Содержание к диссертации
Введение
Обзор литературы 8
1.1. Физические и химические свойства диоксида олова 8
1.2. Технологические основы, производства керамики из диоксида олова 11
1.2.1. Свойства сырьевых материалов и их подготовка. Формование керамики
1.2.2. Процесс обжига керамики на основе диоксида олова 14
1.3. Общие сведения о свойствах и областях применения керамики из диоксида олова 17
1.3.1. Электропроводность керамики 17
1.3.2. Коррозионная устойчивость керамики и ее поведение в контакте со стекломассой 19
1.3.3. Области применения керамики 21
1.4. Физико-химические основы шликерного литья непластичных материалов 25
1.5. Шликерное литье керамики из диоксида олова 42
1.6. Выводы и обоснование направления исследований
Экспериментальная часть 49
2.1. Объекты и. методы исследований 49
2.1.1. Исходные материалы и их подготовка 49
2.1.2. Подготовка образцов для исследований 50
2.1.3. Методы исследования 53
2.2. Исследование вязкости и. некоторых реологических свойств суспензий диоксида олова 56
2.2.1. Суспензии с электролитами Л/QOH , МОИ , HCt
2.2.2. Суспензии с добавкой л/о-КОД и жидкого стекла 74
2.2.3. Суспензии с. комбинированной добавкой 88
Выводы к разделу 2.2 99
2.3. Технологические свойства отливок из диоксида олова 102
2.3.1. Суспензии с жидким стеклом 102
2.3.2. Суспензии с /yfo-КМЦ 108
2.3.3. Суспензии с комплексной добавкой 108
Выводы к разделу 2.3 116
3. Разработка промышленной технологии шликерного литья изделий из диоксида олова 117
3.1. Подбор оптимальных составов шликеров 117
3.2. Изготовление опытных партий изделий 119
3.3. Свойства керамики из диоксида олова 128
Выводы к главе 3 146
4. Внедрение результатов работы в промышленности 148
5. Заключение. Общие выводы 152
6. Литература 155
7. Приложения 168
- Свойства сырьевых материалов и их подготовка. Формование керамики
- Физико-химические основы шликерного литья непластичных материалов
- Исследование вязкости и. некоторых реологических свойств суспензий диоксида олова
- Изготовление опытных партий изделий
Введение к работе
Актуальность проблемы. Керамика на основе диоксида олова обладает комплексом уникальных свойств: высокой электропроводностью и стеклоустойчивостью, минимальной склонностью к образованию мошки, пузырей и загрязнению стекломассы. Это позволяет с успехом использовать ее в качестве коррозионноетонкого материала в различных устройствах для варки стекла и в качестве электродного материала при электроварке различных типов стекол.
Широкое использование диоксида олова как электродного и огнеупорного материала сдерживается отсутствием промышленной технологии производства на его основе сложных фасонных изделий. Одним из перспективных способов формования такого типа керамики является шликерное литье. Однако в СССР сведения о промышленной технологии производства огнеупорных изделий из диоксида олова этим методом практически отсутствуют.
Это обстоятельство вызвало необходимость проведения систематических исследований свойств суспензий диоксида олова и разработки технологии производства керамики на его основе методом шликерно-го литья. Изучение комплекса свойств материала, полученного этим методом, дает возможность расширить области его применения и прогнозировать его поведение в различных условиях эксплуатации.
Данная работа выполнена в соответствии с отраслевой научно-технической проблемой 2.16.03.01 на І98Ї-І985 гг. по Минстройматериа-лов СССР "Разработать технологию и организовать производство керамических электродов для электрической варки хрусталя".
Цель работы. Разработка составов и промышленной технологии изготовления керамики на основе диоксида олова методом шликерного литья. Определение физико-технических свойств полученной керамики.
Установлены количественные зависимости технологических свойств отливок (скорости набора, прочности в сырце, пористости и плотности, усадки при. обжиге) от содержания твердой фазы, а также концентрации жидкого стекла и //о -КМЦ при их раздельном и совместном введении.
