ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Элементы теории структурообразования в трехфазных системах Т—Ж—Г в динамических условиях из "Физико-химические основы технологии дисперсных состем и материалов" Общепринятый традиционный подход к разработке методов производства дисперсных материалов, наполненных твердой фазой, основан на решении конкретных технологических задач часто без учета особенностей физико-химических процессов, протекающих при получении таких материалов. В частности, большой вклад в обеспечение прочности и других технических свойств высоконаполненных материалов вносят процессы структурообразования. [c.206] Начальные стадии процессов получения дисперсных композиционных материалов, содержащих твердые фазы, обычно связаны с переходом двухфазных порошкообразных систем типа Т—Г при введении жидкой среды в трехфазные системы Т—Ж—Г. Этот переход, осуществляемый в динамических условиях, т. е. в условиях вынужденной конвективной диффузии, может приводить к формированию двухфазных систем Т—Ж в результате удаления газовой фазы. Однако в большинстве случаев, особенно при получении высоконаполненных дисперсных материалов, этот переход ограничивается формированием трехфазных систем Т—Ж— , отверждением которых завершается производство таких материалов. [c.206] Совокупность процессов, сопутствующих этому переходу, определяется физико-химическими закономерностями структурообразования. Поэтому процессы, протекающие на начальных -стадиях получения дисперсных материалов преимущественно в период коагуляционного структурообразования, существенным образом сказываются на свойствах отвержденных дисперсных композиций, содержащих различные связующие и наполнители 115, 84]. [c.207] Особенности формирования структуры в двухфазных Т—Г и трехфазных Т—Ж—Г системах, высоконаполненных твердой фазой, целесообразно рассмотреть на примере абразивных материалов с керамическим связующим как типичных представителей этого рода дисперсных композиционных материалов [166]. Выбор таких дисперсных материалов для иллюстрации методов регулирования процесса структурообразования дисперсных композиций обусловлен следующими обстоятельствами. [c.207] Во-первых, многие из применяемых в технике дисперсных материалов получают на основе высокодисперсных твердых компонентов, содержащих также грубодисперсную фазу (техническая керамика, бетоны, металлокерамика и т. п.). [c.207] Во-вторых, одним из компонентов, из которых формируется структура абразивного материала после отверждения, часто является жидкая дисперсионная среда. Закономерности взаимодействия высокодисперсной и грубодисперсной твердых фаз между собой и с жидкой средой в процессе структурообразования в динамических условиях при получении разных материалов весьма сходны, хотя различия по химическому составу и механизму отверждения для исходных компонентов могут быть значительны. [c.207] В-третьих, абразивные материалы относятся к числу предельно наполненных, получаемых из высокодисперсных систем с очень низким содержанием жидкой дисперсионной среды. Такие требования к исходной дисперсной системе чрезвычайно осложняют создание однородных по структуре материалов заданной плотности. Из-за высоких значений вязкости и предельного напряжения сдвига исходной системы, а также ее склонности к агрегированию возникают определенные трудности в получении однородных смесей на стадии смещения, а затем в образовании плотных и однородных структур при уплотнении я формовании изделий. [c.207] Достаточно полно изучены закономерности формирования структур дисперсных материалов с фазовыми контактами, получаемыми в результате пластического деформирования [47,. 