l,(pVTr) .j уг^г-Рк	!
Тело Пойтинга-Томсона T + tTp- CtCf^Y’Tr')
Тело Бюргеса Ви.=М - К
Тело Трутона Tr =N-PTh Q ^=Т	Т_ Ок_ е“ аТК
V ЧМ;П,К GiM п,к У— м~*
Рк —о
Тело Шведова Schur=(M ||StV)-f
V
Тело Шоффилда-Скот-Блера SchScb- (М //.SIV ) - К „ z Gkixp^ <	Г,...

- 22 -
свойств дисперсных систем.
По первому методу строят серии кривых зависимости деформации от времени » которые в свою очередь могут быть разделены на два основных вида в зависимости от соотношения между величиной предела текучести и Действующего напряжения. Первый вид зависимостей ^/г^/характерен для развития деформации в условиях . В этом случае черев некоторое время после приложения нагрузки деформация достигает постоянного значения /рис.2.8/. Разгрузка сопровождается уменьшением деформации до нуля.
При условии в дисперсной системе развиваются остаточные деформации. Особенностью кривых в этом случае является сохранение условно-мгновенной /упругой/ и замедленной обратимых деформаций в течение всего времени деформирования. Разгрузка сопровождается мгновенным уменьшением деформации и ее последующим медленным снижением на величину .
Кете дика	приТ^позволяет определять деформационные ха-
рактеристики дисперсных систем при очень малых, но переменных скоростях деформирования и применяется для изучения механических свойств практически неразрушенных структур, например для исследования структурно-механических свойств пластичного керамического полуфабриката и керамических шликеров.
для расчета модулей деформации и вязкости снимают серию кривых £7$при различных,но постоянных значениях касательного напряжения. Рассматриваемый метод позволяет определить условномгновенный молуль деформации /модуль быстрой обратимой деформации/ , связанный с^ , модуль замедленной обратимой деформации Q2 /модуль эластичности/, определяющий упругое поведение дисперсии, замедленное .ее вязкостью, истинную вязкость стационарного течения практически неразрушенной структуры /7 и условную Вязкость упругого п оследействия .
Для расчета ?тих параметров используют уравнения
с, = г/у, ,
/2.18/
- 23 -
г
Рис. 2.8. Развитие и спад деформации при нагружении и разгрузке дисперсной системы при испытании по методике jj(t) при <Т=ТО
Рис. 2.4. Полные реологические кривые течения, полученные при испытаниях по методике при = СЬплЛ
другой методикой,используемой для определения реологических свойств дисперсных систем, является метод испытаний при постоянной скорости де ормации, при этом получают зависимости Т-у, что дает возможность определить реологические параметры системы в условиях разрушения и построить полные реологические кривые течения дисперсной системы в координатах	или
По этому методу каждую дисперсную сист< му испытывают при разных, но постоянных и пределах каждого опыта скоростях сдвига.
- 24 -
2.3.	Применение реологических моделей для описения деформационного поведения некоторых систем
Реологический модели позволяют описать деформационное поведение неидеальных сред по кривой развития деформации, определить - пригодность соответствующего уравнения для описания процесса й вычислить реологические константы.
Следующей задачей с точки зрения выявления основных закономерностей и поиска оптимальных условий формования является нахождение зависимости реологических параметров от технологических и физико-химических факторов. для изучения свойств керамических литейных шликеров используется полная реологическая кривая, по- ' строенная по ре зультатам испытаний при постоянной скорости деформирования или постоянном напряжении сдвига. При изучении реологических свойств керамических пластичных масс используют метод построения кривых развития деформации во времени при постоянном напряжении с. вига.
Известно, что литьевые керамические суспензии имеют нелинейную зависимость скорости течения от напряжения, т.е. переменную ВЯЗКОСТЬ!
/2.19/
Кривая течения может быть описана различными функциями!
Степенные и экспоненциальные зависимости позволяют описать экспериментальны-' кривые только в определенных пределах.
При высоких скоростях деформирования /в условиях,слизких к течению шликера по труоопроводу или выдавливанию массы из пресса/ характер течения дисперсной системы близок к ньютоновскому или бингамовскому /см. рис. 2.7/. Аналогичный прямолинейный участок зависимости наолюдается при очень низких скоростях течения. В промежуточной области вязкость системы является переменной величиной /рис. 2.9/.
Течение структурированной дисперсии рассматривается как по
- 25 -
следовательное сочетание ряда областей с равновесными состояниями, т.е. с постоянными значениями реологических параметров. Первая область описывает поведение дисперсной системы в условиях весьма малых скоростей де^рормирования и характеризуется проявлением быстрой /упругой/ и замедленной ооратимой деформации с модулями G, и С £ и вязкостями и соответственно.
При несколько больших значениях действующего напряжения , где /2; - предел текучести по Шведову, наблюдается ползучесть с максимально высокой /шведовской/ вязкостью , характерной для практически неразрушенной структуры. Третья область соответствует переходу к течению тела Бингама, а четвертый участок - собственно бингамовскому течению с параметрами 4? и .
Реологическая модель такой системы представлена на рис. 2.10, а ее кривая течения на рис. 2.9.
Рис. 2.10. Реологическая модель основной части полной кривой течения твердообразной структурированной дисперсной системы.
Наибольшую сложность представляет описание течения системы в области	Предполагается, что на этом участке дисперс-
ная система находится в динамическом равновесии, ее вязкость определяется соотношением между разрушенными и неразрушенными связями в структуре и зависит от величин вязкостей предельно разрушенной и предельно неразрушенной структуры^ и степени тиксотропного упрочнения 3? t
ffr) - ft,*fy'P-) X/six. /2.21/
Согласно другой теории количество разрушенных У*/и нераару-шенных связей характеризуется разницей между текущим Г? и предельными /7 и /2 значениями вязкости»
- 26 -
а скорость течения определяется соотношением:
/2.22/
где	константы.
Для описания деформации пластичного керамического полуфабриката используют реологическую модель Шведова - Максвелла - Кельвина /рис. 2.11/, предложенную П.А.Ребиндером и Е.Е.Сегаловой:
7^ •	/2.23/
Характер деформационной кривой для тел этого типа представлен на рис. 2.8. Как видно из рис. 2.8 и уравнения/2.23/общая деформация системы складывается из быстрой обратимой деформации , замедленной обратимой деформации 11 деформации пластического течения со скоростью .
При действии на тело постоянного касательного напряжения соотношение между отдельными видами деформации, развившимися в теле, определяется длительностью этого воздействия. Поэтому Дня характеристики исследуемых систем используют два основных метода определения соотношений между различными составляюпмми деформации.
Вычисляют по уравнениюfa.&Jзначения деформаций ^»//з для условий Т - 200 кПа, 2^= 1000 с, считая, что эти условия хорошо соответствуют времени пребывания массы в шнековом прессе и действующим на нее усилиям. Вычисляют относительные значения деформаций каждого вида по соотношению	, где
Z= I, 2, 3. Полученные значения наносят на трехкомпонентную ди аграмму /рис. 2.XJ/, разделенную на 6 участков с различным соотношением дефорла лй, соответствующих 6 структурно-механическим типам по С.П.Нич .поренко.
Исследовавями С.П.Ничипоренко оыло установлено, чго оптимальной формт ‘мостью обладают мессы, относя]меся к I и 2 структурно-механическим типам, т.е. системы с преимущественным разви гием замедленных ооратимых деформаций. если для массы характерно н})еобламание быстрых обратимте дедормы'ий /() и структурно-мсханически.1 »ап/, то система пилве] ена хрупкому разрушению и практически не формуется. 1 и 5 ;грукгурно-меха1ичес~и ( типов -кракт-фно илйэтячеокое ТОДВЙЛС и	зигосевки пол
-Ж -
о
Qh
О-
2 -
Рис.- 2. II. Диаграмма развития деформаций и структурномеханические тигы масс по С. П. Ничипоренко. Реологическая модель Шведова - Максвелла -Кельвина
действием сооственнсй массы. Массы, относящиеся к 4 и 5 структурно -механическим типам,формуются на шнековых прессах при повышенной затрате энергии.
Другой метод определения соотношения между деформациями различных видов в пластичной формовочной массе заключается в вычислении критериев эластичности Л » пластичности по Вольровичу 4/; и времени релаксации^ :
/2.2V
- 26 -
Значения Деформационных параметров некоторых пластичных систем, используемых в технологии керамики,приведены в табл. 2.2.
Таблица 2.2.
Деформационные критерии пластичных керамических масс
Масса	!Эластич-!ность !	I Пластичность .ТО6, 1 с-т	! Время ре-I лаксации, ! о
Глины	0,35-0,45	1-4	1000-1500
Каолины	0,50-0,60	*1-3	2000-3000
Строительная керамика	0,60	4-6	300-4000
Хозяйственный фарфор	0,62-0,64	6—14	550-700
Электроизоляционный фарфор	более 0,5	1-2	1000-1500
Корундовая тонкозернистая	0,53-0,54	3-4	4000-6000
Корундовая зернистая	0,40-0«50	0,1-1,0	1500-2000
Корундовая зернистая на			
глинистой связке	0,55-0,70	4-8	до 60000
2.4.	Деформационное поведение неидеальных тел в условиях объемно-напряженного состояния
По определении пределом прочности материала при сдниге является минимальное касательное напряжение, при котором происходит нарушение сплошности материала - появляются поверхности скольжения или трещины. Предел прочности является основным критерием оценки условий сохранения целостности и формы заготовки или изделия. Он же определяет механические усилия, необходимые для проведения процесса формования заготовки /изменения формы/-.