Практическая ценность. Разработаны составы высококонцентрированных шликеров диоксида олова и промышленная технология изготовления: изделий различных форм и размеров методом шликерного литья. Это позволяет значительно расширить области использования керамики из диоксида олова в стекольной промышленности, в частности, в качестве деталей стеклоприпаса для варки различных типов стекол, а также цилиндрических электродов для электроварки и электроподогрева стекломассы.
Определен комплекс физико-технических свойств полученной керамики из диоксида олова, который дает возможность прогнозировать ее поведение в различных условиях эксплуатации.
Реализация работы в промышленности. Технология шликерного литья из "сырого" необработанного диоксида олова внедрена на Опытном заводе Гусевского филиала ГИС.
Результаты работы, использованы в проекте цеха по производству оксиднооловянной керамики мощностью 30 т/год. В соответствии с разработанной технологией в период 1978-1984 гг. изготовлены и поставлены предприятиям стекольной промышленности партии изделий из диоксида олова различного назначения: крупногабаритные электроды для электроварки стекла длиной 800 мм и. диаметром 80 мм, электроды для электроподогрева стекломассы, тигли, чехлы для термопар, трубы, очко и другие детали стеклоприпаса.
Производственные испытания этих изделий проведены на ряде заводов отрасли (ОСЗ филиала ГИС, Гусевском стеклозаводе им.Дзержинского, стеклозаводе "Красный Факел", НПО "Радон").
Апробация работы. Материалы диссертации доложены на УІ и УП научно-технических конференциях сотрудников и молодых специалистов Гусевского филиала ГИС (г.Гусь-Хрустальный, 1978 г., 1982 г.), УШ Всесоюзной конференции "Конструкция и технология получения изделий из неметаллических материалов" (г.Обнинск, 1982 г.), межотраслевом семинаре "Огнеупорные материалы для оптического стекловарения (г.Мосі ва, 1983 г.). Результаты работы опубликованы в б статьях и защищены I авторским свидетельством.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложена на 187 страницах машинописного текста, содержит 24 таблицы, 34 рисунка, перечень использованной литературы из 145 наименований и приложения.
Свойства сырьевых материалов и их подготовка. Формование керамики
Огнеупорный припас из диоксида олова изготовляют методами обычной керамической технологии, наиболее распространенными из которых являются полусухое и изостатическое прессование. Способ изготовления оказывает существенное влияние на эксплуатационные характеристики керамики из диоксида олова, что подтверждается данными, приведенными в работах (3,19-22). Кроме этого, на свойства ог-неупора определенное влияние оказывают и другие факторы технологического процесса производства: подготовка сырьевых материалов, массовый и зерновой состав шихты, термическая обработка и т.п. (2). Некоторые из них рассматриваются в данной главе.
Исходным сырьем для получения огнеупорной керамики является порошок ShOz с высокой степенью чистоты. Диоксид олова, выпускаемый отечественной промышленностью (так же как и. за рубежом), представляет собой высокодисперсный материал, средний размер зерна которого колеблется в пределах от 0,5 до 5 мкм (1,2,21,23-25). Образцы оксиднооловянных огнеупоров, получаемые из этого сырья, имеют высокие показатели керамических свойств, в частности кажущейся плотности, которая достигает в отдельных случаях 6,6-6,8 г/см3 (18, 51,57). Однако необходимо отметить, что при одинаковом химическом составе наблюдаются колебания свойств диоксида олова, например насыпной массы и плотности, удельной поверхности порошков, склонности к агрегации, спекаемости, а также диффузионной подвижности ионов при высоких температурах (20,60). Авторы (60) предполагают, что причиной нестабильности свойств материала является образование нес-техиометричного Sn02-x , получаемого при обжиге гидроксидов олова. Это является основной причиной недостаточной воспроизводимости результатов по свойствам керамики из диоксида олова, приводимых в различных работах.
