Главная
Новости
Ремонт
Каркасный дом
Несущие конструкции
Металлические конструкции
Прочность дорог
Дорожные материалы
Стальные конструкции
Воздухоопорные сооружения
Грунтовые основания




13.10.2019


13.10.2019


10.10.2019


10.10.2019


09.10.2019


08.10.2019


08.10.2019


08.10.2019


06.10.2019


06.10.2019





Яндекс.Метрика

Контакты | Карта сайта
         » » Исследование влияния магнитной обработки на изменение свойств керамических материалов

Исследование влияния магнитной обработки на изменение свойств керамических материалов

29.03.2016


В настоящее время метод магнитной обработки широко распространен в ряде промышленных отраслей, в том числе в строительной индустрии. На сегодня опубликовано большое количество результатов исследований, посвященных эффективному действию магнитного поля как на гомогенные водно-солевые растворы, так и на различные гетерогенные физико-химические системы. Показано, что магнитная активация оказывает влияние на скорость протекания физико-химических процессов, электропроводность воды, растворимость в ней газов и солей, гидратацию, кристаллизацию, твердение материалов, коррозию, электролиз.
Ранее отмечалось, что использование магнитной обработки для активации глинистых суспензий позволило повысить механическую прочность изделий на 2-10 %. При оптимальных параметрах магнитной обработки воды (напряженность поля в рабочем зазоре между полюсами и др.) условный модуль деформации и пластическая вязкость глинистых высококонцентрированных дисперсий возрастают на 30-40 %.
Имеющиеся результаты и механизмы течения процессов в технологии магнитной активации систем обнаруживают успешное разрешение проблем при производстве керамических изделий различного назначения. Технология магнитной обработки находит применение и в стекольной промышленности. На Софийском стекольном заводе была проведена обработка импульсным магнитным полем бутылки из бесцветного стекла вместимостью 0,5; 0,7 и 1 л. Обработка осуществлялась на конвейере между стеклоформующим автоматом и печью обжига, температура стекла -600-650 °С. Затем бутылки испытывали на сопротивление внутреннему давлению. Лучшие результаты были получены при режимах магнитного поля с биполярными асимметричными импульсами. Такая обработка на 25-30 % повышает среднее значение сопротивления внутреннему давлению бутылок.
Настоящими исследованиями являлось установление режимов магнитной обработки на стадии подготовки сырьевых смесей и отформованных образцов для улучшения характеристик керамических материалов.
Для проведения исследований использовался модельный состав, включающий кварцевый песок (40 %), стеклопорошок (42 %), глину (18 %) и 8 % воды (сверх 100 %). Химические составы материалов представлены в табл. 6.1.
Исследование влияния магнитной обработки на изменение свойств керамических материалов

По минералогическому составу глина каолинит гидрослюдистая с преобладанием легкой фракции кварца, полевого шпата. По химическому составу глина кислая с низким содержанием водорастворимых солей.
Содержание в песке глинистых и пылеватых частиц -2,25-4,3 %, слюды - в среднем 2 %, модуль крупности - 1,49.
Магнитная обработка осуществлялась в постоянном поле напряженностью 2500 Э. Приготовленная смесь помещалась между полюсами магнита и выдерживалась от 10 до 60 мин. Затем из активированных смесей формовались образцы, которые обжигались в лабораторной печи при различной температуре и затем испытывались на прочность при сжатии. При проведении сравнительных исследований использован дифференциальный метод сопоставления единичных показателей качества керамических изделий по прочности практически для всех электрофизических режимов активации.
В качестве относительного показателя качества принята величина q, определяемая по формуле
q = Ri/Riδ,

где Ri - значение единичного показателя качества по прочности активированных образцов в том или ином типе и режиме электрофизической активации; Riδ - значение соответствующего единичного базового показателя качества по прочности, которое в нашем случае принято для контрольных серий образцов.
Для оценки принимают, как правило, отношение показателей, при котором увеличение q отражает улучшение качества. Если относительные показатели по данному критерию качества q ≥ 1, то уровень качества не ниже базового (контрольных серий).
Результаты исследований приведены на рис. 6.1.
После этого объектом магнитной обработки стали отформованные образцы, которые обжигались при различной температуре (рис. 6.2).
При сравнении рис. 6.1 и 6.2 обращает на себя внимание характерный оптимум при времени обработки 20 мин как для сырьевых смесей, так и отформованных образцов. Максимальное увеличение прочности керамических образцов составило 29 % по сравнению с контрольными (неактивированными) образцами.
Для изучения влияния магнитного поля были проведены эксперименты по магнитной обработке, когда объекты находились на одном из полюсов магнита. Результаты исследований приведены на рис. 6.3-6.5.
Исследование влияния магнитной обработки на изменение свойств керамических материалов
Исследование влияния магнитной обработки на изменение свойств керамических материалов
Исследование влияния магнитной обработки на изменение свойств керамических материалов

