Пластическое формование керамических заготовок на основе латекса

Полученные результаты свидетельствуют о больших перспективах, открывающихся перед использованием золь-гель технологии в синтезе наноструктурированных порошков и материалов. Преимущества метода, как видно из приведенных данных, заключаются не только в возможности снижения температуры начала твердофазных реакций, обусловленной высокой дисперсностью исходных материалов, но и в получении образцов со свойствами, не уступающими таковым для систем, полученных традиционным керамическим методом.

Список литературы

1. Пальгуев, С.Ф. Высокотемпературные оксидные электронные проводники для электрохимических устройств / С.Ф. Пальгуев, В.К. Гильдерман, В.И. Земцов.- М.: Наука, 1990. - 198 с.

2. Нагаев, Э.Л. Манганиты и другие магнитные проводники с гигантским магнитосо-противлением / Э.Л. Нагаев // УФН. - 1996. - Т. 166, № 8. - С. 833 - 858.

3. Березняцкий, А.В. Кристаллографические, магнитные и электрические свойства твёрдых растворов манганитов Ьа0,758г0,25-хРЬхМпОЗ и Ьа0,6РЬ0,4-х8гхМпО3 / А.В. Березняцкий , Л.А. Башкиров // Труды БГТУ. Сер. химии и технологии неорг. в-в. - Мн., 2001. - Вып. 1Х. - С.19-23.

4. Лукин, Е.С. Современная высокоплотная оксидная керамика с регулируемой микроструктурой. Ч. 1. Влияние агрегации порошков оксидов на спекание и микроструктуру керамики / Е.С.Лукин // Огнеупоры и техническая керамика. -1996. -№1. - С. 5-12.

5. Шичкова, Т.А. Золь-гель метод получения мелкодисперсных порошков ферромагнитного твердого раствора манганита лантана, легированного свинцом / Т.А. Шичкова , Г.Г. Эмелло // Труды БГТУ. Сер. химии и технологии неорган. в-в. -Мн., 2003. - Вып. Х1. - С. 17-26.

6. Шичкова, Т.А. Золь-гель метод получения ферромагнитных твердых растворов манганитов квазидвойной системы Ьа0,7Са0,3МпО3-Ьа0,75Бг025МпО3/Т.А.Шичкова [и др.] // Труды БГТУ. Сер.химии и технологии неорган. в-в. - Мн., 2004. - Вып. XII.- С. 37-43.

7. Башкиров, Л.А. Синтез и физико-химические свойства твердых растворов мангани-тов квазидвойных систем Ьа0,75Бг0,25МпО3 - Ьа0,6РЬ0,4МпО3 , Ьа0,75Са0,25МпО3 - Ьа0,75 Ва0,25МпО3 ./ Л.А.Башкиров [и др.] // Труды БГТУ. Сер. химии и технологии неорган. вв. -' Мн., 2003. - Вып. Х1. - С. 40-46.

УДК.666.

О.В. Сергеева, В.Г. Леонов

Новомосковский институт Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева, Новомосковск, Россия

ПЛАСТИЧЕСКОЕ ФОРМОВАНИЕ КЕРАМИЧЕСКИХ ЗАГОТОВОК НА ОСНОВЕ ЛАТЕКСА

Rheological and technological characteristics of ceramic mixtures with use of water-soluble polymeric materials investigated. Composition bond influence at structural-mechanical properties of mass determined. Compositions for further application are recommended

Исследованы реологические и технологические свойства керамических масс с использованием водорастворимых полимерных материалов. Установлено влияние состава связок на структурно-механические свойства масс. Рекомендованы составы для дальнейшего применения.

Пластическое формование является одним из основных методов оформления изделий в производстве разнообразных видов керамики. Однако при его использовании наряду с высокой пластичностью заготовок необходимо сохранение формовочных свойств массы. Это достигается подбором связующих материалов и пластифицирующих добавок.

В качестве связок использовали гидроорганические вещества на примере латекса марки «БИС» на основе натурального каучука. Данное связующее обычно используют при изготовлении пресс-порошков (сухое прессование) и в производстве суспензий (шликерное литьё) [1]. Его применение в технологии пластического формования пока мало изучено, поэтому проведение исследований в данной области являлось актуальной задачей. Содержание каучука в дисперсной среде варьировали от 5 до 8% масс (табл.1). При большем содержании полимера получить однородную массу не удалось, что вероятно связано со значительным увеличением вязкости. Кроме того, повышенное содержание латекса затрудняет удаление связки из сформованных заготовок в процессе сушки и обжига. Известно [2], что наряду с введением полимерных добавок для улучшения формовочных свойств дополнительно в состав связки вводят глицерин. Поэтому было изучено его влияние на структурно-механические свойства масс, содержащих гидроорганические связки. Для сравнения реологических и технологических свойств в качестве связующих были выбраны 5%-ый раствор карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) и 1,5%-ый раствор тилозы, используемые в технологии пластического формования.