С целью повышения термостойкости керамики, а также снижения усадки в процессе спекания зерновой состав масс на основе исходного сырья часто регулируют добавлением предварительно обожженного порошка диоксида олова (19,26,27). При этом наблюдается снижение плотности изделий и повышение их пористости. Например, как отмечено в работе (19), при введении в состав масс зернистого наполнителя фракции 0,5 - 1,5 мм в количестве до 70 кажущаяся плотность обожженного материала из диоксида олова составляет 5,56--5,76 г/см3, открытая пористость - ІЗ,5-17,5%, предел прочности при изгибе - 23,5-37,0 МПа. Уменьшение плотности материала ведет к снижению стеклоустойчивости керамики (20,28). Однако в случае использования: предварительно обожженного и вибромолотого материала, содержащего 56-67% фракции, мельче 5 мкм, возможно получение достаточіно плотной керамики (открытая пористость 1,5-4?, кажущаяся плотность - 5,97-6,27 г/см3, предел прочности при иагибе 75,0--90,0 МПа) (29).
Таким образом, в качестве исходного сырья для производства керамики применяют как "сырой", необработанный, так и предварительно обожженный и измельченный порошок диоксида олова. Однако последнее или снижает керамические показатели изделий, или. значительно усложняет и удорожает технологию их производства, поэтому такие массы наиболее часто используются для получения специальной, в частности, термостойкой технической керамики.
Выбор метода формования огнеупоров зависит, главным образом от формы, габаритов и требуемой точности размеров изделий. В отдельных случаях способ изготовления определяется экономическими соображениями (масштабом производства, стоимостью сырья, трудоемкостью и т.п.).
Особенностью диоксида олова как огнеупорного сырья является его высокая дисперсность и отсутствие пластичности. Поэтому прессование изделий без введения временных связок затруднено, а водное литье в гипсовые формы требует специальных мер для разжижения и стабилизации суспензии тонкодисперсного и высокоплотного порошка диоксида олова. Тем не менее различные методы прессования (полусухое и изостатическое) наиболее широко применяются в отечественной и зарубежной практике для изготовления оксиднооловянного припаса (30-33). В последнее время возрос интерес, к шликерному литью керамики (21,34-36). Кроме перечисленных выше основных методов изготовления в литературе имеются сведения об использовании пластического формования (35) и применении виброуплотнения в производстве изделий на основе обожженного диоксида олова (20,37).
Метод полусухого прессования чистых оксидов широко применяется для изготовления изделий простой геометрической формы, т.к. он обеспечивает их минимальные усадку и отклонение от заданных размеров и формы. Однако этот способ не дает равномерного уплотнения массы при изготовлении изделий, размеры которых в направлении приложения усилия прессования больше поперечных, например, цилиндрических, длинномерных, в том числе крупногабаритных, а также труб, тиглей.
Для изготовления перечисленных типов керамики используют метод, изостатического прессования, который основан на равномерном обжиме порошка, находящегося в резиновых или других эластичных оболочках. Этот метод успешно применяют за рубежом для изготовления крупногабаритных, а также сложной формы электродов из диоксида олова (33,34,38). В СССР использование изостатического прессования в промышленности, ограничено из-за сложности, и высокой стоимости оборудования (22,39). Следует отметить, что указанный способ формования обычно применяют при серийном производстве крупногабаритных огнеупоров, где затраты на дорогостоящее оборудование окупаются сравнительно быстро. Однако он экономически не оправдан для производства керамики особо сложного профиля, с часто меняющимся ассортиментом, а также мелкоштучных и выпускаемых небольшими партиями изделий.
Физико-химические основы шликерного литья непластичных материалов
Шликерное литье является индивидуальным методом формования, требующим подбора состава дисперсионной среды, определенной подготовки дисперсной фазы, способа приготовления шликера для каждого конкретного оксида. Это связано с различным характером физико-химических процессов, протекающих между дисперсной и дисперсионной фазами литьевых суспензий (96).
Суспензии из чистых оксидов (или шликера, как их принято называть в промышленности) представляют собой дисперсные системы. Образование шликеров сопровождается протеканием адсорбционных процессов, обусловливающих строение и свойства поверхностных слоев дисперсной фазы. При этом характер действующих в шликере сил зависит от типа адсорбции (молекулярной или ионной) и определяется составом адсорбированных поверхностных слоев на частицах (96,97). Адсорбция ионов из дисперсионной среды на поверхности дисперсной фазы связана с образованием двойного электрического слоя (ДЭС). При этом ДЭС возникает, например, в результате избирательной адсорбции одного из ионов электролитов, находящегося в растворе, на поверхности частицы дисперсной фазы. Образование ДЭС может происходить также за счет поверхностной диссоциации вещества твердой фазы и перехода заряженных компонентов из одной фазы в другую.
