VI Reologia w technologii ceramiki
1. Podaj schemat przygotowania masy porcelanowej do formowania plastycznego
a) sposób bełtaczowy
surowe plastyczne(kaolin, odpady pl.) surowce twarde(zmielone, kwarc,Al2O3, skalenie,5 10% kaolin)
dozowanie dozowanie
bełtacz sito
sito elektromagnes
elektromagnes dozowanie
dozowanie
bełtacz
sito
elektromagnes
mieszadło
pompa
prasa filtracyjna (placki)
prasa odpowietrzająca formownia (tokarki)
Po rozdrobnieniu w młynie rozbełtuje się surowce twarde, a oddzielnie rozbełtuje się surowce plastyczne, następnie oba rodzaje surowców miesza się ze sobą w oddzielnym bełtaczu.
b) Sposób młynowy:
Mielenie surowców twardych(Al2O3) odbywa się w młynie kulowym, następnie dodaje się mniej twarde (skalenie), na końcu ilaste. Kolejno przesiewa się mieszankę surowców przez sito, używa elektromagnesu i pras.
2. Opisz zjawisko tiksotropii zawiesin ceramicznych
W niektórych zawiesinach ceramicznych, jeżeli długo pozostaną w spoczynku zauważa się gęstnienie tj. zwiększenie lepkości ( np. w szczególności w czasie przedawkowania elektrolitu). Poprzez rozbełtanie takiej zawiesiny ponownie przywraca się jej zdolność płynięcia.
Tę odwracalność właściwości w czasie nazywa się TIKSOTROPIĄ. Jest to cecha charakterystyczna dla zawiesin ceramicznych, która decyduje o jej użyteczności technologicznej.
Zjawisko tiksotropii polega na tym, że w warunkach izotermicznego przepływu płynu, który uprzedni znajdował się dłuższy czas w spoczynku, przy stałej szybkości ścinania naprężenie styczne maleje odwracalnie z upływem czasu.
Płyny wykazujące zjawisko tiksotropii charakteryzują się pętlą histerezy. Można ją wykreślić z pomiarów zależności naprężenia stycznego od szybkości ścinania – w ten sposób, że stale zwiększa się szybkość ścinania od zera do pewnej wartości maksymalnej, po jej osiągnięciu zmniejsza się szybkość ścinania do zera.
Ogólnie można zaobserwować trzy podstawowe czynniki charakteryzujące ciecze tiksotropowe:
1. lepkość pozorna- maleje wraz ze wzrostem szybkości ścinania
2. przy przyłożeniu jakiejkolwiek szybkości ścinania lepkość pozorna maleje w czasie.
3. zmiana lepkości pozornej jest zjawiskiem odwracalnym i po zakończeniu ścinania właściwości reologiczne powracają do pierwotnego stanu
Pętla tiksotropii- przy stałej szybkości ścinania jej lepkość będzie się zmniejszać w miarę upływu czasu ścinania. Dzieje się to na skutek stopniowego niszczenia struktury. Krzywa dla rosnącej a następnie malejącej szybkości ścinania wykazuje pętlę histerezy. Wielkość pola powierzchni określa wartość tiksotropii. Powierzchnia ta ma wymiar energii dostarczanej do ścinanej objętości próbki, co oznacza zniszczenie struktury tiksotropowej potrzebna jest energia.
Szybkość ścinania- stosunek względnej różnicy prędkości między sąsiadującymi ze sobą warstwami płynu do odległości między nimi.
Szczególnie wyraźny efekt tiksotropii wykazują zawiesiny zawierające w swoim składzie znaczne ilości materiałów ilastych ( ziarna o przekrojach blaszkowatych). Zjawisko tiksotropii pojawia się wtedy kiedy pojedyncze cząstki tworzą trójwymiarową strukturę mostową, charakter sieci. Występowanie tego zjawiska przypisywane jest wolnej orientacji rozproszonych cząstek i tworzenie bardzo słabych wiązań wodorowych pomiędzy nimi.