Таблица 1. Составы органических связок

№ Содержание компонентов в связке, % масс.

Латекс «БИС» Тилоза КМЦ Глицерин

1 5 - - -

2 8 - - -

3 5 - - 5

4 5 - - 10

5 - 1,5 - -

6 - 2 - -

7 - 1,5 - 5

8 - - 5 -

9 - - 5 5

10 - - 5 10

В качестве дисперсной среды использовали корундовый порошок ВК-94-1 с удельной поверхностью 5500±500 см /г. Для приготовления пластичных масс его смешивали с гидроорганическим связующим, состав которых приведён в таблице 1, продавливали на поршневом прессе для гомогенизации и стабилизации плотности. свойства исследуемых масс определяли после вылёживания в течении 30 минут.

Технологические свойства масс для пластического формования в значительной степени характеризуются интервалом пластического состояния, т.е. разностью значений концентраций дисперсионной среды: предела текучести О и предела раскатывания ('р). Эти показатели и оптимальное содержание дисперсионной среды ('Ф) представлены в таблице 2.

Как видно, использование тилозы позволяет получать пластичные массы при более низких концентрациях по сравнению с растворами КМЦ. Так для получения пластичной массы достаточно использования 1,5% - го раствора тилозы, в интервале концентраций 16,8 - 22,3%масс. С увеличением содержания полимера в растворе до 2% интервал пластического состояния остается практически постоянным, хотя достижение 'р и 'г при этом требует большего количества дисперсионной среды. Дополнитель-

ное введение глицерина в состав связки, вместо воды, способствует снижению общего содержания дисперсионной среды до 16,7 - 20,1%масс. Однако следует отметить, что интервал пластического состояния также снижается с 6,5 до 4,1%.

Таблица 2. Интервалы пластического состояния исследуемых масс

№ Содержание связки, % масс.

Wp Wф Wт AW

1 21,0 22,5 28,4 7,4

2 21,6 23,1 29,7 8,1

3 19,7 22,4 26,7 7,0

4 18,4 21,6 24,6 6,2

5 16,8 18,3 23,3 6,5

6 18,0 19,4 24,5 6,5

7 16,7 17,8 20,8 4,1

8 17,3 19,6 24,3 7,0

9 16,7 18,1 22,4 5,7

10 15,3 17,8 20,7 5,4

Массы, содержащие КМЦ, ведут себя аналогично составам с тилозой. Однако для образования дисперсий с удовлетворительными свойствами требуется меньше содержания дисперсионной среды. При введении глицерина от 5 до 10% общее количество ВТС снижается, хотя интервал пластического состояния также становится уже и составляет примерно 5,4-5,7%масс. По классификации Ничипоренко массы на основе КМЦ и тилозы могут быть отнесены к малопластичным. Вероятно, некоторое отличие в поведении дисперсий на основе тилозы, по сравнению с дисперсиями на КМЦ, обусловлено значительно большей молекулярной массой (до 40000) и особенностью взаимодействия макромолекул с водой, поверхностью твердой фазы. Для масс на каучуковой связке («ВЯС») характерен наибольший интервал пластического состояния (AW= 7,4-8,1%масс). С увеличением концентрации латекса этот интервал увеличивается при одновременном незначительном повышении общего содержания ВТС. При введении глицерина общее содержание связки снижается до 18,4 - 24,6%. Однако следует отметить, что интервал пластического состояния также снижается с 7,4 -8,1 до 7,0 - 6,2 % масс.

Помимо интервала пластического состояния важное значение имеет характер развития деформации при нагружении. Известно, что при пластическом формовании оксидных материалов определяющую роль в деформационных процессах играет количество жидкой фазы и концентрация полимера. Эти факторы являются определяющими и для исследуемых дисперсий (табл.3).

Таблица 3. Деформационные свойства исследуемых масс

№ ^•108, Па^с Рк, кПа вьМПа в2,МПа X Пл 10-6,с е, с-1

1 0,34 0,25 0,033 0,023 0,49 7,35 170

2 0,44 0,20 0,036 0,024 0,60 4,61 314

3 0,26 0,21 0,029 0,019 0,38 8,10 96

4 0,22 0,21 0,021 0,084 0,20 9,54 130

5 0,70 0,61 0,100 0,074 0,57 6,08 163

6 1,40 0,92 0,130 0,086 0,60 6,06 269

7 0,63 0,42 0,060 0,080 0,38 6,64 157

8 0,13 0,06 0,213 0,257 0,45 4,61 164

9 0,11 0,05 0,14 0,212 0,40 4,95 133

10 0,08 0,05 0,144 0,255 0,22 5,64 105

Для всех масс прослеживается закономерное уменьшение пластичности по Во-ларовичу и уменьшение времени релаксации с увеличением концентрации полимеров

связки. Вязкость системы, при этом, возрастает, а предельное напряжение сдвига снижается за счет образования более развитых прослоек полимера между частицами твердой фазы. Для таких масс возрастают модули упругой и эластической деформации (О1 и О2 ) и эластичность(^).

