6.3 Типы структуры сырьевых шихт и их характеристика
Можно выделить следующие типы структур, расположив их по степени возрастания плотности:
Свободнодисперные:
бесструктурные;
коагуляционные.
Дисперсносвязанные:
коагуляционные;
коагуляционно-конденсационные;
конденсационные;
конденсационно-кристаллизационные;
кристаллизационные.
В свободнодисперсных системах возникают частицы дисперсной фазы не связаны друг с другом в сплошную сетку и способны перемещаться в дисперсионной среде под влиянием теплового движения или силы тяжести. Такие системы обладают текучестью и другими свойствами, характерными для жидкостей. К ним относятся керамические шликеры и порошковые шихты, цементные сырьевые шламы и мука. При приготовлении, транспортировке, перемешивании их можно рассматривать как бесструктурные системы. Принимая, что между частицами дисперсной фазы нет стабильных контактов. Однако вследствие энергетической насыщенности такое состояние неустойчиво, и, если оставить дисперсную систему в пакое, она неизбежно структуризируется. (Это происходит, например, в шламбассейнах и трубопроводах при застаивании шлама, или в емкостях для порошкообразной муки.) Возникают коагуляционные структуры, в которых зерна дисперсной фазы частично связаны друг с другом межмолекулярными силами с образованием пространственных сеток и каркасов. Такие системы приобретают в известной степени свойства твердых тел т.е. способность сохранять форму, некоторую прочность, упругость. Однако они тиксотропны и малопрочные связи легко разрушаются, в результате чего система снова приобретает способность течь. Такие системы называют свободнодисперсными коагуляционными.
При уплотнении таких структур они переходят в коагуляционные дисперсносвязанные. Материалы такой структуры представляют собой компактные тела (полуфабрикаты изделий, гранулы, брикеты и т.д.) т.е. они представлены системой Ж/Т, состоящей из твердых частиц сырьевой смеси и ограниченного количества воды. Они формируются либо при добавлении строго определенного количества воды к порошку ( грануляция, брикетирование), либо при удалении избытка влаги (сушка, фильтрация). Прочность таких структур обеспечивается не только межмолекулярными, но и капилярными силами, что и обуславливает существенное ее повыщение. Разрушение таких структур носит необратимый характер. Такие структуры имеют полуфабрикаты керамических изделий до обжига, гранулированные цементные и стекольные сырьевые шихты; они также формируются при сушке шламов и шликеров в печах и сушилках.
При обжиге под действием температуры в полуфабрикатах различного состава формируются конденсационные структуры, как следствие химических реакций между компонентами с образованием новых соединений. В результате коагуляционные контакты переходят в прочные фазовые. Однако такой переход идет постепенно, и в течении длительного времени мы имеем дело с промежуточной коагуляционно-кондесационной структурой, достаточно прочной, но хрупкой.
При более высоких температурах начинается формирование кристаллизационных структур;
Например, путем кристаллизации из расплава и последующего срастания отдельных кристаллов в прочный поликристаллический агрегат. В большинстве случаев конечным этапам структурообразования является формирование конденсационно-кристаллизационной структуры в результате образования прочных химических связей (конденсационный компонент структуры) и вследствие сращивания кристаллов при выделении из расплава новой фазы (кристаллизационный компонент структуры).
Формирование такой структуры максимальной прочности и однородности и является конечной целью при получении любого изделия и материала. Операция формования должна создать ля этого соответствующие условия.