Utworzona struktura przypomina strukturę żelu, jednakże poprzez już niewielkie ruchy można ją zniszczyć (trzeba dostarczyć energii). Szybkość rozpadu struktury zależy od liczby wiązań, które ulegają zniszczeniu. Szybkość odbudowy struktury rośnie w miarę jak rośnie ilość tworzonych wiązań. W pewnym momencie zostaje osiągnięty stan równowagi dynamicznej , w której szybkość odbudowy struktury jest równa szybkości rozpadu wiązań.
Sztywność struktury tiksotropowej określa maksymalne naprężenie styczne(sigma max) konieczne do zniszczenia wewnętrznej struktury zawiesiny pozostającej w spoczynku.
płynność à tiksotropia à dodatek wody, upłynniaczy, gliny
W praktyce przemysłowej zjawisko tiksotropii utrudnia przepływ masy lejnej przez rurociągi, opróżnianie form odlewniczych z nadmiaru masy lub może stać się przyczyną deformacji odlewów przy rozbieraniu form.
Wskaźnik tiksotropii – jest to różnica dwóch pomiarów lepkości tej samej zawiesiny wykonanych w określonym przez normę odstępie czasu.
Oznaczanie wskaźnika tiksotropii wykonuje się przy użyciu wiskozymetru wypływowego ( tzw kubek Forda)
Wlepkośći = czas wypływu masy/czas wypływu wody
V = Wlepkośći 0 –Wlepkośći n
Wn- 10 minut, czyli wskaźnik lepkości wyznaczony po 10 minutach spoczynku masy.
W0 wskaźnik lepkości mierzony od razu po wlaniu masy lejnej do wiskozymetru
W przypadku produkcji wyrobów grubościennych np. sanitarnych, określa się wskaźnik lepkości po 30 minutach.
Rekomendowana wartość wskaźnika tiksotropii do produkcji mas lejnych zawiera się w granicach 2-4.
3. Opisz mechanizmy upłynniania ceramicznych gęstw odlewniczych na bazie teorii DLVO i fizykochemii koloidów
Teoria DLVO służy do tłumaczenia zjawisk flokulacji, dyspergowania i stabilizacji ziaren w układach wodnych lub innych. Zgodnie z teorią DLVO siłą elektrostatycznego odpychania dalekiego zasięgu przeciwstawiane są przyciągające siły Van der Waalsa , działające w mniejszych odległościach. Upłynniające działanie środków chemicznych w ujęciu makroskopowym polega na powiększeniu pola elektrostatycznego wokół rozproszonych cząstek lub na załonięciu ? sił przyciągających.
Mechanizm upłynniania:
1. stabilizacja elektrostatyczna ( ładunkowa):
-zmiana pH
- wymiana jonowa dająca kompensujące kationy o dużym promieniu jonowym
2. Stabilizacja przestrzenna (polimeryczna):
- tetryczna? w której polimer amfifilowy przyłącza się z jednej strony do powierzchni ziarna
-przestrzenna niepełna, w której makrocząstki rozproszone są w zawiesinie i stanowią oddzielną frakcję
3. Stabilizacja elektroprzestrzenna:
kombinacja przestrzennej i ładunkowej wyniki z dysocjacji grup funkcyjnych polimeru.
Stabilizacja ładunkowa ( elektrostatyczna)- wykorzystuje mechanizm wymiany jonowej polegający na wykorzystaniu różnej rozpuszczalności związków.
Ca2+ + Na2CO3 2Na+ + CO32- CaCO3 Na+Na+
Polega na zaadsorbowaniu się na powierzchni fazy stałej jonów alkalicznych na mniejsze jony wielokationowe, które są wytrącane z roztworu.
Węglany, fosforany itp. tworzą z kationami kompensującymi ładunek powierzchniowy trudno rozpuszczalne związki i są wytrącane z roztworu.Ładunek powierzchniowy jest kompensowany przez kationy jednowartościowe o dużym promieniu jonowym, które zwiększają odległość Debye’a ( grubość warstwy dyfuzyjnej)
Stabilizacja przestrzenna ( polimeryczna):
-tetryczna-wynikiem jest zakotwiczenie (adsorpcja specyficzna) polimeru na powierzchni rozproszonych ziaren oraz rozwinięcie zaadsorbowanego ładunku w głąb roztworu, które nie pozwala na zbliżanie się drugiej cząstki na odległość nie mniejsza niż 10-20 nm.
