2076

Применялись стеклянные воронки диаметром 30 мм и керамические – 50 мм. В центре спецворонки (4) устанавливалась цилиндрическая насадка

(5) с внутренним диаметром 25 и 40 мм и высотой 150 и 200 мм соответственно, изготовленная из винипластового немагнитного материала, в которую загружалась суспензия: водно-связующий раствор и волокнистая двуокись кремни: прошедшая предварительную обработку через магнитный активатор (1). Исследуемый материал подвергался опрессовке через прокладку (6) грузом (7) весом от 0,5 до 1,0 кг. Спецворонки устанавливались на колбы (2) с помощью вакуумной пробки (3). Вакуумный насос (11) создавал вакуум в пределах 300–400 мм рт. ст. с последующей передачей вакуума на распределительный комплекс (9) и расширительный сосуд (10). К коллектору подключались стеклянные колбы со спецворонками (4) от 7 до 11 штук. Измерение вакуума осуществлялось с помощью вакуумметра (8). Таким образом, исследуемая суспензия подвергалась двум силовым воздействиям – вакуума через колбу (2) и груза (7). Фильтрат собирался на дне колбы и измерялся весовым и объемным способом.

Описанная установка позволяла производить 7–11 образцов в сутки. Конструкция установки давала возможность формовать образцы требуемых размеров и формы, варьируя спецворонками в зависимости от заданных параметров.

На первом этапе изучались качественные характеристики готовой продукции по контрольной технологии (см. рис. 1.1). Все остальные результаты (см. рис. 2.13, схемы 2–7) сравнивались с показателями контрольной схемы.

Задачей дальнейших исследований являлось изучение качества образцов из волокнистой двуокиси кремния, затворенных только на дистиллированной воде (см. рис. 2.13, схема 2) и на омагниченной дистиллированной воде (см. рис. 2.13, схема 3). Данная серия опытов была проведена только на дистиллированной воде с целью экономии дорогостоящих составляющих связующего раствора, но это позволяло установить оптимальные параметры обработки ( напряженность магнитного поля).

На следующем этапе изучалось влияние магнитной обработки водных систем на качество керамических изделий при соблюдении контрольного технологического процесса. В первом случае (см. рис. 2.13, схема 4) магнитной обработке подвергался раствор связующего с дистиллированной водой – после смесителя; во втором – воздействию магнитного поля подвергалась дистиллированная вода – пред смесителем (положение «а») и формовочная масса (положение «в») (см. рис. 2.13, схема 5).

На следующем этапе исследовалось влияние сточных вод и осадка на качество керамических образцов при использовании безотходной технологии производства. В процессе этих исследований изучались также

52

остаточные свойства омагниченного фильтрата, обработанного на стадии очистки сточных вод (см. рис. 2.13, схема 6).

На завершающем этапе изучалось влияние очищенных сточных вод и осадка, используемых для приготовления изделий, на качественные характеристики образцов из волокнистой двуокиси кремния при доомагничивании сточных вод, полученных в результате фильтрования (см. рис. 2.13, схема 7).

Изучение воздействия магнитного поля на свойства готовых керамических изделий проводилось с учетом предыдущих исследований

(см. рис. 2.13, схемы 3,4).

Для проведения многосерийных экспериментальных исследований формовалось несколько типов образцов: шайбы диаметром 25 мм, высотой 20 мм, плотностью 0,14 г/см3, расход воды на одну шайбу 0,22 л, количество – 224 шт.; шайбы диаметром 40 мм, высотой 30 мм, плотностью 0,14 г/см3 , расход воды на одну шайбу 0,36 л, количество – 527 шт.; плитка размерами 200 200 45 мм, плотностью 0.14 г/см3, расход воды на одну плитку 22 л, количество 7 шт.

Омагничивание осуществлялось с помощью электромагнита при напряженностях магнитного поля от 0 до 1,58 105 А/м. Скорость движения потока в ходе эксперимента была постоянной и составляла 0,264 м/с.