Как в пресс-<орме при сухом прессовании, так и в Формующей головке пресса »ли под нежимом ролика при пластическом формиВа-нии заготовка годвергается воздействию как нормальных, так и касательных напряжений, т.е. находится в условиях объемно-напряженного состоял? 1. При этом на элементарный объем тела действуют 3 составляющих нормальных напряжений и 6 составляющих касательных напряжений /рис. 2.12/.
Известно, что образование поверхности скольжения в разрушающемся или деч ормируемом материале происходит при определенном соотношении м-,-<ду величинами наибольших (3^ и наименьших (3^ нор-
- 29 -
Рис. 2.12. Компоненты напряжений в элементарном объеме тела в условиях оьъемнонапряжвнного состояния и диаграмма предельных напряжений
мальных напряжений* двйствуюиях в элементарном объеме тала и направленных перпендикулярно друг другу. Соотношение между этими напрял.ениями и пределом прочности материала при сдвиге имеет ВИД!	fry	+£ >
,	4 Г	/2.25/
2С^ >
где V и - константы.
Величину Z5называют сцеплением или связностью материала, а коэффициентом внутреннего трения и If - углом внутреннего трения.
Зависимость/2.25/известна как закон Кулона- Мора. Установлено, что параметры С и (f зависят от свойств дисперсной системы и уменьшаются с увеличением влажности, пористости и содержания тонкодисперсных частиц.
Для учета зависимости прочности материала от времени воздействия нагрузки и строения дисперсной системы Н.Н.Масловым было установлено, что параметр^ можно разделить на две составляющие и преобразовать уравнение/2.25/к виду|
ГТ]	+	,	/2.26/
где -истинный угол внутреннего трения , - сцепление по контактам конденсационно-кристаллизационной природы >
- 30 -
Ji/ - связность системы, обусловленная коагуляционными контактами.
В зависимости от соотношения между параметрами уравнения /2.2б/дисперсные системы можно разделить на жесткие, для которых	псевдопластичнне, описываемые за-
висимостью /2. 264 и пластичные, для которых
Процесс формования изделий протекает при соблюдении условия*
т.е. когда деформация системы связана с обратимым разрушением и восстановлением связей коагуляционной природы. 5акое течение может быть описано уравнением/2.27/:
7 -- 4 *	/ •	/2-27/
Уравнение/2.27/является приложением уравнения Бингвма/2.11/ к условиям обьемно-напряженного состояния .
Использование уравнения Кулона - Мора для анализа работы технологического оборудования позволило рассчитать поле напряжений, действующих на формуемую массу, найти алгоритмы расчета геометрической конфигурации пресс-форм и фсрмующих головок шнековых прессов, обеспечивающих гдпнимаиьнне усилия формования и высокую равноплотность изделий.	—
Однако изучение влияния технологических факторов и оценка формовочных свойств масс с этих позиций затруднительнЬ по ряду причин:
I - интервалы изменения С л (/ весьма малы и составляют 0,02 - 0,12 МПа и 6.- :ю° соответственно при переходе от непластичного влажного пе>ка к монтмориллонитовой глине,
2	- при испытаниях масс пластичной консистенции сдвиг реализуется без ооргзования поверхностей скольжения в результате непрерывного скаит вания образца,
3	- в уравнениях/2.25/и/2.2б/не учитывается время воздействия нагрузки ! скорость деформации массы.
2.5.	реформирование дисперсных систем в динамических условиях
Наиболее эффективным методом ускорения процессов массо- и теплообмена, течения и т.п. является приложение периодических механических воздействий к дисперсной системе /вибрация/. исо-
- 31 -
бенно эффективно применение вибрации для воздействия на высококонцентрированные системы /бетонные смеси» пластичные керамические массы» порошкообразные материалы/, т.к. вклад энергии тепловых колебаний /броуновского движения/ для таких систем ничтожно мал, а силы и энергия контактного взаимодействия определяются внешними механическими воздействиями.
При приложении периодических механических колебаний в условиях течения концентрированной дисперсной системы устранялхгия разрывы сплошности и интенсивно разрушаются связи в структуре. Если при обычных технологических приемах переработки образование поверхности скольжения приводит к перемещению относительно больших осъемов тела, внутренние связи в которых практически не разрушаются, то’вибрационное воздействие приводит к постоянному залечиванию образованных ранее плоскостей скольжения и возникновению новых. Динамические нагрузки вызывают также существенные флуктуации энергии в объеме деформируемого тела, что облегчает взаимное перемещение отдельны; структурных элементов системы, т.е. снижает энергетические затраты на течение.
Характер изменения реологической кривой течения пластичной, бингамовской систем и твердоиоразной структурированюЛ дисперсной системы, описываемой у равнением/2.214 при приложении вибра ции представлен Па рис. 2.13.
Динамические нагрузки приводят к снижению вязкости систем до значений, соответствуюцих вязкости предельно разрушенной структуры/^,, и уменьшению или исчезновению предела текучести» т.е. дисперсная система в этих условиях приобретает максимальную текучесть и подвижность.
Дисперсные системы типа твердое-гоз при вибрации могут находиться в состоянии виброокижеяия или виброкипения. В первом случае частицы твердой дисперсной фазы мигрируют друг относительно друга без существенного изменения объема всей системы. При более интенсивных динамических воздействиях - в состоянии виброкипения структура дисперсной системы разрушается, в результате отрыва частиц друг от друга происходит увеличение ооъема и интенсивное перемешивание. Граница перехода от состояния виброожче-ния к виброкипению зависит от размера и массы частиц дисперсной фазы, прочности контактов между ними, соотношения амплитуды, частоты и формы импульс# вибрационного воздействия.
Вибрация позволяет значительно сократить длительность и по-
высить качество смешения /рис. 2.14/. Критерием оценки этого процесса служит коэффициент вариации или коэффициент равномерности распределения одной из фаз в системе:
К,р.	р._	/2-28/
где К - коэффициент вариации, * Р - коэффициент смешения,
Sn - среднеквадратичное отклонение,
Л - среднее арифметическое результатов определений,
Jf; - частное определение, /7 - число измерений.
Эффективность воздействия динамических нагрузок при деформировании двухфазной системы Т - X в условиях установившегося течения с постоянной скоростью иллюстрируется на рис. 2.15.
Точка максимального напряжения на диаграмме /^^соответствует образованию поверхностей скольжения. Дальнейшее деформирование происходит при напряжении, соответствующем равновесному разрушению, и постоянной вязкости. В точке / /в момент приложения вибрации/ начинается спад напряжений и вязкости до установления нового равновесного их значения. После прекращения вибрация происходит тиксотропное упрочнение структуры в потоке /точка С / до равновесного значения *г^ . Таким образом при вибрационном воздействии можно выделить участок неравновесного снижения вяз
кости и напряжения сдвига, участок установившегося течения с постоянными параметрами и участок тиксотропного восстановления структуры.
Для количественного описания деформирования в рассматриваемых условиях используют параметры, определяющие длительность, глубину, степень и жорость разрушения структуры: полный и условный периоды разругения и , глубину разрушения структуры Ap-p-sfr	» где и -равновесные уровни Пал.я-
жения и вязкост/ в стационарных условиях, a и - новые уровни этих параметров в условиях вибрации, Энергетическими критериями явлччея мощность, необходимая для поддержания заданного уровня разрушения.структуры и отнесенная к единице объема системы, и работа, затрачиваемая на поддержание течения.
В условиях установившегося течения параметрам процесса являются наибольшие разности напряжении и вязкостей до и после приложения воздействия и степень приближения системы к состоянию предельного разрушения:	и ft fa! •
- 33 -
Рис. 2.13. влияние вибрационного воздействия на течение дисперсных систем
Рис. 2.14. Динамика распределения фаз
при смешении:
I - 3 - при вибрации,
1^- без вибрации,
I,	I1 -? сыпучая система Т-Г ,
2,	3^ - пластично-вязкая система Т-Х,
3,	З1 - упруго-пластично-вязкая система Т-Х
Рио. 2.15. Полный цикл развития деформации	двухфазной
тиксотропной системы Т-Х при вибрации в условиях стационарного течения
3. РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЛИТЕЙНЫХ KEPAMJTIEChMX СУСПЕНЗИЙ
3.1. Требования к суспензиям для литья
Для изготовления изделий методом литья необходимо обеспечить оптимальные свойства шликера на всех технологических переделах. В процессе приготовления и транспортировки суспензия должна иметь высокую седиментационную устойчивость, содержать максимальное количество твердой фазы, обладать высокой текучестью /малой вязкостью/ без сильно выраженной тиксотропии или дилатансии, практически не содержать газовых включений. Выполнение этих условий обеспечивает малыэ энергозатраты на транспортировку и сохранение однородности шликера.
В процессе литья шликер должен иметь низкую вязкость, чтобы свободно удалялся избыток суспензии при ‘сливном литье, определенную, достаточно высокую скорость наоора отливки и скорость фильтрации жидкости через набранный слой. Полученные заготовки должны иметь высокую плотность и прочность, малые усадки в сушке и обжиге.
Соблюдение всех этих условий, а следовытельно, и выбор оптимальных свойств шликера, является компромиссом. Так, высокая плотность суспензии и высокая концентрация твердой фазы позволяют получать плотные малоусадочные отливки, но скорость набора таких шликеров и их вязкость неудовлетворительны. Тиксотропные суспензии имеют высокую седиментационную устойчивость, но их транспортировка и удаление шликера после набора затруднены^ а получаемые отливки имеют невысокую плотность, а следовательно,и значительные усадки в сушке и обжиге. Суспензии с низкими концентрациями твердой фазы /б^гоколо 0,3-0',4/ имеют высокую текучесть, но малую седиментационную устойчивсзть и скорость набора отливки.
