Э.Д. Басырова, Поликарпов, с.Н. Э.П. Сысоев влияние электролита на реологические характеристики шликера и свойства изделия

В данной работе исследовались физико-механические свойства изделий, полученных методом шликерного литья при различной его влажности и содержания комплексного электролита.

В настоящее время для производства керамических изделий применяются различные способы формования, к которым относятся: полусухое прессование, пластическое формование, горячее литье под давлением, горячее прессование в графитовых формах и другие способы.

Как правило, некоторые из видов формования очень сложны и требуют специального оборудования. Этими способами можно получить изделия простой формы и небольших размеров. Одним из способов формования является шликерное литье, с помощью которого можно формовать сложные по конфигурации и преимущественно тонкостенные изделия. Этот метод применяется в производстве санитарно-строительных изделий, хозяйственного фарфора и фаянса, декоративной керамики и других изделий.

Наша область и город Владимир, входящий в состав Золотого Кольца России, богаты уникальными памятниками старины, художественно-декоративная облицовка большинства которых изготовлена из материалов, со временем разрушающихся под воздействием окружающей среды, а шликерный способ позволяет получать из различных силикатных материалов крупногабаритные панно и рельефы любых форм. В связи с этим целью нашей работы – исследование возможности использования шликерного литья для получения высокопрочной керамики, но с обязательным условием использования местного сырья.

Именно поэтому мы предприняли попытку исследовать технологические параметры керамического шликера и влияние этих параметров на конечные свойства получаемой керамики.

Существуют два способа получения изделий сливной и наливной. В данной работе использовался – сливной способ, достоинством которого являются относительная простота конструкции формы и процесса ее сборки, уменьшение размера формы, меньшее количество приставных деталей, уменьшение количества операций по оформлению изделий и облегчению условий труда, более широкие возможности механизации рабочих операций процесса литья.

Актуальность разработки изделий заключается в снижении водосодержания керамических шликеров до максимально возможного, сохраняя при этом высокую текучесть за счет введения электролита, что позволит сократить брак при сушке изделий.

Цель и задачи исследования получить шликерным литьем образцы с различным содержанием влаги и электролита и определить влияние вводимого электролита на реологические характеристики шликера и свойства изделий.

Особенность проделанной работы заключается в использовании комплексного электролита (сода + жидкое стекло). Проведённая работа позволила получить керамику с хорошими физико- техническими показателями, при этом содержание влаги в шликере составило 40 % (W = 40 % ), а содержание электролита – 0,6 % (Э = 0,6 %).

Глину Мстёрского месторождения дробили на мелкие куски. Полученный глиняный порошок подвергли просеву через сито (С) 0,63 (116 отв./см²). Нужное количество порошка взвешивали, добавляли дистиллированную воду, а затем электролит. Далее определяли основные свойства шликера: текучесть, загустеваемость, фильтрационная способность, устойчивость, связность отливки, скорость набора массы, предельное напряжение сдвига и коэффициент пластической вязкости (для определения вязкости использовался вискозиметр Волоровича РВ-8). После этого образцы высушивали и подвергали обжигу при температурах 900, 950, 1000 ^оС, затем определяли открытую пористость, водопоглощение, кажущуюся плотность. Для эксперимента изготавливали образцы с различным содержанием влаги (W = 45, 43 и 40 %) и электролита (Э = 0,1, 0,3, 0,4, 0,6 %). Исходные составы приведена в таблице.

Исходные составы

№ состава	Влага		Глина		Электролит
	ППроценты	гГрам-мы	ППроценты	гГрам-мы	00	00,1% + сода с	0,3% + сода	0,4% + сода	0,6 + сода
Состав №1	4 45	3 315	5 55	3 385	--	0 0,7	2 2,1	2 2,8	4,2
Состав №2	4 43	3 301	5 57	3 399	--	0 0,7	2 2,1	2 2,8	4,2
Состав №3	4 40	2 280	6 60	4 420	--	0 0,7	2 2,1	2 2,8	4,2

На рис. 1 по полученным данным представлены графические зависимости массы и скорости набора шликера с водосодержанием W = 45 % и различным количеством вводимого электролита (Э = 0,1, 0,3, 0,4, 0,6). Как видно из рис. 1, набор массы возрастает с увеличением времени набора. При этом с увеличением содержания комплексного электролита набор массы снижается. С увеличением времени набора скорость набора для всех шликеров снижается. Увеличение содержания комплексного электролита приводит к снижению скорости набора. Такие же зависимости массы и скорости набора шликера от времени набора получаются при влажности W = 43, 40 %. На рис. 2 показана зависимость пластической вязкости от концентрации электролита.