Как видно из рисунков, дифференциальный показатель качества больше единицы и зависит от типа и режимов магнитной обработки. В ряду последовательности проведения магнитной обработки затворенной смеси на отрицательном полюсе, между магнитными полюсами и на положительном полюсе получено превышение прочности керамических образцов над прочностью контрольной серии в 1,2; 1,29 и 1,34 раза соответственно. Значительно большее превышение получено при магнитной обработке отформованных образцов, находящихся на положительном полюсе магнита.
Для последнего случая превышение составило 1,6 раза. Подобное превышение имеет место и при высоковольтной активации керамических образцов.
Наиболее вероятно, это связано с наличием единого механизма проявления в межфазных взаимодействиях как при магнитной, так и при высоковольтной обработке. При обработке сильными магнитными и электромагнитными полями, предположительно, ответственными за последействия являются слабомагнитные вещества в объекте активации.
Все вещества могут быть разделены по своим магнитным свойствам на 2 класса: сильномагнитные и слабомагнитные. Слабомагнитными являются большинство веществ, встречающихся в природе. Их магнитная восприимчивость существенно меньше единицы. Однако она может быть как положительной (при внесении вещества в магнитное поле величина последнего возрастает, т. к. намагничивание направлено по полю), так и отрицательной (при внесении вещества в магнитное поле величина последнего уменьшается, т. к. намагничивание направлено против поля). В первом случае имеет место парамагнетизм, во втором - диамагнетизм.
Кроме того, при магнитной обработке, принятой в исследованиях системы, имеет место течение смежных физикохимических превращений. Под воздействием магнитного поля протекают поляризационные процессы в жидкой фазе, усиливая ее расклинивающее действие и ослабляя межпакетные связи в узлах кристаллических решеток гидрослюд и монтмориллонитов. Кроме того, при коагуляционном типе структур тонкодисперсного химически активного компонента тонкая равновесная прослойка воды, толщины которой соответствует минимуму свободной энергии системы, под воздействием магнитного поля становится термодинамически неустойчивой. Поверхностные силы, ответственные за адгезионную связь, в конечном итоге всегда определяются химическим строением контактирующих сил, связанных с образованием на поверхности гомеополярной химической связи, и сил, обусловленных образованием двойного электрического слоя.
При отсутствии внешних воздействий в принятом объекте исследований происходит формирование мицелл и образование двойного электрического слоя. При этом на поверхности глинистых частиц с отрицательным зарядом активно адсорбируются катионы Na+ (энергия адсорбции Na+ меньше энергии адсорбции ионов Са++). Воздействие на жидкую фазу магнитным полем вызывает активацию ионов Са++, что ранее отмечалось при магнитной обработке воды. Активированные ионы Ca + замещают в сорбированном комплексе катионы Na+, участвуя более интенсивно в образовании двойного электрического слоя. Величина ДЭС глинистой частицы (состоящего из поверхностного и диффузного слоев) уплотняется за счет замены двух катионов Na+ одним ионом Са++, что приводит к деформации (сжатию) диффузного слоя и снижению величины электрокинетического потенциала. Последнее экспериментально подтверждено. Сжатие диффузного слоя сопровождается уменьшением средней толщины гидратных оболочек и созданием более благоприятных условий для проявления сил межмолекулярного взаимодействия частиц.
При течении указанных физико-химических межфазных взаимодействий и процессов структурообразования в принятых композициях при их магнитной активации, как отмечалось выше, не следует не учитывать роли слабомагнитных веществ, входящих в состав объекта магнитной обработки. Общепринятым считается, что парамагнитные вещества при наложении внешнего магнитного поля усиливают последнее, в то время как диамагнитные вещества, внесенные в магнитное поле, уменьшают его. Помещенное в магнитное поле вещество намагничивается, образуя «единичные магнитные зоны», которые представляют собой микромагниты. Эти «наведенные» магниты могут «помочь» воде сохранить ту поляризационную ориентацию, которую она получает, находясь в магнитном поле. Поляризация молекул означает, что все они ориентируются в строго определенном направлении, т. к. молекулы воды есть диполь с электрическими зарядами в вершинах его: 2+ и 2-. Однако из-за незначительного времени релаксации воды (10в-9 с) поляризация ее существует только в момент нахождения в магнитном поле. Ecли в воде имеются какие-то вещества (парамагнитные или диамагнитные), которые намагничиваются, находясь в поле, то эти вещества способны закрепить на некоторое время ту структуру воды, которую она получила под действием электромагнитных сил. Проведенный полный анализ воды затворения сырьевых смесей показал наличие в ней элементов с величиной парамагнитной восприимчивости +(10-13)10в6 (в ед. СГСМ) и элементов с диамагнитной восприимчивостью от -3*10в6 (Mg2+) до -40*10в6 (SO4в2-). Кроме того, в принятых объектах магнитной обработки и условиях их подготовки имеют место вещества, обладающие как парамагнитной, так и диамагнитной восприимчивостью.
В сырьевой смеси основной компонент - стеклопорошок (SiO2) имеет диамагнитную восприимчивость, равную -0,423*10в6, вовлекаемый в смесь воздух обладает парамагнитной восприимчивостью +24,16*10в6.
Нельзя не отметить также, что с увеличением температуры обжига керамических образцов до 850 °C влияние магнитной активации заметно уменьшается, так же как при высоковольтной активации коронным разрядом.
Свойства керамических образцов зависят как от времени электрофизического воздействия, так и от температуры, при которой в последующем обжигались активированные объекты.
Для разной температуры существует разное время электрофизической активации, при котором прочностные свойства керамических образцов достигают оптимальных значений.
При температуре обжига керамических образцов выше 850 °C интенсивно протекают процессы спекания, которые становятся критическими (для данной сырьевой композиции), вызывая возможные появления деформации образцов. Влияние электрофизического воздействия на свойства керамических изделий в этом случае становится малозаметным.