Поэтому выбор основных параметров литья керамических изделий и свойств шликега зависит от вида изделий, их свойств и объема производства. К упноразмерные детали, выпускаемые в небольших 'количествах, целесообразно изготавливать из высококонцентрированных суспензий, я том числе и грубозернистых, хотя длительность набора в этом случае увеличивается. Для изделий, получаемых слиьным метолом важно иметь шликер с высокой текучестью и прочностью отливки. В сдучае массового производства необходимо увеличивать скорость набора отливки и ее оптимальнее сушильные свойства.
- 35 -
b.2. Реологические свойства литейных суспензий
Хиличные кривые течения керамических шликеров представлены на рис. 3.1. По характеру зависимости скорости течения или вязкости от напряжения сдвига различай тиксотропные и дилатантные суспензии.
Тиксотропной называется суспензия, увеличивающая свою вязкость в условиях спокойного выстаивания, При повторном механическом воздействии такая система снова уменьшает вязкость. Явление тиксотропии связано с образованием коаг/ тяШонннх контактов между частицади дисперсной фазы, участвующими в( броуновском движений. Изменение вязкости при приложении и снятии механического воздействия обратимо. Тиксотропия характерна для дисперсных систем Т-7, содержащих значительные количества частиц менее 5 мкм.
Качественной оценкой тиксотропны* свойств суспензии сдрит отношение вязкости или скорости истечения суспензии после выстаивания в спокойном состоянии к аналогичному показателю, измеренному непосредственно поело перемешивания. Это отношение, называемое коэффициентом загустевания К., дает сравнительную оценку тиксотропных свойств суспензий?
X-	/3.1/
у/ tf
где Z7j0 и А - вязкости суспензии через ЗОмин и I мин после перемешивания, и - время истечения 100 см3суспензии из вискозиметра Энглера через Б0 и I мин.
Количественной мерой тиксотропного упрочнения суспензии является площадь петли гистерезиса кривой , подученной при постепенном повышении и последующей снижении скорости де$опаацвд в ротационном вискозиметре. Эта площадь /рис. 3.2/ зависит от сте-пенг разрушения коагуляционных связей, а изменение вязкости определяется равновесием между разрушенными и восстановленным контактами.
Обычно для определения тиксотропного упрочнения структуры строят зависимость^ по величинам напряжений, достигаемым через 10 с после начала деформирования с заданной скоростью.
Для полного описания тиксотропных свойств системы необходимо иметь дополнительную информацию о максимальной прочности полностью структурированной системы и минимальной прочности предельно разрушенной структуры, соответствующих этим прочностям вязкостях, зависимости скорости разрушения от напряжения и кинетике
- 36 -
Рис. 3.1. Типичные кривые течения керамических шликеров:
I - ньютоновская жидкость» 2 - дилатантная жид-
кость» 3 - дилатантная суспензия с равновесной вязкостью» 4 - тиксотропно-дилатантная суспензия» 5 - дилатантная система с равновесной скоростью деформации» б - дилатантная система, переходящая в равновесное состояние» 7 - тиксотропная жид-
Рис. 3.2. Кривая течения тиксотропной системы при увеличении и уменьшении скорости деформации
(1 - равновесная кривая)
Рис. 3.3.Изменение вязкости дил&ган тного кварцевого шликера с температурой
- 37 -
разрушения и восстановления связей. Для этого креме соотношений /2.21/и/2.22/используют уравнение
Л - .4, = ехр[-(а+	/з.2/
гЛб *J?e и “ начальное и равновесное количество связей
« при скорости деформации >
<-Л - количество связей в момент t , Q. и 0 - константы.
Для системы, находящейся в покое,^=1, а для полностью разрушенной структуры =0.
Дилатансия проявляется как замедление Скорости деформирования /увеличение вязкости/ с ростом напряжения и обусловлена увеличением плотности упаковки твердой фазы. Этот эффект характерен для высококонцентрированных суспензий /-/более 0,65 - 0»8/, особенно содержащих крупнозернистый наполнитель, а также для ма-локонцентрированннх дисперсий, не обладающих седиментационной устойчивостью.
Причина этого явления заключается в следующем. Объем, занимаемый дисперсными твердыми частицами, в процессе деформирования может увеличиваться или уменьшаться^ стремясь к некоторому равновесному значению. Уменьшение объема характерно для прессования порошкообразных материалов. В высококонцентрированных суспензиях плотность упаковки частиц велика, поэтому, чтобы обеспечить возможность их относительного перемещения /течения/ необходимо раздвинуть частицы на некоторое расстояние. Увеличение объема, занимаемого твердой Фазой а мехаяическй захваченной жидкостью /Zy-фактически уменьшает концентрацию кинетически свободно? жидкости //£>/, что в свою очередь повышает вязкость системы. Чем выше напряженле и скорость деформации, тем на большее расстояние необходимо раздвинуть частицы, тем в большей степени уменьшается количество кинетически своиодной среды, тем выше вязкость.
Эффект уменьшения содержания свободной жидкасти в системе прослеживается при уменьшении температуры кварцевого шликера /рис. 3.3/. Снижение температуры повышает-плотность воды, а следовательно, снижает ее ооъемную концентрацию в системе. В результате при температуре ниже 36°С шликер характеризуется монотонным увеличение:.: в скости с ростом напряжения, хотя при более высоких темпергт. > .х наблюдалась область .постоянной вязкости.
Кварцевый высокойаполнеиннй шликер с уменьшением температуры переходит от тиксотропно-дилатантного течения к дилатантному.
Прочность дисперсной системы может увеличиваться.а скорость ее депортации снижаться при зацеплении между собой крупных частиц наполнителя. Частицы увлекают за собой соседние зерна, что вызывает перемещение целых слоев материала, а не отдельных поверхностей, и увеличивает число контактов, сопротивляющихся деформации.
Ряд исследователей связывает дилатансию с различным сопротивлением материала или дисперсной системы растяжению и сжатию. При равенстве модулей ёа и чистый сдвиг приводит только к изменению фсрьи. Если z£>ZJo , то дедормация элементарного объема тела в направлении сжатия и растяжения будет различна и, следовательно, изменится объем системы!
Кроме наполкзннкх суспензий изменение плотности наблюдается в сыпучих порошкообразных материалах и зернистых массах пластического формования, а так/ке нб стадий разрушения керамики"в процессе высокотемпературной .ползучести.
Характерными особенностями дилатантного течения является отсутствие предела текучести и уменьшение вязкости до исходного значения при уменьшении скорости деформирования.
Для оплсанлл дилатантного течения систем используют следующие характеристики» минимальную вязкость предельно неужесточен-ной структуры равновесную скорость деформирования , максимальную скорость дилатантного течения , критическое напряжение сдвига , напряжение перехода тиксотропного течения в дилатантное ' / . Соответствующие характеристические точки кривых у представлены на рис. 3.1. Количественной мерой дилатансии может служить увеличение вязкости при 10-кратном повы-вении скорости деформирования.
Устойчивость суспензий определяет возможность их длительного хранения и получения рьвноплотных однородных отливок. Различаг-ют кинетическую /седиментационную/ и агрегативную устойчивости.
Кинетическая устойчивость определяется скоростью оседания частиц в поле гравитационных сил и, как это следует из закона Стокса, зависит от размера частиц, плотности твердой и жидкой фаз и вязкости жидкости. Агрегативная устойчивость зависит от способности чагл л слипаться при соударениях или увеличивать свои *
-
размеры за счет рекристаллизации, превращаясь в крупные, седи-ментационно неустойчивые агрегаты. Случай перекристаллизации частиц из-за различной растворимости кристаллов с разной кривизной поверхности в керамической технологии практически не встречается.
Агрегативная устойчивость дисперсных систем зависит от хвг-рактера взаимодействия фаз в системе и соотношения сил притяжения и отталкивания между дисперсными частицами.
3.3.	Влияние основных факторов на свойства литейных суспензий
Природа твордой фазы. Литейный шликер может быть получен при отсутствии химического взаимодействия дисперсионной средн и твердой фазы. Свойства пликера зависят от полярности, плотности, смачиваемости, дисперсности и распределения по размерам частиц. Природа твердой фазы определяет поверхностную энергию на границе раздела твердое - жидкость и ионизационный потенциал катионов кристаллической фазы. Иониза ионный потенци ал/ИП/равен отношению заряда иона к его радиусу.
Твердая фаза должна хорошо смачиваться жидкостью, т.е. силы взаи1Аодействия на поверхностях разделов в системах Ж-Ж и Т-Т должны быть меньше, чем в системе Т-Ж. Критерием оценки смачивания является угол смачивания 0 :
/3.4/
где	поверхностные натяжения на границах
Т-воздух, Ж - воздух и Т-Ж, соответственно.
Плохое смачивание /0X0 меньше 0/ приводит к захвату воздуха системой, уменьшению плотности .отливки, увеличению усадок в сушке и обжиге и увеличению количества жидкости для обеспечения нормальной текучести суспензии. Улучшение смешивания достигается введением поверхностно-активных веществ /ПАВ/. Для водных дисперсий такими добавками могут служить лигносульфонаты, мыла, желатин, производные целлюлозы.
Другим параметром, определяющим реологические свойства суспензий, является ионизационный потенциал. При высоких значениях ИП увеличивается мексит#ально возможная концентрация твердой фа?-зы 3 дисперсной системе, уменьшается доля связанной воды
- 40 -
f и уменьшается толщина гидратно-адсорбционной оболочки на поверхности частид. Одновременно снижается седиментационная устойчивость, усиливается дилатантные свойства суспензии, снижается скорость наоора отливки и повышается ее плотность.