Подобные же зависимости коэффициента загустевания получаются при влажности W = 43, W = 40 и с концентрациями электролита 0,1; 0,3; 0,4; 0,6 %.

В шликерах с W = 45 % , W = 43 %, W = 40 % максимальный коэффициент загустевания достигается при концентрации электролита 0,6 %, минимальный же коэффициент загустевания будет при концентрации электролита 0,1 % -это свидетельствует о том, что при увеличении электролита в шликере вязкость его увеличивается.

g/F, г/см2 Vн, г/см2ּмин τ,мин а)	g/F, г/см2 Vн, г/см2ּмин τ,мин g/F, г/см2 Vн, г/см2ּмин б)
Vн, г/см2ּмин τ, мин в)	τ, мин г)
Рис. 1. Зависимость массы g/F и скорости набора шликера VH с влажностью W = 45 % от времени t набора с различной концентрацией электролита: а 0,6 %; б 0,4 %; в 0,3 %; г 0,1 %

η_П

Э,% Рис. 2. Зависимость коэффициента пластической вязкости от содержания электролита в шликере с влажностью 45%

Кажущуюся плотность, открытую пористость и водопоглощение образцов определяем по общепринятым методикам. На рис. 3 изображена зависимость открытой пористости от содержания влаги и электролита при различных температурах. Показатели пористости при "0" соответствуют данным базового шликера без электролита.

Рис. 3. Зависимость открытой пористости образцов от содержания влаги и электролита при разных температурах обжига

Как видно из рис. 3, для всех исследованных случаев увеличение содержания электролита способствует уменьшению открытой пористости образцов. Подобную зависимость получили для всех образцов, полученных из шликеров с различным содержанием влаги. При этом при всех температурах обжига (900 – 1000 °C) у образцов, полученных из шликеров, содержащих 40 % влаги (W = 40%) величина открытой пористости была минимальной. На рис. 4 изображена зависимость водопоглощения образцов от содержания влаги и электролита.

Как видно из рис. 4, для всех исследованных случаев увеличение содержания электролита способствует уменьшению водопоглощения образцов. Подобную зависимость получили для всех образцов, полученных из шликеров, с различным содержанием влаги. При этом при всех температурах обжига (900 – 1000 °C), у образцов, полученных из шликеров, содержащих 40 % влаги (W = 40 %), величина водопоглощения была минимальной.

В результате проведенных экспериментов, можем рекомендовать наиболее приемлемый состав с влажностью 40 % и концентрацией электролита 0,6 %, который обеспечивает оптимальное значение коэффициента

пластической вязкости, достаточно большие показатели скорости и массы набора шликера и имеет низкую себестоимость, что позволило после спекания (при 1000 °C) получить керамику с достаточно высокими физико-техническими показателями: водопоглощение (W = 12,32 %), открытая пористсть П₀ = 21,53 %, кажущаяся плотность ρ_к = 1,75г/см . Такую керамику можно использовать для изготовления различных тонкостенных, полых и крупногабаритных изделий сложной формы, а керамику с содержанием комплексного электролита Э = 0,6 % и влажностью W = 45 % с достаточно низкими физико-техническими показателями водопоглощение W = 20,41 %, открытая пористость П⁰ = 39,54, кажущаяся плотность ρ_к =1,66 г/см ) – в качестве фильтров для очистки сточных вод.

	Показатели водопоглощения при "0"соответствуют данным базового шликера без электролита.
Рис. 4. Зависимость открытой водопоглощения образцов от содержания влаги и электролита

Библиографический список

1. Химическая технология керамики: Учеб. пособие для вузов / под ред. проф. И.Я. Гузмана. – М.: Стройматериалы, 2003. – 496 с.,

2. Добровольский А.Г. Шликерное литье. – М.: Металлургия, 1977. 173с.

3. Лукин Е.С., Технический анализ и контроль производства керамики; учеб. пособие для техникумов / Е.С. Лукин, Н.Т Андрианов. – 2е изд. перераб. и доп. М: Стройиздат, 1986. – 272 с.

4. Гальперина, М.К. Кинетика изменения структуры пористости в процессе обжига глин различного состава // Труды. ин-та НИИ стройкерамики. 1981. 125 с.