Процесс изготовления образцов показан на рис.1.1. Взвешивание кварцевого волокна и компонентов связующего осуществлялось в вытяжном шкафу, там же волокно измельчали до требуемых размеров. Прессование образцов производилось на полупроизводственной установке. Перед испытание образцы обмеряли, взвешивали и маркировали.

В зависимости от поставленной задачи предусматривалось использование раствора: порошок нитрида бора с раствором поливинилового спирта. Приготовление связующего производили по технологии аналогичной производственному процессу. Перед приготовлением связующего раствора производили взвешивание компонентов. Масса поливинилового спирта равнялась 0,8 г на одну шайбу и 21,3 г на одну плитку; нитрида бора 0,1 и 5,4 г соответственно. Связующее готовили в течение 2,5–3 часов в термобане при температуре до 80 С с периодическим перемешиванием. После введения нитрида бора производилось перемешивание в течение 25–30 минут. Далее добавлялась дистиллированная вода. Перед формованием осуществляли механическое перемешивание волокна со связующим раствором в течение 15-20 минут. Приготовленная суспензия заливалась в насадки вакуум-формовочной установки.

Изготовленные образцы в виде шайб и плиток (рис. 2.16-2.17) подвергались испытаниям, в результате которых определяли следующие показатели: предел механической прочности при сжатии, растяжение, коэффициент теплопроводности, термического расширения. Испытаниям были

53

подвергнуты 758 образцов. Физико-механические свойства керамических изделий исследовались в лабораториях НПО «Молния».

Рис.2.16. Образцы полуфабрикаты (шайбы)

Рис. 2.17. Образцы полуфабрикаты (плитка)

54

Электромагнитная обработка водных систем, используемая для изготовления керамических образцов, производилась на стадии поисковых исследований напряженности магнитного поля и местоположения электромагнитной установки.

2.4. Результаты экспериментальных исследований и их анализ

Результаты экспериментальных испытаний представлены в виде графиков (рис.2.18-2.21) и табл. 2.1-2.3, табл.П7 приложения.

Исследования качественных характеристик керамических образцов по контрольной технологии (см. рис.2.13, схема 1) позволили определить контрольный предел механической прочности, который был равен Rcж=6.495 кгс/см2 (табл.П7 приложения).

Исследования по определению механической прочности изделий из волокнистой двуокиси кремния (шайбы) при формовании только на дистиллированной и омагниченной дистиллированной воде (см. рис.2.13, схемы 2, 3) показали, что предел механической прочности данных образцов, затворенных на дистиллированной воде, составляет 0,637 кгс/см2, что на 90,19 % ниже контрольного показателя. Результаты исследований качества керамических изделий, которые формовались на омагниченной дистиллированной воде, также свидетельствуют о низком значении предела прочности при сжатии Rcжf=0,362…0,998 кгс/см2. Однако следует отметить, что при напряженности магнитного поля Н=1,422 105 А/м (1800 Эрстед) этот показатель увеличивается на 19,23 %, но остается ниже контрольного на 70,76 %. Зависимость предела прочности данных образцов при сжатии от величины напряженности магнитного поля по результатам опытов иллюстрируется графиком рис. 2.18. Из графика видно, что данная зависимость имеет поли экстремальный характер и свидетельствует о влиянии омагниченной дистиллированной воды на механическую прочность керамических изделий. Этот вывод был учтен в дальнейших исследованиях. Однако применение формования образцов без связующего раствора является бесперспективным, т.к. не удовлетворяет требования, предъявляемые к качеству изделий, и имеет показатели прочности ниже контрольной величины.