Согласно современным представлениям (96,98-100), ДЭС включает слой потенциалопределяющих ионов на поверхности частицы, прочно связанный с ней, и прилегающий слой противоионов. В свою очередь, слой противоионов состоит из адсорбционного слоя, находящегося в непосредственной близости к межфазной поверхности, и связанного силами электростатического притяжения диффузионного слоя, зависящего от теплового движения ионов ; толщина последнего слоя определяется свойствами и. составом дисперсной системы.
На поверхности оксидов, находящихся в растворе, потенциал -определяющими ионами ДЭС,в зависимости от рН среды, являются ионы Н+ или ОН". В результате преобладающей адсорбции этих ионов поверхность оксида приобретает соответствующий заряд, причем знак заряда в той или иной области рН зависит от кислотно-основных свойств оксидов (99,100).
Адсорбция электролитов на последующих стадиях после образования ДЭС представляет собой обменную адсорбцию, при которой дисперсная фаза адсорбирует из раствора путем обмена определенные ионы; при этом в обмене участвуют, в основном, ионы наружной обкладки ДЭС (противоионы). Внутренняя обкладка существенно изменяется лишь в растворах потенциалопределяющих ионов. Обменная адсорбция зависит от природы дисперсной и дисперсионной фаз, т.е. природы адсорбируемых ионов и имеющегося на частицах ДЭС. В водных суспензиях оксидов обмен ионов часто сопровождается изменением рН среды, а обмениваемым ионом является Н+ или ОН". При этом, если оксид обладает значительными кислотными, свойствами, его поверхность заряжена отрицательно, то при обменной адсорбции он способен обменивать с дисперсионной средой катионы. Если оксид имеет, значительные основные свойства, его поверхность заряжена положительно, то он может, обменивать с дисперсионной средой анион (96,99).
В случае амфотерного оксида знак и величина заряда его поверхности определяется значением рН среды. Например, оксид алюминия в кислой среде имеет положительно заряженную поверхность, а в щелочной - отрицательную, в результате он обладает свойством адсорбировать как катионы, так и анионы, в зависимости от рН среды (96). В этом случае возможна перезарядка частиц, когда сильно адсорбирующиеся ионы, заряд которых противоположен заряду дисперсной фазы, не только способны полностью скомпенсировать поверхностный потенциал частицы, но и создать избыточный заряд со знаком заряда про-тивоионов. При этом происходит смена противоионов в диффузном слое на ионы с зарядом другого знака.
На практике для дисперсных систем в качестве характеристики ДЗС на поверхности частицы используют дзета ( / ) - потенциал, который является частью общего, т.е. термодинамического ( / ) потенциала. При этом,если if - потенциал представляет собой падение потенциала между твердой и жидкой фазами, т.е. во всем ДЭС, то / -потенциал - это падение потенциала в диффузной части. Этот потенциал обнаруживается при относительном перемещении фаз и возникает на плоскости скольжения при отрыве части диффузного слоя (независимо от причин, вызвавших, перемещение фаз). В общем виде / - потенциал определяется природой и свойствами контактирующих фаз. На величину } - потенциала значительное влияние оказывает рН дисперсионной среды вследствие высокой адсорбционной способности ионов Н и ОН". Особое значение приобретает рН среды для амфотер-ных оксидов: в этом случае при изменении рН среды может происходить перезарядка частиц.
Поверхностные явления, в частности, образование ДЭС в случае адсорбции электролитов или сольватация в случае адсорбции неэлектролитов (нейтральных молекул), и свойства граничного слоя определяют такие характеристики дисперсных систем как устойчивость, вязкость и структурно-механические свойства. Устойчивость - одно из основных свойств дисперсных систем -определяется постоянством во времени таких параметров как: дисперсность и равновесное распределение дисперсной фазы в среде (100). Понятие о различных видах устойчивости - седиментационной (кинетической) и агрегативной - было введено Н.П.Песковым (98,99).
