Методика определения растекаемости (текучести) керамических связок

Ра;

стекаемость характеризует поведение связки в процессе обжига. С повышением температуры при обжиге количество жидкой фазы в связке постепенно возрастает, текучесть увеличивается при снижении вязкости связки.

В абразивной промышленности непосредственно определяется не вязкость расплава связки, а растекаемость (текучесть) [7].

От готовой связки отбирают пробу 20−30 г и просеивают через сетку № 018, увлажняют и вновь пропускают через сетку № 1. Затем отвешивают 4,5 г связки и формуют из нее цилиндрики диаметром 15 мм и высотой 15 мм. Цилиндрики устанавливают на огнеупорную плиту в строго вертикальном положении и помещают в печь, повышая температуру в печи со скоростью 3 °C в минуту до достижения конечной температуры обжига изделий.

По мере повышения температуры цилиндрики начинают плавиться и растекаться на огнеупорной плите (рис. 4.2). После термической обработки измеряют.

Рис. 4.2. Растекаемость связок по горизонтальной плоскости: а — начальное состояние; б— промежуточное состояние; в — конечное состояние штангенциркулем в шести местах диаметр растекшегося цилиндрика О, среднее значение делят на величину диаметра заформованного цилиндрика.

Величину растекаемости вычисляют по формуле.

где /) — диаметр растекшегося цилиндрика после термической обработки, мм; ?/—диаметр заформованного цилиндрика, мм; р — растекаемость, %. Погрешность метода ±(3—4) %.

Таблица 4. 2.

Показатели реакционной способности керамических связок

Методика определения смачивания керамическими связками абразивных материалов. Смачиванием называется физико-химическое явление самопроизвольного увеличения площади контакта жидкости с поверхностью твердого тела под действием поверхностных (капиллярных) сил.

За величину, характеризующую смачивание керамическими связками абразивных материалов, принят краевой угол смачивания (угол растекания 9_р), определяемый методом покоящейся капли [240). Сущность метода заключается в том, что исследуемый образец помещают на плоскую, горизонтально расположенную поверхность и нагревают до перехода в жидкое состояние. Изображение получившейся капли проецируют на фотопластинку и фотографируют. Краевой угол определяют построением касательной к поверхности жидкости около трехфазной границы [241]. Точность метода составляет 3—4 %. На рис. 4.3 представлена схема построения касательной к поверхности жидкости около трехфазной границы для определения угла смачивания.

Построение касательной связано с известными погрешностями, поэтому параллельно значение угла смачивания рассчитывают по формуле [242].

где И — высота капли; / —диаметр ее основания.

Абразивные материалы могут быть представлены в виде монокристаллов (например, карбида кремния) или небольших кусочков, вырезаемых из образца.

Рис. 4.3. Схема построения касательной для определения угла смачивания.

материала. Эти кусочки (примерно 10x5x5 мм) тщательно подшлифовывают на шлифовальном станке при помощи алмазных планшайб по методике [243] до получения плоскопараллельных пластинок толщиной 2—3 мм, так как отклонение от параллельности увеличивает погрешность в определении краевого угла смачивания 0_р. Полученную пластинку раскалывают на три-четыре пластинки, которые используют для проведения опытов.

На подготовленную пластинку абразивного материала помещают кусочки предварительно уплотненной связки массой примерно Зги устанавливают ее в печь высокотемпературного нагревательного микроскопа, работающего по следующему режиму: скорость нагрева до температуры на 150—200 °С ниже заданной составляет в среднем 10 °C в минуту; при температуре ниже заданной на 150— 100 °C скорость нагрева снижают до 5 °C в минуту, а нагрев 20—50 °С осуществляют со скоростью 2−3 °С в минуту. Продолжительность нагревания 2,0—2,5 ч [244]. Потом образец охлаждают в печи до 700 °C, а затем на воздухе.

В процессе нагревания образца его фотографируют при увеличении х5 и времени экспозиции 3 с (для фотопластинок 22 ед. по ГОСТ 2817–50). Изменение размеров образца в процессе нагревания оценивают по изменению высоты его силуэта на фотографиях. Среднее значение краевого угла смачивания определяют из замеров правого и левого углов проекций, окончательная величина выводится из трех-четырех замеров (фотографий). За истинное значение краевого угла смачивания при заданной температуре принимают угол смачивания, который не меняет своего значения при выдержке образца в течение часа.

Характер взаимодействия на границе абразивный материал — связка определяется значением адгезии 1?_я по формуле.

где о_ж — поверхностное натяжение связки, определяемое экспериментально, или рассчитывается по формулам аддитивности [245].

Подобная методика позволяет в случае необходимости изучать фазовые превращения в контактной зоне. Для этого изготовляют аншлиф перпендикулярно поверхности контакта.

Образец может быть использован и для иммерсионного анализа.

В табл. 4.3 представлены значения краевых углов смачивания промышленных связок [246, 247].

Для керамических связок, используемых в производстве абразивного инструмента, погрешность метода определения смачивания составляет ±10%, а значение работы адгезии — от 500 до 700 эрг/см².