Для литейных суспензий кварца /ИП ЗЛ'=Ю/ и плавленого оксида мнгния /ИП Ж=2,7/ толудана сольватной оболочки составляет 8 и 120 нм соответственно,0,90 и 0,62, усадки в сушке 0,2 в 3,о%. Пористость отливок иа кварца в 30 раз меньше, чем из периклаза./0,4 и 12,5%/.
Природа твердой фазы определяет особенности организации технологического процесса. Для материалов с высоким ИП целесообразно применять мокрое измельчение при высоких температурах и дополнительное стабилизирующее перемешивание в течение 6-20 ч для активизации перехода катионов твердой фазы в раствор. Литьевые системы материалов с низкими ИП следует готовить суспендированием порошков сухого помола, использовать частицы с возможно большими размерена, вводить электролиты и применять вибрационные методы литья. В первом случае комплекс мероприятий должен быть направлен на развитие сольватных ооолочек вокруг частиц, а во втором - на сдерживание этого процесса.
твердд^ и жидкой :аэ. Для суспензий, в которых жидкость не взаимодействует с дисперсной фазой, предложен ряд зависимостей вязкости от концентрации твердой фазы и вязкости дисперсионной среды» а в некоторых случаях и от размеров и формы частит
'	/3.8/
где у и 0, - вязкость суспензии*и дисперсионной среды, - длинная и короткая ось эллипсовидно.! частицы.
Уравнения /3.5/ и /3.GJ применимы только при концентрации твердой фазы 0,05 -0 1. Уравнение/<.7/удовле! рительно описывает
- 41 -
Рис. 3.4. Концентрационые зависимости вязкости керамических шликеров:
1,2,3 - расчетные значения по формулам/3.84/5.и /3.9/ при ZjjrO»84, соответственно;
4 - кварцевый шликер с 0,84;
5» 6, 7 -суспензии карбида ниооия;
5,7* - расчетные зависимости для карбида ниобия по уравнению/3.9/;
8, 9 - суспензии карбида титана и диборида циркония, стабилизированные полимерами
вязкость суспензий при Q менее 0,3 - 0,4. Формула/3.8/ограничивает предельное заполнение системы твердой фазой 74%. Эта ве-  личина предложена из соображений максимальной плотности упаковки монофрзкционного порсшка.Так как реальные порошки имеют широкие пределы максимальных плотностей упаковки, Ю.Е.Ливииокпм предложено уравнение/3.<¥, учитывающее объемную долю дисперсионной среды, обеспечивающую кинетическую подвижность системы	/,
и квадратичную зависимость вязкости, возрастающую о уменьшением расстояния между частицами за счет действия сил Ван-дер-Ваальса»
/3-9/
Уравнение/3.9/наиболее точно описывает концентрационную з<*-висимость вязкости в широком интервале концентраций.
На рис. 3.4 представлены экспериментальные и расчетные кривые для некоторых типов шликеров. Смешения экспериментальной кривой кварцевого шликера по сравнению с расчетной в область меньшей концентрации твердой u-азы связано с образованием сольватных оболочек. Введение водорастворимых полимеров в суспензии /кривые 8,9/ значительно уменьшает концентрацию твердой 4азы в системе, т.к. макромолекулы полимера связывают значительную часть жидкости я
- 42 -
уменьшают значение .
Влияние дисперсности твердой фазы. Распределение частиц по размерам определяет устойчивость суспензии, ее текучесть, скорость фильтрации, плотность получаемой отливки и ее усадки в сушке.
В соответствии с законом Стокса скорость оседания частиц тем меньше, чем меньше их размер!
’ Лло/
где - диаметр частицы,
£ - ускорение свободного падения, - вязкость дисперсионной среды.
Реальная скорость оседания частиц всегда ниже, чем рассчитанная по уравнению/3.1С/, т.к. при выводе уравнения не учитывается, изменение вязкости дисперсной системы за счет присутствия тонких фракции твердой фазы, взаимидействи частиц между собой в процессе движения, наличие предела текучести и увеличение размера частиц и уменьшение их плотности из-за образования сольватного слоя.
Для суспензий кварца литейной консистенции скорость седиментации примерно на. три десятичных порядка ниже , чем получаемая по уравнению/3.1(У. Введение поправок и замена в уравнении на плотность и вязкость дисперсной системы» и позволяют оценить скорость оседания такой системы, а учет наличия предела текучести позволяет рассчитать фактическое напряжение и максимальный размер частиц в седиментационно устойчивой суспензии по-лидисперсного порошка»
3=ёJiJU);	J>JJ пли
где с/м- максимальный размер твердых частиц, К - коэффициент, учитывающий кривизну струи, обтекающей частицу и равный 0,3 для керамических суспен--зий.
За счет структуроосразования и использовахия перечисленных выше факторов можно значительно /до 1-2 мм/ повысить верхний предел крупности-частиц и осуществить литье высокой аполненных суспензий /рис. 3.5/.
Известно, что плотность упаковки монофракционных частиц в зависимости от координационного числа /КЧ/ составляет» 74,05^ /КЧ 12/,
- 43 -
Гис. 3.5. Расчетные значения статического предела текучести суспензий, обеспечивающие полную седиментационную устойчивость частиц:
I - диоксид циркония, j)J =3,2 г/см*\ 2 - каолин, =1,60 г/см‘ч, 3 - кварцевое стекли, J)J = 1,9 г/см^
69,8% /КЧ 10/, 60,15% /КЧ 8/и 52 ,‘36% /КЧ 6/. В реальных условиях плотность упаковки порошков лежит в пределах 58 - 63%, что соответствует координационным числам от 7 до 8. Повышение плотности упаковки может быть достигнуто заполнейием пустот между частицами более мелкими, размер которых примерно на один десятичный поря ок ниже. Соотношение крупных и мелких частиц в двухфракционных порошках прерывного зернового состава близко к 7»3, а в трехфракционных - к 6j(3:T. Реальные значения пористости, достигаемые при этом, состава, ют 15 - 16 и 9 - 10% соответственно.
Увеличение размера частиц или верхнего предела крупности увеличивает плотность упаковки за счет возрастания массы частиц и преобладающего влияния гравитационных сил над силами адгезии.
В осадках из суспензий плотность упаковки грубозернистых /крупнее 100 мкм/ порошков примерно равна получаемой при утряске в сухом состоянии, а для тонколисп.рсных - повышается до 72% и более из-за дополнительного деЛсТоИЯ стнгивакхцих капиллярных сил, ооратно пропорциональных размеру капилляра, а следовательно,и размеру частиц.
Плотность отливки, подучаемо’! При литье из суспензии, сб-дернапе.1 кручйго исперспн4 наполнитель, можно рассчитать»
fiort = fir *fiH (^fir) ,
ГД8 PolA “ плотность отливки,
J)t - коэффициент упаковки тонкодисперсаого порошка, JDW - коэффициент упаковки зернистого наполнителя.
Как видно из соотношения /3.12/, повышение плотности отливки может быть достигнуто раздельным или одновременным увеличением плотности укладки зернистой и тонкодисперсной составляющих твердой фазы.
Влияние формы частиц. Для получения плотных отливок необходимо применять суспензии на основе плотных сферических частил. Реальные порошки керамических материалов состоят из частиц как изометричной, так и анизометричной формы. Частицы могут быть пористыми. Поэтому экспериментально определяемые значения вязкости, скорости седиментации и другие параметры реальных суспензий могут значительно отличаться от расчетных из-за большей удельной поверхности, большего гидравлического радиуса, изменения сил межчастичного и межфазного взаимодействия и эффективного объема дисперсной фазы.
Все перечисленные факторы уменьшают долю кинетически свободной дисперсионной-среда /^г /, увеличивают вязкость дисперсной системы . Отклонение формы частиц от сферической способствует большему их сближению и дополнительно ухудшает литейные свойства.
Из уравнения/З.ь/видно, что чем больше разница в наибольшем и наименьшем размере частиц, тем, при прочих равных условиях, выше вязкость дисперсной системы.
Возможны различные виды агрегации частиц в суспензиях. Для пластинчатых частиц глинистых минералов А.С.Майклзом было предложено несколько схем строения агрегатов /рис.З.ь/.
Наиболее плотно могут быть упакованы агрегаты типа "колоды карт" /рис. З.б а/. Такой агрегат приближается по ф,орме к изометричной частицети если агрегаты не взаимодействуют друг с другом, система может при агрегации понизить свою вязкость. При значительном увеличении концентрации агрегатов и их взаимодействии вязкость дисперсии повышается за счет уменьшения доли кинетически свободной жидкости /б/, вели энергетически выгодно взаимодействие отдельных частиц по схеме "грань - плоскость", образуются агрегаты типа "карточного домика" /схема в/. В суспензиях
- 45 -
Рис. 3.6. Различные виДы агрегации частиц и влияние концентрации твердой фазы Сг и степени агрегации ft на вязкость /I/ дефлокулированного /2/ и агрегированного /3/ шликера
о агрегацией этого вида количество кинетически свободной жидкости крайне мало , а вязкость очень высока. Бресте с тем приложение дане небольших напряжений приводит к резкому уменьшению вязкости из-за разрушения контактов "грань - плоскость" и переориентации частиц в направлении течения» а также изменения формы агрегатов. Этот механизм объясняет существований пределе текучести по Шведову в суспензиях глин и уменьшение их вязкости о ростом касательного напряжения /см. рис. 2.9/.