Седиментационная устойчивость связана с оседанием твердой фазы под действием силы тяжести и зависит, главным образом, от размера и концентрации частиц, разности плотностей материала и дисперсионной среды. Известный закон Стокса (96,101) устанавливает зависимость скорости осаждения твердых частиц в жидкой среде. Однако в реальных дисперсных системах он чаще всего не соблюдается вследствие того, что при осаждении частиц возможно их столкновение, нарушающее естественный ход осаждения. Кроме того частицы имеют различную дисперсность и, следовательно, неодинаковую скорость осаждения. При этом на седиментацию малых частиц влияет процесс сольватации, изменяющий их эффективный размер.
Исследование вязкости и. некоторых реологических свойств суспензий диоксида олова
В кислой среде скорость набора изменяется в пределах от 1,5 до 4,8 мм/мин, а при переходе в щелочную область - резко снижается в среднем до ОД мм/мин. Соответственно уменьшается открытая пористость и увеличивается кажущаяся плотность отливок. Из шликеров с оптимальными значениями рН в кислой и щелочной средах получены опытные образцы, открытая пористость которых равна I,5-4,0 , кажущаяся плотность 5,97-6,27 г/см3 и предел прочности при изгибе 75-90 Ша. Однако, по мнению авторов, щелочные шликера из предварительно обожженного диоксида олова для литья толстостенных изделий использовать нецелесообразно ввиду малой скорости набора отливок.
Исследование возможности получения шликеров из "сырого" необожженного порошка диоксида олова проведено в работе (21). Авторы изучили текучесть и плотность литейных масс на основе Sn02 с влажностью 30 при введении в дисперсионную среду щелочных разжи-жителей: растворов метафосфата натрия, декстрина, альгината натрия и карбоксилметилцеллюлозы (КОД). Среди апробированных дефлокулян-ТОЕ, по мнению авторов, лучшие результаты получены при использовании раствора КМЦ; при этом максимальной текучестью и плотностью характеризуются шликера с концентрацией КМЦ, равной 0,3 (масс, сод.). В качестве опытных образцов получены тигли емкостью 1000 см3 с кажущейся плотностью, равной 6,76-6,70 г/см3, открытой пористостью 2,90-4,28.
Таким образом, как следует из анализа литературных данных, в качестве исходного материала для получения шликеров используют как "сырой" (необожженный), так и предварительно обожженный и измельченный порошок диоксида олова. В качестве дефлокулянтов для суспензий апробированы водные растворы мета-и полифосфата натрия в сочетании с л/НуОН , КМЦ, полифосфата кальция в сочетании с жидким стеклом. При этом вид и количество вводимых дефлокулянтов оказывают, значительное влияние на качественные показатели шликеров из. диоксида олова.
Более подробно исследованы свойства суспензий из обожженного и вибромолотого порошка диоксида олова в зависимости от рН среды, зернового состава, а также определено влияние этих факторов на свойства отливок.
Однако свойства суспензий из исходного необожженного порошка $ пОг практически не изучены. В литературе имеются лишь отрывочные сведения о влиянии отдельных факторов на свойства шликеров и опытных образцов из них (20,21,35). В то же время использование "сырого" необожженного порошка диоксида олова для изготовления изделий позволяет исключить трудоемкие и энергоемкие операции: предварительное смешение, формование, высокотемпературный обжиг и последующее тонкое измельчение материала, а в ряде случаев и его кислотную обработку для удаления намола.
В связи с этим проблема комплексного изучения свойств суспензий и выбор составов шликерных масс на основе "сырого", необработанного порошка диоксида олова, изучение технологических свойств отливок, а также разработка технологии промышленного изготовления керамики является перспективной и актуальной. Кроме того, исследование поведения суспензий из диоксида олова внесет определенный вклад в изучение шликерного литья чистых оксидов.