-Stabilizacja zubożona ( niepełna) – wykorzystuje zjawisko dyspersji innej frakcji zawiesiny, makrocząsteczki są rozproszone w zawiesinie i stanowią oddzielną frakcję.
Stabilizacja elektroprzestrzenna- określa kombinację stabilizacji przestrzennej( tetrycznej) i elektryczną ( ładunkową), Specyficzna adsorpcja polimerów organicznych z grupami funkcyjnymi zdolnymi do dysocjacji àkoloid ochronny.
Cząstki polimerów organicznych ulegają adsorpcji specyficznej (wielopunktowej) na powierzchni ziarn ilastych – powstaje twz koloid ochronny. Ponadto mogą unieaktywnić kationy wielowartościowe np. poprzez utworzenie związków kompleksowych w wyniku wymiany jonowej.(zaadsorbowanie się na powierzchni fazy stałej jonów alkalicznych w miejsce wielowartościowych jonów kompleksowych.
4. Podaj schemat przygotowania masy sanitarnej do formowania metodą odlewania
Surowce plastyczne(kaoliny) surowce nieelastyczne
naważanie (skalenie, kwarc,Al2O3, 5-10% plastyczne)
bełtacz(mieszadło śmigłowe) naważanie
elektromagnesy, sita wibracyjne młyn kulowy elektromagnesy, sita wibracyjne dozowanie
elektromagnesy sito wibracyjne
zbiornik
odlewnia
Przygotowanie masy lejnej metodą bełtaczową:
przerób surowców plastycznych i nieelastycznych odbywa się oddzielnie. Przerób surowców twardych odbywa się w młynach do których dodaje się część surowców plastycznych w ilości 5-10%. Pozostałą ilość kaolinów po odważeniu odpowiedniej ilości dozuje się do bełta cza ( mieszadła śmigłowe), gdzie następuje rozbełtanie z wodą. Po mieszaniu otrzymaną gęstwę przepuszcza się przez sita i elektromagnesy. Zarówno surowce z bełtacza jak i młyna spuszcza się (po kontroli) do wspólnego bełtacza, gdzie są one mieszane.
5. Sklasyfikuj upłynniacze stosowane w przemyśle ceramicznym
Upłynniacze- substancje do modyfikacji właściwości reologicznych gęstw ceramicznych. Substancję upłynniającą wprowadza się bezpośrednio do młyu, w kolejności: woda, upłynniacz, surowce.
Ogólny podział upłynniaczy stosowanych do modyfikacji mas ceramicznych:
Przykłady upłynniaczy:
- nieorganiczne: węglan sodu, szkło wodne ( metalkienian sodu?) siarczan(IV) sodu, pirofosforan sodu
-organiczne: dispex, poliakrylan sodu
6. Opisz proces zagęszczenia proszków metodą pseudoswustronną jednokierunkową, narysuj przykład naprężeń w wyprasce w kierunku poprzecznym
W metodzie pseudodwustronnej jednokierunkowej proszek jest wstępnie zagęszczony przez nacisk górnego stempla, a następnie po usunięciu podpór (dolny stempel ma ograniczone pole ruchu) wywierany jest dwustronny nacisk równocześnie przez górny i dolny stempel.
Prasowanie pseudodwustronne (h/D<1) – najpierw proszek naciskany jest z góry, a potem dwustronnie, przenoszenie sił następuje przez materiał a nie hydraulicznie)
Najmniejsze zagęszczenie wypraski znajduje się w połowie jej wysokości bo występuje tam, które zmniejsza efektywne ciśnienie prasowania, stąd gęstość najmniejsza w środku bo tam ciśnienie jest najmniejsze.
Średnia gęstość pozorna całej wypraski odpowiada gęstości lokalnej położonej w ¼ lub ¾ jej wysokości .
Rozkład gęstości wzdłuż kierunku prasowania jest liinowy
...
maciusq