3.4.	Влияние сорбционных процессов на реологические свойства суспензий
Свойства литейных суспензий и пластичных масс определяются особенностями строения межфазной границы и поверхности раздела. На границе между фазами,благодаря наличию избыточной поверхностной энергии ^образуются двойные электрические слои. Движущей силой этого процесса является стремление гетерогенной системы уменьшить свою энергию, что вызывает ориентирование полярных молекул, ионов и появление на соприкасающихся границах фаз противоположных по знаку и равных по величине зарядов.
Образование двойного электрического слоя в дисперсной системе возможно за счет частичного растворения твердой фазы. В раствор переходят главным образом катионы, на поверхности частицы возникает отрицательный заря и, а в водном слое, связанном с нею, - положительный. Согласно теории Штерна слой противоионов, перешедших в раствор из дисперсной 4азы, состоит из адсорбционного слоя, fепосредсгвинно прилегающего к поверхности частицы и имеют
щего толщину не больше, чем диаметр гидратированного иона, и диффузного слоя значительной протяженности. Электрический потенциал в адсорбционном слое уменьшается линейно, а в диффузном -по экспоненте. На границе между этими слоями потенциал равен , а его абсолютное значение зависит от концентрации зарядов в адсорбционном слое и концентрации электролитов /рис. З.7./
Другим механизмом образования двойного электрического слоя может быть обменная адсорбция ионов, появляющихся при растворении твердой фазы, и ионов, специально вводимых в воду.
Возможна также адсорбция на поверхности раздела фаз и ориентация полярных неионогенных молекул /молекулярная адсорбция/.
Управление свойства?,ш литейных суспензий осуществляется изменением величины^-потенциала за счет изменения концентрации водородных ионов в системе /pH среды/ или введения электролитов.
Ионами, определяющими потенциал оксидных частиц в водных суспензиях, являются Н* и 0Н“ионы, причем заряд поверхности зависит от кислотно-основных свойств оксидной фазы. Поверхность оксида кремния, имеющего кислотные свойства, заряжена отрицательно^ основного оксида магния - положительно. Добавление кислот в суспензии основных оксидов приводит к увеличению концентрации Н* ионов в объеме диффузного слоя, повышению ^-потенциала, сжатию этого слоя, увеличению количества кинетически свободной воды, уменьшению вязкости системы. Одновременно растет и ее агрегативная устойчивость, т.к. значительная величина ^-потенциала препятствует сближению и слипанию частиц. Аналогичное, хотя и менее ярко выраженное, явление наблюдается при добавлении к основным оксидам щелочей, например едкого натра. В этом случае на поверхности раздела фаз преимущественно сорбируются ОН” ионы, происходит перезарядка поверхностного слоя частицы и сжатие диффузного слоя. Установлено, что для стабилизации и разжижения основных дисперсий целесообразно вводить кислоты, а в кислые - щелочи /рис. 3.8/.
При шликерном литье оксидных матери «илов основы™ способом регулирования свойств суспензий является управление pH среды, и этот процесс совмещается с технологической стадией кислотной отмывки порошка от примесей железа после помола. Стабилизации шликеров щелочами не производят,- чтобы избежать загрязнения получаемых изделий оксидом натрия и из-за повышенной тиксотропии таких суспензии.
- 47 -
Рис. 3.7. Схема строения двойного электрического слоя и падение на нем потенциала:
а - адсорбционный слой
б - диффузный слой
Рис. 3.8. Зависимость вязкости /I/» ^-потенциала /2/ и плотности отливки /3/ от pH среды для кислых /б/ и основных /а/
материалов
Введение в суспензии оксидных материалов дифильных молекул поверхностно-активных веществ приводит к ориентации последних и взаимному отталкиванию частил, имеющих сорбционную оболочку. Образование сорбционной оболочки дополнительно увеличивает гидравлический радиус частицы дисперсной фазы. Оба эти фактора повышают седиментационную устойчивость системы, йдесте с тем дополнительная дефлокуляция частиц и образование граничного сорбционного слоя значительной толщины при применении ПАВ существенно сказывается на последующих технологических переделах. Стабилизация систем за счет механизма молекулярной адсорбции в определенной степени снижает плотность отливки и уменьшает скорость фильтрации через набранный слой. Снижение плотности огливки увеличивает усадки в сушке и оожиге. Вместе с тем вьедение органических веществ, таки- как сульфидно-дро\<левая бражка, карсоксиметилцеллюлоза и других повышает прочность отливок и сухого полуфабриката.
Кроме того введение органических добавок уменьшает количество кинетически свободной воды в суспензии, повышает ее вязкость и усиливает тиксотропию.
Для водных дисперсных систем на основе глинистых минералов наибольшее значение имеет обменная адсорбция электролитов, при которой на полярных микроучастках дисперсной фазы сорбируются ио» г противоположного знака, а образование двойного электрического слоя происходит из-за перезарядки поверхности.
Известен ряд Хормейстера, определяющий относительную активность отдельных катионов к адсорбции. Каждый левостоящий ион вытесняет правостоящий из сорбционного слоя. Активность ионов определяется двумя факторами» его валентностью и количеством молекул гидрат анионной воды.
Таблица 3.1
Свойства некоторых гидратированных ионов
Ион	! Радиус иона, I	нм	! Число гидратацион-! ных молекул воды	! Радиус гидрати- ! рованного иона, нм
Li*	0,078	14	0,73
М	0,098	10	0,56
К*	0,133	6	0,38
	0,143	а	—
	0,078	22	1,08
Ca.,t	0,106	20	0,96
Их?	0,143	1°	0,88
де3*	0,057	57	
Скачек потенциала на границе раздела фаз повышает агрегативную устойчивость и увеличивает количество	кинетически
связанной жидкости в системе. При замене праьостоящих ионов ряда Хофыейстера на левостоящие возрастает пластичность и вязкость суспензии» снижается устойчивость суспензии и повышается скорость набора.
Свойства суспензии в значительной степени определяются концентрацией электролита /рис. 3.9/. На начальных стадиях введение электролита способствует насыщению повер зоти раздела фаз сорби-
- 49 -
г/, Па-с
~Ю ~20 зо мг-зк&floor w*
Рис. 3.9.Зависимость вязкости каолинитовой суспензии от
содержания электролита:
I - едкий натр; 2 - оксалат натрия; 3 - карбонат натрия; 4 - силикат натрия
рованных ионов и понижению вязкости. Дальнейшее увеличении содержания электролита /сверх оптимального/ вызывает понижение ^-потенциала, уменьшение диффузного слоя, сближение частиц и повышение вязкости системы.
Наиболее сложные явления происходят при разжижении шликеров, содержащих глинистые минералы. При введении катионов щелочных металлов благодаря смещению равновесия обменной реакции происходит замена ионов щелочноземельных металлов на ионы натрия или калия. Одновременно в 2 раза уменьшается количество связанной с гидратированными ионами воды и увеличивается содержание кинетически свободной жидкости. Кроме того, введение в систему таких анионов как CO^SO^P^ приводит к образованию нерастворимых,солей калымя, магния, бария и выведению их из раствора.
Совместное введение электролитов и ПАВ неионогенной природы снижает гидрофи пыость частиц и уменьшает потребное количество электролита. Обычно ПАВ вводят в количестве 0,2 - 0,5^ от массы твердой лазы.
Лдч управления свойствами фарфоро-фаянсовых шликеров используют:
I - электролиты, даю-цие щелочную реакцию и диссоциирующие на катионы и гидроксильные ионы: j/a2C03  Ha2Si.O3 . //a JVa 0W ХОН, ы ОН,
- 50 -
2 - вещества, поглощающие ионы и образующие при этом нерастворимые соли» щавелевая, лимонная, галловая кислоты,
3 - электролиты, создающие при гидролизе защитные коллоиды: жидкое стекло с модулем /SlOz выше 2, лигнины, сульфитно-спиртовой щелок, сульфитно-спиртовая оарда, суль-фитно-дрож»евая'бражка и т.п.
Таблица 3.2
Влияние некоторых видов дооавок на свойства глинистых суспензий
Твердая фаза ! Дооавка	аффект от применения
фарфор	рода 0,25%	снижение вязкости
гуминовые кислоты	снижение вязкости
ионогенные ПАВ	уменьшение влажности
отливки и загустевае-мости Санитарно-строи- гашеная известь увеличение скорости тельные изделия 0,025%	набора и прочности
отливки Многошамотные	жидкое стекло и снижение вязкости,
изделия	сода в соотношении увеличение тиксотропии
4:1
3.5.	Дисперсные системы на основе термопластичных дисперсионных сред
В основе технологии изготовления изделий методом горячего литья из термопластичных шликеров лежат следующие технологические операции:
I.	Получение дисперсной системы с достаточно низкой вязкостью при введении в керамический порошок временной технологической связки» размягчающейся или плавящейся при 50 - 80°С.
2,	Заполнение расплавленным шликером формы с геометрией полости, соответствующей геометрии полуфабриката.
3.	Твердение заготовки в объеме формы при снижении температуры до комнатной за счет кристаллизации или повышения вязкости дис-
- 51 -
персионной среды.
4.	Удаление временной технологической связки при повышенных температурах за счет испарения или всасывания в окружающую заготовку засыпку в условиях, обеспечивающих сохранение фермы полуфабриката.
С коллоидно-химической точки зрения получение изделий методом литья из термопластичных шликеров отличается использованием дисперсионных сред, изменяющих свое агрегатное состояние и являющихся гидрофобными жидкостями /при повышенных температурах/ с малой относительно воды диэлектрической проницаемостью и плохой смачивающей способностью.