Анализ литературных данных о свойствах керамики из диоксида олова, технологии изготовления изделий из него, а также областях применения позволяет сделать следующие выводы: - керамика из диоксида олова применяется в настоящее время в стекольном производстве в качестве электродного материала для электроварки и электроподогрева стекломассы, огнеупорного стекло-припаса, в том числе для варки специальных стекол; - области применения керамики связаны с ее специфическими свойствами, основными из которых являются: - более высокая коррозионная стойкость к расплавам различных стекол до температуры 1550С по сравнению с другими огнеупорными материалами; - высокая электропроводность керамики на основе диоксида олова, приближающаяся при температурах выше 1000С к проводимости металлов ; - свойства огнеупорного материала определяются степенью его спекания, которая в свою очередь зависит от вида и количества введенных модификаторов, предварительной обработки материала, режима обжига и метода формования; - наиболее эффективными спекающими, добавками для диоксида олова являются MY\0Z , 2п0 , СиО . д.дя повышения электропроводности материала при низких и. средних температурах вводят $Ьгъ I - для изготовления керамики из диоксида олова применяют, главным образом, различные способы прессования (полусухое, изостатиче-ское) и шликерное литье. Метод изготовления определяется формой и размерами изделий; - шликерное лит-ье является одним из перспективных методов формования различного ассортимента изделий из SnO . Однако в литературе отсутствуют сведения о составах и. свойствах шликеров из "сырого" диоксида олова, а также технологии изготовления из него керамики методом шликерного литья; - в технической литературе недостаточно полно освещены физико-технические свойства оксиднооловянных огнеупоров, определяющие их поведение в процессе эксплуатации. На основании выводов по обзору литературы, учитывая перспективность и. актуальность метода шликерного литья керамики из диоксида олова, определены следующие задачи, исследований: - исследовать вязкость, реологические и технологические свойства шликеров и. отливок на основе необработанного исходного диоксида олова при введении, традиционных электролитов и. различных стабилизаторов ; - разработать составы и технологию промышленного производства методом, шликерного литья широкого ассортимента изделий из исходного, необработанного порошка диоксида олова; - изучить комплекс физико-технических свойств полученной керамики, 4LTO позволит прогнозировать ее поведение и возможность применения в различных условиях эксплуатации ; - провести промышленные испытания изготовленных шликерным литьем изделий из диоксида олова в стекловаренных печах.
Изготовление опытных партий изделий
При дальнейшем подщелачивании суспензий происходит снижение отрицательного f -потенциала до 35-45 мВ за счет сжатия диффузного слоя ДЗС под действием высокой ионной силы раствора. Это приводит к повторной агрегации частиц твердой фазы, снижению их устойчивости и, следовательно, к увеличению вязкости системы (рис.2.3, 2.4).
Различия в степени разжижения суспензий диоксида олова с электролитами ІЇаОІЇ и гіІЇцОЦ вызваны большей степенью гидратации ионов л/о + по сравнению с ионами Л (96,99). В результате вокруг частиц диоксида олова противоионы Уо+ создают более толстый диффузный слой, что увеличивает их j -потенциал (рис.2.5 кривая I) и агрегативную устойчивость. Одновременно установлено, что система диоксид олова -электролит A/QOH или АОН находится в изоэлектрическом состоянии при 8,1-8,6 рН.
При исследовании суспензий в кислой области величину и знак f -потенциала определить не удалось из-за быстрого оседания твердой фазы. В то же время при изучении этих систем отмечен суспензионный эффект, сущность которого состоит в том, что значения рН суспензии и рН находящегося в равновесии с ней раствора (выделенного путем центрифугирования или простой седиментации) оказываются неодинаковыми. Знак суспензионного эффекта ( д рН = рНсусп. - рН р-ра) обычно соответствует заряду частиц твердой фазы и является функцией концентрации электролита и ряда других параметров дисперсной системы. В случае отсутствия суспензионного эффекта заряд частиц равен нулю (120-122).
Характер изменения вязкости суспензий диоксида олова в интервале 0,5-7,0 рН (рис.2.2) можно объяснить по аналогии с другими основными амфолитоидами следующим образом. При введении электролита НС наблюдается постепенное увеличение положительного заряда частиц за счет адсорбции потенциалопределяющих ионов йГ. Это приводит к росту агрегативной устойчивости частиц, освобождению рых-лосвяаанной и механически захваченной воды и снижению вязкости системы. Можно предположить, что полное насыщение поверхности твердой фазы ионами Н наблюдается при 1,5-1,75 рН, т.к. вязкость при этом имеет минимальное значение (рис.2.2). При дальнейшем подкис-лении суспензии до 0,5 рН происходит сжатие диффузного слоя под действием увеличивающейся ионной силы раствора. В результате электростатический барьер частиц уменьшается, что косвенно подтверждается снижением величины суспензионного эффекта (табл.2.4). Это дает возможность частицам сближаться, вновь образовывать агрегаты, изменяя соотношение свободной и связанной воды в сторону увеличения последней. В результате возрастает вязкость системы.
