6295504678

Prof. dr hab. W. PEETROWSKI, dr O. BOJCOW,

Instytut Problemów Materiałoznawstwa Ukraińskiej Narodowej Akademii Nauk, Kijów, Ukraina

prof. dr hab. inż. A. KIELSKI, dr inż. K. WODNICKA Akademia Górniczo-Hutnicza im. S. Staszica w Krakowie Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki

Wpływ składu ziarnowego proszków na powtarzalność funkcjonalnych właściwości tworzyw ceramicznych przy ich seryjnej produkcji

Jednym z ważniejszych problemów współczesnej technologii ceramiki jest stosunkowo niska powtarzalność właściwości produktu końcowego. Wiąże się to nie tylko z brakiem możliwości kontroli niektórych etapów procesu technologicznego lecz także z tym, że często są niedostatecznie poznane teoretyczne podstawy jednostkowych etapów składających się na całość procesu. O ile takie etapy procesu jak formowanie czy spiekanie są dotychczas dostatecznie dobrze poznane, to teoretyczne podstawy procesów mechanicznego rozdrabniania, mieszania i aktywizacji mechanicznej składników wymagają ciągle dalszych badań.

Celem niniejszej pracy było opracowanie metod optymalizacji procesu mieszania drobnoziarnistych polidysper-syjnych zestawów w celu otrzymania ceramicznych kompozytów.

Jak wiadomo, ostateczna gęstość spieczonej wypraski zależy wprost proporcjonalnie od gęstości wyjściowej zestawu [1] - dlatego zasadniczym kryterium jakości mieszanki jest maksymalna gęstość upakowania ziaren proszkowego zestawu [2, 3]. Wiadomo również, że podczas mielenia proszków zachodzą równocześnie dwa konkurencyjne zjawiska: rozdrabniania i agregacji (aglomeracji) ziarnowej, uwarunkowane termodynamiczną nietrwałością drobnoziarnistych składników. Zatem połączenie oddzielnych, indywidualnych ziaren w większe agregaty ma charakter przypadkowy, a liczba ziaren tworzących poszczególne agregaty jest wielkością przypadkową pozostającą poza kontrolą. Z drugiej strony, z analizy upakowania agregatów [4] wynika, że w celu uzyskania maksymalnej gęstości polidyspersyjnych zestawów jest konieczne aby zawartość drobnej frakcji wynosiła ok. 90% obj., a liczba ziaren w agregacie wynosiła powyżej 90 (wówczas gęstość upakowania praktycznie nie zależy od liczby ziaren w aglomeracie).

Opierając się na powyższych danych zaprojektowano model „idealnego” proszkowego układu o maksymalnej gęstości upakowania ziaren a w konsekwencji maksymalnej gęstości tworzywa ceramicznego. Histogram modelowego zestawu winien charakteryzować się polimo-dalnym przebiegiem z dwoma maksimami: pierwsze maksimum R\ jest zawarte w przedziale średnic ziaren 0-1 pm, zaś drugie - R₂ obejmuje zakres ziaren większych zgodnie z pierwszą zasadą Fiedora [5] według wzoru: gdzie N oznacza liczbę ziaren w aglomeracie. Algorytm powstałego histogramu jest oparty na wyznaczeniu mod według standardowych zasad rozdziału zdyspergowanych ziaren wyznaczonych przez minimum i maksimum rozmiaru ziaren w obszarze wyznaczającym mody. Modelowy skład ziarnowy zestawu o maksymalnej gęstości przedstawiono na rysunku I.

Rys. 1. Histogram składu ziarnowego mieszaniny proszkowej o maksymalnej gęstości upakowania według kłas rozdziału

Ceramika - Materiały Ogniotrwałe nr 3/2000