Эти особенности используемых в технологии горячего лфъя жидкостей треоуют учета дополнительных факторов. Гюльшое значение преобретает температурная зависимость вязкости самой связки и литейной суспензии, теплопроводность шликера. Низкая диэлектрическая проницаемость дисперсионной среды делает необходимой дополнительную гидрооюбиэацию поверхности твердой Фазы и введение ПАВ. Существенное изменение объема дисперсионной среды в процессе плавления и кристаллизации, доходящее до 10-15% по объему, определяют особенности конструкции формы и режима ее заполнения расплавленным шликером.
Помимо содержания твердой и жидкой фаз в дисперсии, зернового состава порошка и вязкости дисперсионной среды, дополнительными факторами, характеризующими процесс литья термопластичного шликера и свойства суспензии, являются: температура плавления дисперсионной среды, реологические свойства /вязкость, предел текучести/ и их температурные зависимости, скорость кристаллизации жи кости, литейная способность и изменение объема пру кристаллизации.
Температура плавления зависит в первую очередь от состава временной технологической связки и определяется как температура, сеогветствуюшая площадке или излому на кривой охлаждения пыикера в интервале от 90 до 40°С.
Вязкость шликера зависит от природы временной технологической связки и ее концентрации в системе, температуры, зернового состава и природы дисперсной фазы. Наиболее удобным способом определения реологических свойств тер! опластичных литьевых систем является использование рота [ионных вискозиметров, например ротационного вискозиметра Воларовича с коаксиальными цилиндрами.
Скорость отвердевания шликера определяет его способность заполнять литейную форму в условиях теплоотдачи стенкам. Этот параметр особенно важен при литье высоких и тонкостенных изделий .Скорость отвердевания численно равна отношению изменения вязкости шликера в единицу времени при охлаждении в определенном интервале температур и определяется по формуле»
гг= - у. )	7)’'- Soo,	/3.13/
где 2^ - средняя скорость отвердевания,
4 и^- температуры начала и конца охлаждения, Т - время охлаждения,
вязкости шликера при 2^ и Д .
Температуры^ и выбираются таким образом, чтооы первая превышала температуру кристаллизации на 30 , а вторая - на 5° С.
Скорость отвердевания шликера является относительной характеристикой, т.к. зависит от условий теплоотвода, поэтому она определяется в сопостовимых условиях. Очевидно, что скорость отвердевания будет в значительной степени зависеть от теплопроводности дисперсной фазы, которая изменяется в и!ироких пределах» от 1,25 для плавленого кварца до 218 Вт/мК для оксида бериллия. Средние значения теплопроводности составляют 2-4 Вт/мК. Чем выше теплопроводность твердой фазы, тем выше кристаллизационная способность шликера.
Литейная способность шликера оценивается по высоте заполнения канала стального капилляра диаметром 4 мм при давлении 0,2 МПа, температуре шликера 60 и температуре формы 20°С. Этот показа-тель также относительный и зависит от вязкости и теплофизических свойств шликера. Литейная способность увеличивается с повышением температуры и давления, создаваемого при литье.
Переход в системах Т-Ж от водных к неводкьил дисперсионным суредам значительно меняет адгезионные свойства /табл. 3.3/, снижая степень заполнения дисперсной системы твердой фазой от 0,40 ди 0,26 - 0,39. Высокие степени заполнения при использовании термопластичных связующих в комбинации с ПАВ, особенно с воском, вызваны особенностями распределения связки в такой системе. По мнению П.О.Грибовского в дисперсиях с высоким содержанием твердой фазы в присутствии ПАВ образуются тончайшие пленки сорбированной связки, что обеспечивает высокую подвижность системы и эффективное удаление воздуха. На структуроосразование в рассматриваемых системах указыьььт повышение прочности за отовок по сравнению с
- 53 -
отливками из чистой связки и повышение плотности парафина в тонких слоях с 0,89 до 1,10 г/с№.
Таблица Я. 3
Влияние вида связки на плотность упаковки осадка
клиноэнстатита
исперсионная среда 1 ПАВ	! 0ОТл			I Массовое со- ’ держание ! связки, f>
	!	1 !	!		
Воздух	—	0,292	—
Вода	—	0,401	—
Парафин	—	0,284	44,4
То же	Канифоль	0,263	48,2
	Олеиновая кислота	0,297	43,1
	Касторовое масло	0,300	40,1
н	Бензол	0,313	42,3
	Ацетон	0,313	41,1
	Церезин	0,328	26,7
	Воск	0,296	34,9
/3.14/
Количество ПАВ, необходимое для образования моно- или поли-молекулярного слоя на поверхности дисперсной фазы,определяете” по ф opt iy ле /2.14Л	_ z .	•
где C(iAF5~ массовая концентрация ПАЗ, V5;
S - удельная поверхность дисперсной фазы, - плотность дисперсной фазы, г/см .
С этой целью модно использовать и соотношение :
где 3 - длина молекулы ПАВ, плотность ПАВ, /? - число адсорбированных слоев.
Механизм действия ПАВ в дисперсных системах на основе термо-пластичннх связок связан с молекулярной адсоронией ПАВ на поверхности твердой аазы и ориентированием молекул гидрофильными частями в сторону оксидной поверхности, а гидровосдыми - в сторону ляс-
- 54 -
персионной среда. Направленная ориентация молекул ПАВ улучшает •смачивание поверхности слабополярной жидкостью, способствует образованию более тонких жидкостных прослоек между ними, позволяет уменьшить содержание жидкой фазы, повысить плотность отливок и снизить усадки в обжиге при сохранении высокой текучести шликера.
Обычно введение ПАВ способствует повышению плотности упаковки твердой фазы, поэтому зависимость вязкости дисперсной системы от концентрации ПАВ не однозначна. Текучесть шликера может увеличиваться за счет повышения подвижности дисперсионной среды или уменьшаться за счет увеличения • При постоянном значении вязкость термопластичного шликера с увеличением концентрации ПАВ уменьшается /рис. 3.10/.
Влияние количества дисперсионной среда на вязкость системы близко к наблюдаемому для водных дисперсных систем /рис.3.11/.
рис. 3.10. Влияние добавок ПАВ Рис. З.П. Влияние содержания на вязкость шликера карбида ти- связки на вязкость шликера из тана:	карбида кремния:
I - пальмитиновая кислота>	I - парафин и 7% олеиновой кис-
2	- олеиновая кислота,	лоты, тонкодисперсный Si. С,
3	- стеариновая кислота,	2 - парафин и 15% воска, то же,
4	- пчелиный воск	3 -парафин и 15% воска, тонко-
дисперсный SiC- 60%, 40% зерна 120 мкм
При больших содержаниях дисперсионной среды литейные системы имеют ньютоновский характер течения. Слабая тиксотропия проявляется при уменьшении концентрации связки, одновременно шликер приобретает бингамовский характер течения. Увеличение температуры системы уменьшает этот эффект из-за некоторого увеличения ооъема дисперсионной среда. Одновременно растет усадка отливки»
- -
Гис. 3.13. Зависимость вязкости /1,2/ и литейной способности /3,4/ от дисперсности  клиноэнстатитового /2,4/ И фарфорового /1,3/ порошка
Рйс. 3. 12. Зависимость вязкости /1,3/ и литейной способности /2, клиноэнстатитового шликера с содержанием связки 11,1% /1,2/ и 9,7% /3,4/
Повышение температуры системы и увеличение размера частиц дисперсной фазы сникают- вязкость дисперсии, причем снижение вязкости тем больше, чем меньше содержание временной технологической связки.
Важным технологическим переделом является удаление временной технологической связки. В тех случаях,когда используется однократный обжиг, чтобы избежать деформации изделий, режим термообработки подбирают таким образом, чтобн пластическая прочность заготовки была несколько мыше, чем предельно достигаемые напряжения. В связи с этим следует отметить возможность значительного повышения предела текучести после охлаждения отливки до комнатной температуры и повторном нагреве до температуры литья /примерно в 5 - 20 раз/. Это явление связано с уменьшением расстояния между частицами,с уменьшением объема дисперсионной среды во время о<лаждения.
З.ь. Литейные суспензии других типов
Помимо лигьч заготовок из водных, дисперсионных сред и термопластичных шликерсв в технологии керамики используют методы литья суспензий, дисперсионной средой которых являются растворы полиме-рои в легколетумх органических жидкостях» каучука в бензине, по-л «летя яме такриЛи.та л продел.солозч в а^тове. Используют также *
- 56 -
литьевые суспензии, дисперсионной средой которых является раствор спирта в воде, бензол, толуол, термопластичные связки на основе расплавленного полиэтилена.
Реологические свойства таких систем исследованы в значительно меньшей степени. Известно» что все перечисленные дисперсии обладают бингамовским характером течения и тиксотропными свойствами. При низкой седиментационной устойчивости суспензий обнаруживается дилатансия.
4. РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЛАСТИЧНЫХ МАСС
В настоящее время основные исследования реологических свойств масс, предназначенных для пластического формования, проведены для систем» содержащих значительные количества глинистых компонентов» масс строительной керамики и фарфоро-фаянсовых. Свойства пластичных масс из оксидов и масс о неводными дисперсионными средами изучены в меньшей степени.
Специфические деформационные свойства дисперсий глина - вода определяются коагуляционным взаимодействием между фазами и большой поверхностью раздела фаз,. Согласно представлениям П.А.Ребиндера процесс, образования пластичного керамического полуфабриката с большим содержанием глинистых минералов является продолжением процесса набухания глины в контакте с водой. В результате расклинивающего действия воды от поверхности крупных частиц отделяются мелкие частички с размером 0,01 - 0,1 икм, окруженные прослойками воды. Эти части яки образуют подвижные оболочки вокруг более крупных частиц и определяют основные свойства пластичной массы.