Таким образом, при изучении вязкости суспензий диоксида олова установлено, что они проявляют максимальное разжижение при введении щелочных электролитов.
Кроме рН среды- фактором, оказывающим влияние на вязкость суспензий, является содержание твердой фазы. При этом наблюдается следующая зависимость. Чем концентрированнее система, тем больше, во-первых, ее вязкость и, во-вторых, тем уже интервал текучести, т.е. тем она чувствительнее к изменению рН. Это особенно заметно при введении filoOH : литейный интервал 80 суспензий по сравнению с 60 уменьшается до 11,25-12,75 рН. При этом вязкость возрастает с 1,5 до 4,0 мПа-с (рис. 2. 4). Для 80 суспензий с л/Ht,ОН литейный интервал соответствует 11,35-11,75 рН, а разница вязкости (80 и 60 систем) составляет 9 мПа.с (рис.2.3). На границах литейных интервалов щелочные суспензии с высоким содержанием твердой фазы переходят в пастообразное состояние и, теряют способность к литью.
Такое влияние концентрирования суспензий на их вязкость связано с уменьшением толщины диффузного слоя ДЭС за счет перераспределения ионов ОН", повышающих f -потенциал, между большим количеством частиц дисперсной фазы. В результат.е на границах литейных интервалов частицы остаются коагулированными при тех значениях рН, при которых в более разбавленных суспензиях они почти полностью диспергированы. При оптимальных значениях рН в более концентрированных суспензиях происходит возрастание электростатического барьера частиц и снижение их вязкости. Аналогичные зависимости вязкости от концентрации, суспензий наблюдаются и в кислой среде (рис. 2,. 2).
Исследование влияния содержания диоксида олова на вязкость системы в области максимального разжижения с различными электролитами показало, что текучесть суспензий с IIQOH достаточно высока вплоть до 80 концентрации, твердой, фазы. При использовании электролитов НСб и /М»0Н критической концентрацией твердой фазы является 40%-, вязкость систем с более высоким содержанием диоксида олова резко возрастает, особенно в кислой среде (рис.2.б).
Таким образом, при использовании традиционных электролитов, в частности гіаОІЇ , удается получать суспензии, содержащие до Ъ0% диоксида олова, с удовлетворительными вязкостными характеристиками. Литейный интервал при этом составляет 11,25-12,75 рН.
Более полную характеристику суспензий дает изучение их поведения под влиянием внешних воздействий. Реологические свойства системы во многом определяются условиями взаимодействия частиц твердой фазы, их концентрацией, природой дисперсионной среды и некоторыми другими параметрами.
Характер течения суспензий исследовали на ротационном вискозиметре РВ-8 в интервале концентраций твердой фазы от 60 до Ъ0%. Как показали экспериментальные данные, суспензии диоксида олова в кислой (рис.2.7), а также в щелочной среде с электролитом tlHuOH (рис.2.8) имеют тиксотропний характер течения, при котором происходит уменьшение их вязкости в процессе увеличения напряжения сдвига. При этом минимальная тиксотропия наблюдается в литейных интервалах. Кроме этого, если условно принять разницу между вязкостью системы при минимальных ( /L ) и максимальных ( г)т ) значениях напряжения сдвига за величину прочности тиксотропной сдруктуры (101), то этот показатель, а также напряжение сдвига (Р), необходимое для начала течения, резко возрастают с повышением концентрации твердой фазы и отклонении рН среды от литейных интервалов.
Тиксотропия суспензий в этих случаях вызвана, по-видимому, двумя основными причинами: во-первых, недостаточной агрегативной устойчивостью частиц диоксида олова и, во-вторых, их высокой дисперсностью.
