Основы технологии переработки и формования керамических масс

1. Лекция № 10

Основы технологии переработки и
формования керамических масс

2. План лекции:

Каогуляционные структуры керамических
масс и физико-механические основы их
образования
Основные факторы, определяющие
характер образования коагуляционных
структур глинистых минералов
Структурообразование дисперсий
глинистых материалов

3.

Технологический процесс производства
керамических изделий является процессом
создания и непрерывных изменений структуры
керамической массы:
измельчение,
смешивание,
переминание при обработке массы,
образование коагуляционной структуры и
деформирование при формовании,
потери влаги и уменьшение размеров после
сушки,
образование кристаллизационной структуры и
усадка в результате обжига.

4.

Коагуляционные структуры керамических масс возникают под
действием молекулярных сил сцепления коллоидных крупных
частиц, взвешенных в жидкой среде суспензии или коллоидного
раствора.
Они отличаются от кристаллических структур способностью к
тиксотропному упрочнению, ярко выраженными пластичновязкими свойствами и сравнительно малой прочностью, что
обуславливается наличием тонких прослоек дисперсной среды в
местах контакта соединения между собой системы.
Эти дисперсные системы в зависимости от степени развития
структуры и ее упрочнения занимают промежуточное место между
жесткими и твердыми телами, отличаясь такими механическими
свойствами как вязкость, прочность, упругость, пластичность, т.е.
способность к остаточным деформациям (без потери формы).
По Ребиндеру эти структуры независимо от природы составляющих
их твердых частиц проявляют способность к резко выраженному
упругому последействию, свойственному каучукам и их растворам.
Основными факторами, определяющими характер образования
коагуляционных структур глинистых минералов являются их
кристаллическая структура, форма частиц, дисперсность, число и
характер нарушений решетки кристаллов.

5.

Образование коагуляционных структур возникает в результате
сцепления частиц дисперсной фазы Вандер Ваальсовыми
силами (силами межмолекулярного взаимодействия, имеющих
электр-ю природу) в цепочке и неупорядоченной
межпространственной сетки.
Развитию коагуляционной структуры во всем объеме
способствует высокая дисперсность частиц, их мозаичность
поверхности, а для глинистых минералов наличие участков с
наименьшими развитием гидратных оболочек.
Сцепление частиц следовательно за счет Броуновских
соударении.
При этом между контактирующими частицами остается весьма
тонкая равновесная прослойка жидкой дисперсионной среды,
которая не препятствует силам сцепления между частицами,
вместе с тем абсорбционно прочно связана с поверхностью
частиц, что не выдавливается даже силами сцепления между
ними.

6.

Толщина относительно устойчивой прослойки жидкости
между контактирующими частицами дисперсной фазы
соответствует минимально свободной энергии системы.
Она может быть достаточно большой при слабом
коагуляционном сцеплении, а соответственно
наименьшем при прочном сцеплении.
Это связано с суммарным действием сил притяжения и
отталкивания, возникновением расклинивающего
давления, временем релаксации сольватных слоев,
благодаря наличию тонких остаточных прослоек
дисперсной среды в зазорах между частицами
коагуляционной структуры способны разрушаться
обратимо (тиксотропное упрочнение)

7.

Итак, структурообразование дисперсий глинистых
материалов происходит в результате сцепления частиц по
наиболее эффективным для условий существования системы
контактам.
От особенностей кристаллической структуры глинистых
минералов зависят типы контактов и их распределение в
объеме системы.
Образующиеся через тончайшие прослойки воды (и поэтому
очень прочные) контакты между углами и ребрами частиц
при нагружениях вызывают развитие быстрых эластических
деформации.
Контакты между плоскостями и гранями кристаллов,
возникающие через более толстые прослойки воды, менее
прочны и определяют развитие медленных эластических
деформации.

8.

В дисперсиях смеси глинистых минералов
сравнительно крупные пластинки каолинита у
которых участки возможного образования
коагуляционных контактов расположены по
ребрам и углам
Изменение деформационных процессов
коагуляционных структур каолинита
значительны, могут быть получены системы,
относящиеся к структурно-механическим типам.
Изменяя соотношение компонентов в смесях
можно получать различные структурномеханические типы.

9.

Составление смесей глинистых минералов различных
кристаллических типов позволяет получать
коагуляционные структуры, относящиеся к любому
структурно-механическому типу, и является одним из
важнейших методов управления механическими
свойствами различных дисперсии глинистых минералов.
Монтмориллонит, дисперсия которого развивает при
нагружении приблизительно одинаково в смесях с
гидрослюдой также изменяет характер коагуляционных
контактов.
Добавка 30% гидрослюды увеличивает прочность водной
дисперсии монтмориллонита, что повышает быстрые
эластические деформации. Образуются прочные контакты
между двумя слоями глин.

10.

Основой управления технологическими свойствами
является способ их образования, или технологический
процесс, определяемый воздействием различных
внешних факторов: физико-механической
модификации поверхности (физико-химические
процессы в массе, введение добавок, составление
смесей, механическая обработка в агрегатах, давления
и температуры).
В основном формовочные свойства глин
неудовлетворительны
Добавки глин – пластификаторы, отощители, малые
количества электролитов и ПАВ в случае их
правильного применения способны улучшить
формовочные свойства керамических масс и качество
готовой продукций

11.

Управлять механическими свойствами глинистых
минералов можно, увеличивая или уменьшая
диперсность частиц и толщину гидратных пленок, а
также изменяя характер контактов и их
распределение в объеме системы и преобразуя
кристаллическую структуру глинистых минералов.
Структурно-механические типы, как и структурномеханические характеристики отражают
особенности коагуляционных структур глинистых
минералов и позволяют предвидеть их поведение в
технологических процессах.
Хорошо формуются только те немногие глины, у
которых в деформационном процессе преобладают
медленные эластические деформации.

12.

Составление смесей глинистых минералов различных
кристаллических типов позволяет получать
коагуляционные структуры, относящиеся к любому
структурно-механическому типу, и является одним из
важнейших методов управления механическими
свойствами различных дисперсии глинистых минералов.
Выбор воздействии и порядок их чередования, т.е. подбор
обрабатывающих машин, их расстановка в
технологической линий, определяющая наиболее
эффективную последовательность разнообразных
механических воздействии на обрабатываемую массу,
правильное чередование механических и физикохимических (образование гидратных пленок,
диспергирование глинистых частиц, завершение этих
реакции во всем объеме обрабатываемой массы)
воздействии определяют в итоге качественные показатели
технологического процесса.