Изучение влияния омагниченного водно-связующего раствора на механическую прочность (см. рис. 2.13, схема 4) подтвердило полиэкстремальный характер зависимости предела прочности при сжатии керамических шайб от напряженности магнитного поля и показало, что в оптимальном режиме магнитной обработки значительно улучшаются качественные характеристики изделий (рис. 2.19). Статистический анализ обработанных данных результатов (табл.П7, приложения) говорит о том, что механическая прочность изделий возрастает (по отношению к контрольной) на

55

122,08 % в оптимальном диапазоне напряженности магнитного поля (1,422…1,4615) 105 А/м и составляет Rcж=14.424 кгс/см2. Хотя и для других полей также наблюдается увеличение прочности керамических изделий (до

30 %).

Рис.2.18. Зависимость предела механической прочности при сжатии керамических образцов от напряженности магнитного поля

Рис.2.19. Зависимость предела механической прочности при сжатии керамических образцов от напряженности магнитного поля

56

Прочностные и теплофизические свойства изготовленных плиток (как и шайб) исследовали в НПО «Молния». Прочностные свойства (предел механической прочности при сжатии сж и при растяжении р, модули упругости при сжатии Есж и растяжении Ер) определяли в слабом и сильном направлениях при нормальной температуре со скоростью нагружения 5 мм/с.

Прочностные характеристики, соответствующие слабому направлению, далее в тексте имеют верхний индекс «10», сильному направлению – верхний индекс «в».

Определение коэффициента линейного термического расширения ( ) материала плиток производили на кварцевом дилатометре ДКВ 5А с погрешностью измерения ±10 % в интервале 20-900 °С.

Коэффициент теплопроводности определяли на установке ИТ-2 с точностью ±8 %. Плотность материала измеряли при температуре 20 °С.

Результаты испытаний представлены в табл. 2.1-2.3 и на графиках рис. 2.20 и 2.21.

Таблица 2 . 1 Зависимость физико-механических свойств изделий (плиток) от магнитной

обработки системы вода-связка (связка N1)

Таблица 2 . 2 Зависимость физико-механических свойств изделий (плиток) от магнитной

обработки системы вода-связка (связка N2)

59

Таблица 2 . 3 Зависимость коэффициента термического расширения изделий (плиток)

от магнитной обработки воды

Из данных табл. 2.1 и графиков (рис. 2.20 и 2.21) видно, что прочностные свойства, измеренные в сильном направлении, для изделий, изготовленных с использованием связки N1 (связующий раствор: поливиниловый спирт с нитридом бора), обработанный при Н=1,422 105 А/м, увеличивается: предел прочности при сжатии в 2,7 раза, модуль упругости при сжатии в 1,6 раза, модуль упругости при растяжении в 1,2 раза, предел прочности при растяжении на 4 %.

Аналогичное увеличение (табл.2.2) прочностных характеристик изделий наблюдается и в случае применения связки N2 (связка ВИО). Так, сопоставление прочностных показателей, измеренных в сильном направлении, для плиток показывает, что обработка при напряженности магнитного поля Н=1,422 105А/м приводит к увеличению пределов прочности при сжатии в 3.2 раза, при растяжении в 1,25 раза, модулей упругости при сжатии в 2,4 раза, при растяжении в 5,3 раза. Необходимо подчеркнуть, что увеличение прочностных свойств, измеренных в сильном направлении, для изделий изготовленных с использованием водных растворов, подвергнутых обработке при Н=1,422 105А/м, относительно усредненных исходных (Н=0) показателей, по прежнему имеет место: пределы прочности при сжатии и растяжении возрастают соответственно в 1,6 и 1,9 раза, модули упругости при сжатии и растяжении – 1,14 и 2,4 раза.

Результаты измерений свойств изделий в слабом направлении менее однозначны: в случае применения связки N2 наблюдается увеличение качества при использовании омагниченных водных сред при Н=1,422 105 А/м (увеличение составляет для предела прочности при сжатии и растяжении соответственно 33 и 20 %, для модулей упругости при сжатии и растяжении соответственно 8 и 82 %), в случае применения связки N1 для предела

60