В дисперсиях пластичной консистенции частицы твердой фазы разделены весьма тонкими прослойками жидкости, их взаимодействие определяется тем, что они находятся в положении ближнего энергетического минимума на расстоянии нескольких единиц адсорбированных слоев дисперсионной среды. Рассматриваемые дисперсные системы характеризуются весьма высокими концентрациями твс^дой фазы / более 0,5/, что определяет высокую по сравнению с литьевыми суспензиями прочность, существенную роль эффекта капиллярного стягивания и высокую седиментационную устойчивость.
Для описания деформационного поведения пластичных дисперсных систем используют уравнение Шведова - каксвелла - Кельвина /см./2.21/и рис. 2.8 и 2.II/. Основными деформационными параметрами такой системы являются модули быстрой и замедленной
- 57 -
обратимых деформаций, предельное напряжение сдвига по Шведову и вязкости предельно неразрушенной fa и предельно разрушенной^, структур. Определение этих параметров проводят как описано в разделе 2.3.
В связи о большим числом параметров уравнения/2.2.' /используют критериальные зависимости» эластичность, пластичность по Воларо-вичу, время релаксации и диаграммы развития деформаций по С.П.Ничипоренко.
Весьма эффективным для исследования структурно-механических свойств пластичных формовочных масс оказался тэсой показатель, как пластическая прочность по П.А.Ребиндеру. Пластическую прочность определяют как предельную прочность структуры,при которой происходит нарушение ее сплошности. Экспериментально пеличина Рт пропорциональна котангенсу угла наклона зависимости квадрата глубины погружения конуса в массу под действием нагрузки»
Рп = к Р1г(Р)’\	/4.1/
где Рт - пластическая прочность структуры,
Л - глубина погружения конуса, F - сила, действую пая на конус» /( - постоянная, зависящая от,утла при вершине конуса.
В некоторых случаях использую!' зависимость Кулона - Мора /2.25/или/2.27/ для анализа свойств и формуемости пластичной массы.
При оценке формовочных свойств и выбора оптимальных условий формования исходят из положения о необходимости сохранения сплошности заготовки за счет преимущественного развития замедленных обратимых деформаций или деформации пластического течения при минимальной величине упругих /быстрых обратимых/ деформаций. Управление реологическими свойствами пластичной массы осуществляют, варьируя влажность массы, содержание тонкодисперсного порошка, вводя ПАВ.
Влияние содержания дисперсионной среды. Пластическая прочность керамических масс, модули обратимых видов деформации» вязкости и величины углов внутреннего трения и сцепления с увеличением влажности снижаются по гиперболическому закону /рис. 4.1/. Практически установлено, что оптимальной формовочной влажности соответствует точка пересечения двух прямых, проведенных из областей малом и высокой влажности, йа зависимости пластической •
- 58 -
прочности от влажности / Wo pt/ . Фактически для повышения прочности заготовок после формования используют массы с несколько более высокими значениями и влажностью h/p •
Увеличение количества жидкой фазы в системе приводит к увеличению толщины гидратных. слоев вокруг глинистых частиц, снижению вязкости и предела текучести /рис. 4.1/, хотя относительная доля деформаций этого вида в общей деформации системы уменьшается. Как следствие уменьшается способность массы к сохранению формы заготовки и увеличиваются усадки в сушке и обжиге. При увеличении влажности формовочной массы одновременно с вязкостью и пластичесг кой прочностью снижаются модули быстрой и замедленной’обратимых деформаций^ и Qt . Характер изменения критериев пластичности по Воларовичу, времени релаксации и эластичности зависит от интенсивности уменьшения этих параметров.
Увеличение содержания тонкодисперсных глинистых компонентов или дополнительное введение в массу высокодисперсных глин, например бентонита, увеличивает долю замедленных обратимых деформаций и пластическую прочность системы, одновременно повышаются оптимальная формовочная влажность и усадки в сушке. Эти эффекты связаны с увеличением количества гидратных прослоек в единице объема дисперсной системы, а следовательно, с увеличением их общей толщины. Большая поверхность раздела требует большего количества жидкости для образования контактов между частицами через жидкостную прослойку. Формуемость системы с увеличением содержания тон-кодисперснои составляюще твердой фазы улучшается /рис. 4.2/.
Механизм действия электролитов и ПАВ в пластичных массах не отличается от наблюдаемого в шликерах. При введении электролитов за счет перезарядки поверхности твердой фазы происходит изменение толщины гидратного слоя и количества кинетически свободной жидкости.
Важным фактором, позволяющим в определенной степени регулировать формование изделий, является длительность процесса, т.е. скорость движения массы и время пребывания ее в формующей головке пресса. Если предположить, что оптимальной формуемостью обладают массы с одинаковым развитием всех видов деформации <	=<% ,
то из уравнения /2.2rJможно получить систему двух уравнений относительно времени и напряжения сдвига<
= ZY7-	(^) /г
и подоорать условия таким образом, чтобы:
- 59 -
Рис. 4.1. Влияние содержания жидкости на параметры уравнений /2.2Ь/и/2.2 У/а/ и зависимость пластической прочное ти дисперсии глина - вода от влажности/#/
Рис. 4.2. Изменение характера развития деформаций в пластичнной массе с увеличением содер.кйнмя дисперсионной средн /I/» концентрации полимера /2/ и количества тонко дисперсной части твердой фазы /3/
/= /7-Л)-6>Л'*.
*
Поэтому на быстродействующих прессах могут быть отформованы изделия из масс, имеющих малые замедленные обратимые деформации и значительную деформацию пластического течения.
Быстродействующие поршневые- прессы с короткими формующими головками используются для а.ормования изделий из масс, не qoxcjh жащих глины» заготовок кьроид-кр ялниезкх нагревателе! со связкой па основе 5€кечлитт», корундовой тернопарной ‘соломки из пард/иясо-мисс и заготовок из зернистых ок»’д мзтерпанов с . одними временными технологическими связками.
- 60 -
б. СТРУШРНО-МШНИЧВСКИЕ СВОЙСТВА ПОР

Порошкообразным называют материал» состоящий из множества индивидуальных твердых частиц» имеющих поверхность раздела с газовой или жидкой средой. Понятие порошкообразного тела охватываг-ет все возможные состояния -порошка данного химического состава и распределения частиц по размерам. Порошок может находиться в виде горизонтальных слоев, куч, гранул, орикетоь» быть в состоянии виброомижсния или виброкипения. Для определения статического состояния используют термин^порошковое теле? - т.е. тело, занимающее определенный объем и имеющее опредеда иную плотность упаковку. Форда порошкового тела зависит от условий формирования или формы вмещающей емкоери.
Различают высоко- и грубодисперсные системы, причем высокодисперсные порошки обладают способностью образовывать устойчивые структуры и агрегаты. Сила тяжести в таких порошковых телах уравновешивается прочностью контактов между частицами:
/5.1/
где tn - масса частицы•, d - диаметр частицы , $ - ускорение свободного падения, Ft- прочность единичного контакта.
Если выполняется условие:
порошок может быть отнесен к высокодисперсным.
Вое виды деформаций, возникающие в порошковых телах,могут быть разделены на три группы:
I - микроскопические деформации, вызванные локальными деформациями частиц,в эонах контактов без взаимного перемещения частиц ж изменения структуры порошкового тела. Этот вид деформаций возникает при прессовании в ооласти низких давлений, когда количество и взаимное расположение контактов еще не меняется.
2 - структурные деформации, связанные с взаимным перемещением частиц, агрегатов или отдельных объемов порошкового тела и сопровождающиеся разрывали сплошности /течение порошка из бункера, засыпание прессформы/.
3 - движение частиц в свободно дискретном потоке: ссыпание по желобу, виброкипение, псевдоожижение. Тело в этом случае не
61 -
имеет разрывов сплошности, а контакты между частина’ди носят динамический характер.
Первый вид деформации является начальным этапом при структурной деформации порошка и характерен для низких уровней напряжений. Структурные деформации носят макроскопическ"й хаоактер и являются основными при всех видах теснологической переработки порошков.
Структурные деформации модно разделить на уплотнение, разрыхление и течение. Уплотнение происходит пре прессовании брикета, под действием силы тяжести вышележащих слоев порошке или других внешних сил. Порошки разрыхляются при аэрации, помоле и дезагрегации. Течение /сдвиговое деформирование/ происходит по с тле ль*'нм поверхностям скольжения или при скашиванчи значительного сл т порошкообразного тела без нарушения сплошности. Течение может сопровождаться как уплотнением, так и разрыхлением материала. Возможна сдвиговая деформация порошкового тела, сопровождающаяся нарушением его сплошности и образованием новых поверхностей раздела фаз. В этом сдучае плотность порошкового тела всегда уменьшатся.
Обычно плотность упаковки частиц в порошковом теле меньше предельной, потому сопротивление деформации обеспечивается силами трения и аутогезии /сцеплением соприкасавшиеся частиц/, препятствующей их разъединению. При разрушении под действием растягивающих напряжений срочность порошкового тепа равна произведению прочности индивидуального контакта между частицами на числе контактов в единице объема»
O^CJp=F,n,	/5.2/
где - предел прочности при растяжении, /2 - число контактов в единичном объеме.
Показатель /2 зависит от распределения частиц по размерам и плотности упаковки порошка.
При сжатии в замкнутом объеме /торошковсе тело сопротивляется сжатию и уплотнению и.проявляет структурную прочность, связанную с прочностью самг-Х частиц.- Эта структурная прочность проявляется при прессовании на-заключительных стадиях, когда плотность.порош* нового тела близка к предельной, особенно в случае грубодисперс-ннх поро ков.