Еу

Еэ

Рис. 1. Развитие деформаций в пластичных кер амических массах на основе гидроорганических

связующих в направлении стрелок увеличение содержания: глицерина ( полимера

Соотношение деформаций на диаграмме С.П.Ничипоренко изменяется в направлении увеличения доли обратимых деформаций по сравнению с деформациями пластического течения (рис.1). Введение глицерина в качестве пластификатора значительно снижает вязкость дисперсий, предельное напряжение сдвига (Рк), эластичность и модуль обратимых деформаций за счет увеличения доли пластических деформаций. При этом повышается пластичность и, незначительно, модуль эластичности. Следует отметить, что содержание глицерина не должно превышать 10%масс в связке, так как при большем его количестве массы имели низкий предел текучести, что приводило к деформации заготовок после формования и не позволило получить изделия точных размеров.

Таблица 3. Давление и скорость формования корундовых масс

№ Р, МПа У,см/с ПФ, кПа с

1 35,5 0,2-0,3 10,3-7,0

2 38,2 0,3-0,4 7,5-5,6

3 28,0 0,3-0,5 5,4-3,3

4 25,5 0,3-0,4 5,0-3,7

5 42,5 0,2-0,3 12,4-8,3

6 35,5 0,3-0,4 6,9-5,2

7 35,5 0,3-0,5 6,9-4,2

8 28,0 0,2-0,3 8,2-5,5

9 22,6 0,2-0,4 6,6-3,3

10 18,5 0,2-0,3 5,4-3,6

Согласно классификации С.П. Ничипоренко массы на основе КМЦ и тилозы относятся к 4 и 5 структурно-механическому типу. Они хорошо формуются, но склонны к деформации. В отличие от вышеуказанных масс дисперсии на основе латекса принадлежат к 3 структурно-механическому типу который характеризуется большим развитием упругих деформаций и малыми значениями времени релаксации. При формовании таких масс возможно их хрупкое разрушение. В этой связи можно рекомендовать введение в состав масс на основе 5% раствора «БЯС» до 5% глицерина, при сохранении достаточной пластической прочности (Рт).

Из рекомендуемых масс методом выдавливания были получены стержни длиной 80-100 мм и ё=4 мм. По результатам опытов, которые представлены в таблице 3. , были определены минимальные давления формования, обеспечивающие получение заготовок без видимых дефектов и рассчитано значение пф. Из приведенных данных видно, что скорости выдавливания образцов приблизительно были близки, при этом давления менялись. Так для масс на основе латекса требуется большие давления формования (3036 МПа), чем для масс на основе КМЦ (20-28 МПа), что вероятно связано с уменьшением вязкости. Введение глицерина хотя и снизило давления формования, но не обеспечило получение качественных заготовок.

На основании проделанной работы можно сделать следующие выводы:

1. Установлено, что в качестве гидроорганических связок при формовании непластичных керамических порошков методом выдавливания можно применять латекс марки «БЯС» на основе натурального каучука.

2. Массы на основе гидроорганических связок могут быть отнесены к малопластичным с интервалом пластического состояния AW =5,5-7% масс.

3. Введение глицерина в качестве пластификатора снижает вязкость дисперсий и эластичность. При чём содержание глицерина в связке не должно превышать 10%, т. к. его большее количество приводит к деформации заготовок после выдавливания и не позволяет получить изделия точных размеров.

4. Для достижения более высоких показателей свойств, формование следует проводить в области концентраций между пределом раскатывания ^р) и оптимальной формовочной влажностью ^ф).

Список литературы

1. Николаев, А.Ф. Водорастворимые полимеры/ А.Ф.Николаев, Г.Н.Охрименко.- Л.: Химия, 1979

2. Анциферов, А.А.Водорастворимые связующие вещества в технологии порошковых ферритовых материалов/ А.А.Анциферов, А.В.Гончар, В.Г.Андреев и др.- Пермь: Пермский гос. техн. ун-т., 1996.-189с.

УДК 666.3-4

А.С. Серюгин, О.М. Колесникова, Д.В. Андреев, А.И. Захаров

Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева, Москва, Россия

СПОСОБНОСТЬ К ДЕФОРМАЦИИ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ФАРФОРА В ПРОЦЕССЕ НАГРЕВА

Various characteristics changes of various kind porcelain samples during heating semifinished items to temperature 1200 °C are investigated.

В работе проведено сравнение поведения при обжиге образцов различных составов фарфора в связи с эволюцией их структуры. Определены зависимости модуля упругости и усадки до температуры 1200 °С. Во всех образцах наблюдаются различные зависимости роста модуля упругости с повышением температуры. Установлена связь между деформацией под нагрузкой образцов и величиной каймы вокруг зерен кварца.

С развитием промышленности, постоянно растущие требования к фарфору как конструкционному материалу стали причиной более точного исследования и поисков усовершенствования определенных свойств этого материала.