167—169], осаждения новой фазы из переохлажденных расплавов или пересыщенных растворов [19, 147, 149, 170—173], образования новой полимерной фазы [174—176]. Вместе с тем закономерности формирования структур дисперсных материалов-с контактами спекания изучены недостаточно можно указать,, в частности, на работы [177, 178], посвященные рассмотрению этого вопроса. [c.208] Формирование структур дисперсных материалов с контактами спекания, в том числе и структур абразивных материалов,, осуществляется в несколько последовательных этапов [166]. На первом этапе при получении многокомпонентного керамического связующего образуется двухфазная дисперсная система Т—Г с непосредственными точечными контактами между частицами твердой фазы. Затем на стадии смешения абразивных зерен, жидкой среды и связующего формируется двухфазная Т—Ж и трехфазная Т—Ж—Г дисперсные системы с коагуляционными контактами между частицами твердой фазы при наличии капиллярных менисков между агрегатами. В результате обжига системы образуется дисперсный материал с нрочныма контактами спекания. [c.208] Таким образом, структурообразование в процессе получения абразивных материалов сопровождается формированием структур с обратимо разрушающимися коагуляционными контактами с последующим их замещением при обжиге на необратимо разрушающиеся контакты спекания. Этому последовательному переходу от одного типа структур к другому сопутствуют два альтернативных процесса с одной стороны, синтезируются элементы структуры, определяющие прочность и другие технические свойства материала, с другой стороны, одновременно идет синтез и накопление разного рода дефектов и неоднородностей структуры, существенно понижающих качество материала (прочность, износостойкость и др.). Именно поэтому изучение закономерностей структурообразования с учетом альтернативного характера этого процесса представляется наиболее целесообразным, поскольку позволяет определить условия, необходимые для полного устранения или сведения к минимуму возникающих на разных стадиях наиболее крупных и опасных дефектов и неоднородностей. [c.208] Наглядными примерами, иллюстрирующими проявление возникающих на различных стадиях структурообразования некоторых видов неоднородностей и дефектов в конечном , т. е. полученном после обжига, материале, могут служить рис. VI. 1— VI.3. [c.209] За основную реологическую характеристику порошкообразных компонентов керамического связующего была принята эффективная вязкость при вибрации Т1эфф = Т1г которую измеряли по методике, описанной в [15]. [c.211] Трехфазные дисперсные системы Т—Ж—Г получали смешением грубодисперсных абразивных зерен, порошкообразного керамического связующего и ограниченного количества жидкой среды с добавкой клеящего вещества. Сначала абразивные зерна смешивали с жидкой средой в течение 5 мин, затем на увлажненную поверхность зерен наносили керамическое связующее и компоненты перемешивали еще 5 мин. Относительная злажность получаемой смеси составляла 2,2—2,4%. Таким методом были приготовлены трехфазные дисперсные системы двух типов система I, состоящая из зерен электрокорунда (р= = 3900 кг/м ), 5—20% керамического связующего марки К5, Ю,5—2% клеящего вещества декстрина и 2—6% жидкого стекла в качестве жидкой среды (т1 = 2,8 Па-с), и система II, состоящая из зерен карбида кремния (р=3200 кг/м ), 15—35% керамического связующего марки КЮ, 1—3% декстрина и 2—6% воды (т1=1-10 Па-с). [c.212] Дисперсность абразивных зерен варьировалась в широком интервале — от 0,05 до 0,4 мм. [c.212] Особенности структурообразования в трехфазных системах изучали путем определения их структурно-реологических характеристик в условиях непрерывного сдвигового деформирования в сочетании с воздействием вибрации и без нее с помощью комплекса ротационных вибровискозиметров и тиксотрометров, описанных в [15]. Кроме того, были рассчитаны средние значения силы сцепления в контактах между частицами дисперсных фаз и агрегатами из них. С помощью сканирующего электронного микроскопа (микроскопы 15М-2 и Квикскан-107) фик--сировалось состояние формирующейся структуры как в статических, так и в динамических условиях (см. методику в разд. [c.212] Полученные результаты реологических исследований были использованы для анализа процесса разрушения и образования структур в трехфазных системах в условиях сдвигового деформирования в отсутствие вибрации и в сочетании с ней, для установления закономерностей появления разрывов сплошности — основных источников дефектов структуры, а также для определения параметров вибрации, соответствующих залечиванию этих разрывов (см. разд. У1.3.2 и У1.3.3). Эти параметры определяют условия проведения процессов получения дисперсных лгатериалов без опасных дефектов, возникающих еще до отверждения композиций. [c.212] Вернуться к основной статье