Реологический подход к рассмотрению де^юрмадии порошкообразных тел используется ограниченно. Применяют модель Кулона - Мора /см. уравнение/2.27/ или Пведова— Максвелла - Кельвина /уравнение/?. 2с/. При анализе при-;полагается, что ниже некоторого пре
дельного цедряжеадя порошкообразное тело является упругим, а выше - упруго-вязко-пластичным.
Процесс уплотнения порошков при полусухом прессовании описывается уравнением Бережного:
где /7 и - пористость и плотность прессовки» Р - давление прессования,
О* Qp и константы» иля уравнением Берниковского *
, *- CW -Ср,о^»)£)р/-аРУ-
где Jh hJDcw - плотность порошка в свободном и сжатом оос-
J ТмЯНШ*.»
Jim ~ исходная и предельная плотности заготовок Л> р - рмадрцческие постоянные.
Уравнение/5.4/описывает плотность и пористость заготовки после извлечения ее из прессдсормы.а уравнение /5.5/- в состоянии сжатия в пресс-форме.
Зависимости/5.3/- /5.5/являются пэлуэмпирическими, но удовлетворительно описывают состояние порошкообразной оиотемн в широком интервале давлений £ достаточно ныдаьяы для расчетов оборудования и решения технологических задач» связанных с прессованием порошкообразных материалов.
Зависимость плотности отпресоованшх заготовок от времени воздействия нагрузки описывается уравнением
,	/5.6/
где /$и По - пористости прессовок, достигаемые с выдержкой и сев нее, /7и & - постоянные.
6? ВаЗОКОЙ12РАТУРНАЯ ползучесть керамики
Ползучестью называют необратимую деформацию керамического материала, развивающуюся под действием напряжений, меньших чем предел прочности. Этот вид дедюрмации керамики возникает в условия* воздействия высоких температур и является термически активи-т,ечным процессом, т.е. скорость ползучести увеличивается с рос-
- 63 -
том температуры.
Различают четыре стадии процесса ползучести /рис. 6.1/» упругая деформация кзремического мат? риала, ползучесть с затухающей скоростью /замедленная ползучесть/, ползучесть с постоянной скоростью /стадия установившейся лолзучеити/j кратковременная ползучесть /разрупение/.
наибольший интерес для исследования илуибы керамических материалов представляет стадия ползучести 6 постоянной скоростью. Деформация в этот период времени происходит бев нарушения сплошности материала благодаря перемещению точечные дефектов, лислока-
в зависимости от времени при постоянной температуре и напряжении
рыд керамических материалов» I - корунд» 2 - оксид магния। 3 - муллит» 2 - диоксид цир^ конкя /д' =1,3 МПа'
ее
цяй или границ зорен.
Для описания деформации или шейся ползучести используют уравнения/2.20/, уравнение/6.1/или эмпирические зависимости«скорости'ползуиести от обратной температуры при постоянном напряжении или скорости ползучести от напряжения при постоянной температуре»
скорости на стадии установиэ-
/6.1/
где &
с. - /» Ох	<-/ п ' J )
-	действующее напряжение
-	энергия активации процесса,
-	температура,
-	универсальная тазовая постоянная и константы
- 64 -
Перегибы на указанных зависимостях и изменение параметров уравнения/6.1/указывают на изменение механизма ползучести керамики,
7. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДОВ «ИЗИКО-ХИЧИЧЕС ЮЙ МШИИКИ да ПОДБОРА ОПТИМАЛЬНЫХ СВОЙСТВ КЕРАМИЧЕСКИХ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ
Как указывалось ранее аналитическое решение задачи о деформировании дисперсной системы в настоящее время невозможно. Поэтому Подбор рациональных составов и свойств формовочных керамических масс проводится о помощью методов физико-химической механьки на основания изучения их деформационного поведения.
Сущность этих методов закачается в эмпирическом подборе условий оптимального проведения технологического процесса, последующем измерении реологических параметров системы на всех технологических переделах и определении оптимальных их значений, затем при изменении режима формоъАчвд или рецепта массы подбор оптимальных условий форнования осуществляют изменением содержания дисперсионной среды» дисперсности твердой фазы, введением ПАВ или электролитов. Причем эти-факторы варьируют целенаправленно, стремясь получить систему со свойствами, близкими к реологическим свойствам первоначальной массы, и используя известные зависимости соответствующих реологических параметров от состава и дисперсности.
1асой метод был использован для регулирования свойств эмалевого лликера. Предварительными экспериментами было установлено, что иаилучшим является шликер о вязкостью а пределом текучести Р* . Зсли свойства нового шликера отличаются от оптимальных / /?' и ^z/, то для их регулирования можно разбавить шликер водой, что соответствует перемещению по прямой I /рис,. 7.1/, или ввести электролит - прямая 2. Введение электролита увеличивает предел текучести и снижает вязкость системы, добавление новой порции шликера позволяет увеличить вязкость при незначительном уменьшении Р* . Нрииенгя эти операции последовательно, можно получить эмалевый шликер с оптимальными свойствами.
При анализе работы фарфоровых заводов было установлено, что параметры уравнения/2.23/для массы, находящейся на разных технологических переделах, изменяются закономерно. Резкое изменение свойств пластичной массы на стадии переработки коржа в глиномялке не соответствует монотонному изменению этих параметров на доугих стадиях, что позволило исключить этот технологический передел /рис. 7.2/.
- 65
Рис. 7.г. Изменение реологичось.lx.свойств фарфоровой массы
на разных стадиях переработки:
I - фильтр-прессование; 2 - обработка в глиномялке;
3 - обработка на вакуушом прессе;
4 - форкова-иэ пласта;.
5 - цюр^ование изделий раскаткой
Рис. 7.1. Изменение свойств емалевого шликера в процессе ре ту.дарования м
I - разбавление водой» 2‘- введение электролита
- 66 -
Рекомендуемая литература
I*. Кр^глицкий Н.Н. Основы физико-химической мехэчики. - Киев» Вита скола, 1975, ч. 1| 1976, ч. 2.
2.	Рейнер М. Деформация и течение. -М.х Изд-во нефтегав. лит-ры»’ 1963.
3.	Урьев Н.Б. Высококонцентрированные дисперсные системы. - М. i Хшлая, 1980.
4.	Ничипоренко С.П, Физико-химическая механика дисперсных структур в технологии строительной керамики, - Киев: Неуковс думка, 1968.
5.	Фадеева В.С. Формуемость пластичных дисперсных масс. - М.х Госстрэйиздат, 1961.
6.	Пдвинский Ю.Е., Ромашин А.Г. Кварцевая керамика. - М. i Металлургия» 1974.
7.	Добровольский А.Г. ШликернЬе литье; - М. х Металлургия, 1977.
8.	Грибовский О.П. Горячее литье керамических изделий.' - М.х ♦
Госэнергоиздат, 1961.
9.	Пивинский Ю.Е. Огнеупоры, 1982, >6, 0,49-60;
Ю.Пивинский Ю.Е. Огнеупоры, 1982, >11, с.50-58.
II	.Андрианов Е.И. Методы определения структурно-механических характеристик порошковых материалов. - М.х Химия, 1982.
12	.Попильский Р.Я., Пивинский Ю.Е. Прессование порошковых керамических масс. - М.х Металлургия, 1983.
13	.Гончаров С;И., Казанов Ю.К. Стекло и керамика, 1983, >4, с.12-13.
14	.Комская М.С.,‘Ничипоренко С.П. Стекло и керамика, 1962, >4» с.23-26. »
15	.Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. - М.х Химия, 1982.
- 67 -
СОДЕРЖАНИЕ
I.	Введение................................................3
1.1.	Керамический полуфабрикат гаг дисперсна.” система..<5
1.2.	Строение дисперсных систем. Основные соотношения и фазовые характеристики..................................6
2.	Реологические метод:! оксинг.. деформационного поведения
ч дисперсных систем....................................     9
2.1.	Реологические модели тех..........................II
2.2.	Методы элспериыентально! • определения деформационных свойств длспэрсг?*х систем...........................  20
2.3.	Применение реологических моделей для опупения деформационного поседения некоторых систем....................24
2.4.	Деформационное поведение неидеальных тел в условиях объемно-напряхочного состояния.......................  28
2.5.	Деформмрсэдниь дисперсных систем в динамических условиях...................... .........................30
3.	Реологические свойства литейных керамических суспензий..34
3.1.	Требования	к	суспензиям	г ля	литья..........34
3.2.	Реологические	свойства	литейных	суспензий.........35
3.3.	Влияние основных факторов на свойства литейных суспензий............................................  39
3.4.	Влияние сорбционных процессов на реологические свойстве суспензий.....................................45
3.5.	Дисперсные системы	на	основе	термопластичных
дисперсионных сред................................50
3.6.	Литейные суспензии	других	типов.................  55
- 68 -
4.	Реологичаскме свойства пластичных масс....................
5.	Структурно-механические свойства порошков.................
6.	Высокотекяера'.урии ползучесть керамики.'.................
7.	Использование методов физико-химической механики для подбора оптимальных свойств керамических дисперсных систем.......................................................
8.	Литература.................................................
8 2 Й 8 8
Св. план 1983, поз. 12
Виктор Львович Балкевич
Юрий Михайлович Мосин
Реологические свойства керамических масс
Редактор С. С. Микулко
Л 60189 Подписано в печать 2.03.84. г. Формат 60X84 1/16. Бумага типо графская. Ус л. исч л. 4,25. Уч.-изд. л 4,25. Тираж 300 экз. Заказ 423 Цена 20 коп.
Типография МХТИ им Д И Аенделеева, Миусская пл., д. 9