Кварцевая керамика - Пивинский Ю.Е.
Скачать (прямая ссылка):
При поставке данных исследований1 предполагали, что, используя высококонцентрированные суспензии, представится возможным получить пеномассы с низкой влажностью, с малыми объемными изменениями при сушке, высокой плотностью упаковки твердой фазы в Каркасе и, как следствие, пенокерамику с малыми усадками при спекании. Структура при этом в зависимости от предъявляемых требований, может быть как со спекшимся каркасом (пустотно-спекшаяся), так и не имеющая спекшегося каркаса.
В качестве пенообразователя использовалась клее-канифольная эмульсия. Кратность выхода пены па составляла, как правило, 20 (плотность пены 0,05 г/см3). С целью увеличения устойчивости пены изучены добавки метилцеллюлозы и аэросила, вводимые в расчете 0,5 и 1,0% на массу эмульсии. Одним из показателей устойчивости пены Уп является [149] время, за которое высота столба пены убывает в два раза. Из рис. 76, где показана кинетика разрушения пены как исходной, так и с добавками- стабилизаторов, следует что Уп повышается в 3,5 раза при добавке 1,0% аэросила и в 4,7 раза—при добавке 1,0% метилцеллюлозы. Указанный эффект достигается за счет существенного увеличения реологических характеристик (предела текучести и структурной вязкости) пены. Как видно из рис. 77, где показана зависимость вязкости от напряжения сдвига как для исходной, так и для пен с добавкой метилцеллюлозы, последняя приводит к резкому росту т). Полная реологическая кривая пены (без добавок) показана на рис. 78. Исходная пена характеризуется как твердообразная дисперсная система с отчетливо выраженным пределом текучести и тиксотропным характером течения.
1 Исследования проведены автором совместно с Р. Г. Макарен-ковой.
152
На том же рисунке показано реологическое поведение исходной суспензии кварцевого стекла и .пеномассы. Суспензия обладает сравнительно низкой вязкостью и ньютоновским характером течения, а пеномасса существенным пределом текучести (значительно большим, чем у исходной пены) и резко выраженной тиксотропией.
Ха-
I
1
—1- г7 Г) 2 \ V3 •
1 1
-\
7 1
0 40 80 120 150 т,мин
с; с?-
\ 3
- \
2
--¦ э-
65 130 195 Р,дин-см~г
Раис. 76. Кинетика разрушения пены: исходной (/), с добавкой 1% аэросила (2) и с добавкой 1% метилцеллюлозы (3)
Рис. 77. Зависимость вязкости от налряження сдвига для пены: / — исходной: 2-е добавкой 0.5% метилцеллюлозы; 3—1% метилцеллюлозы
рактерно, что при определении свойств на ротационном вискозиметре методом обратного приложения нагрузки отмечается гистерезис вязкости, обусловленный частичным разрушением структуры пеномассы. Увеличение прочности (а соответственно и устойчивости) пеномассы по сравнению с исходной пеной обусловлено образованием пространственного коагуляционного каркаса и повышением структурно механических свойств самих жидких прослоек пены в результате их бронирования частицами дисперсной фазы.
-При изучении влияния зернового состава исходных суспензий на свойства пеномассы и материала установлено, что крупнодисперсные суспензии приводят к получению неустойчивых (расслаивающихся) пеномасс. Лучшие результаты достигаются на суспензиях со средним
153
зерновым составом (2—5% частиц>50 мкм 30—35% до 5 мкм). Оптимальными же свойствами обладали пено-массы, полученные из тонкодисперсных суспензий (зерновой состав — кривая 2, рис. 75), полученных при использовании корундовых мелющих тел.
В отличие от условий получения пеномасс из многих видов керамики, где лучшим считается рН в пределах
2,5—5,0 в данном случае оптимальным оказалось значение рН, равной 1,0—2,0, Для этого суспензия с исходным значением рН, равным 3—4, подкислялась соляной кислотой. Пониженное значение рН в данном случае обусловлено, видимо, повышенной концентрацией суспензий. Так, объемное содержание воды в суспензиях с оптимальными свойствами было в 2,5—3 раза меньшим по сравнению с обычно применяемым [164]. При смешивании суспензии с пеной рН пеномассы повышался до 5— 6, что обусловлено щелочностью пенообразователя.
Результаты исследований по влиянию плотности (влажности) двух видов исходных суспензий на основные характеристики пеномасс и пенокерамики показаны на рис. 79, 80. При этом исходные пены применялись без добавки стабилизатора (рис. 79) и с добавкой 0,5% ме-тилцеллюлозы (рис. 80). Как следует из рис. 79, для. случая тонкодисперсных исходных суспензий и нестабили-зированных пен максимальные значения прочности Рь, и минимальные значения плотности пеномассы достигают-
154
ся в интервале рс = 1,75-=-1,85 и 1,70^-1,80 г/см3 соответственно. Максимальная кратность пеномассы плм при значениях рс= 1,75-=-1,80г/см3повышается доб. Значения вязкости даже для разрушенной структуры пеномассы (кривая 6) значительно выше вязкости суспензии при
240
7
$.160
I
о
09
0,7
05
04
0.3
0.2
031 0.1
і--- » 9
/ /2 (
4 У V
16 г 24т 75
с; ' с?-
7,2
1,65 1,70 1,75 - 1,80 1,85 190
27,8 24,5 21,4 18,5 /57 Ц2 К%
Рис. 79. Зависимость параметров пеном.аосы и пенокерамики от плотности (влажности) исходной суспензии кварцевого стекла:
