МЕТОДЫ ФОРМОВАНИЯ
В технологии строительных материалов применяют самые разнообразные методы формования с использованием в качестве исходных формовочных масс как порошков, так и суспензий или паст.
Выбор оптимального способа формования определяется множеством факторов: формой изделий, требуемыми свойствами, массовостью изделий и др.
При изготовлении некоторых типов строительных материалов нередко возникают задачи достижения максимальной степени уплотнения или получения изделий с минимальной усадкой при твердении (например, для повышения точности геометрических размеров). В связи с этим особое внимание уделяют выбору метода формования с точки зрения достижения предельных значений относительной плотности полуфабриката ρотн. (Отнгосительная плотность – отношение средней плотности к истинной).
1. Формование литьем
Сущность этого метода заключается в том, что литая (подвижная) формовочная масса (суспензия, расплав) заливается в форму, где под действием силы тяжести она равномерно распределяется по всему ее объему. После уплотнения массы и приобретения ею необходимой прочности изделие извлекается из формы и направляется на дальнейшую обработку. С использованием этого метода формуют изделия из расплавов (шлаковое и каменное литье), керамические изделия (шликерное литье), бетонные и гипсовые изделий из высокоподвижных смесей.
Литьем из расплавов формуют специальные детали, работающие в условиях сильного абразивного износа или химической агрессии. Процесс формования практически не требует специального уплотнения и заключается лишь в удалении из расплава воздуха или образующегося газа. Продолжительность стадии отвердевания зависит от условий кристаллизации расплава и скорости теплообмена при остывании отливки.
Термин «шликерное литье» исторически был связан с получением фарфоровых и других керамических изделий из шликеров – водных суспензий глин и каолинов. В настоящее время шликеры получают не только из глин, но и из многих других веществ.
Шликерным литьем называют метод формования изделий из концентрированных суспензий с использованием пористых форм. Содержанием жидкости в суспензии составляет 50…70% (по объему).
Шликерное литье применяют для получения тонкостенных изделий, или изделий больших размеров и сложной геометрической формы.
Сущность метода заключается в следующем. Шликер заливают в пористую форму (чаще всего изготовленную из гипса). Вода из шликера под действием капиллярных сил проникает в поры формы, а твердые частицы отлагаются и упаковываются на стенках формы (происходит «набирание формы заготовки»). После набора формы до требуемой толщины избыток шликера удаляют, заготовку предварительно высушивают, затем извлекают из разборной формы и подвергают дальнейшей обработке (сушка, обжиг).
Для изготовления изделий методом литья необходимо обеспечить оптимальные условия процесса. Шликер должен иметь:
высокую текучесть (малую вязкость) без сильно выраженных тиксотропных и дилатантных свойств;
не содержать газовых включений;
обладать седиментационной устойчивостью;
достаточно высокими скоростями набора массы и фильтрации через слой осадка (проницаемость осадка).
Заготовки должны иметь возможно более высокие плотность и прочность.
В случае шликерного литья исключительное влияние на показатели относительной плотности полуфабриката оказывает химическая природа твердой фазы, которая определяется ионным потенциалом ИП.
Ионный потенциал определяется соотношением ИП = Z/r, (Z – заряд катиона; r – радиус катиона).
Ионный потенциал характеризует гидратируемость твердой фазы и, соответственно содержание в шликере связанной жидкости.
При высоких значениях ИП максимально возможная концентрация твердой фазы в суспензии увеличивается, уменьшается доля связанной воды и толщина гидратно-адсорбционных оболочек на поверхности частиц, снижается седиментационная устойчивость и скорость набора массы.
Для веществ с высоким ИП (кремнезем, глины) применяют мокрое измельчение при 40…60оС и стабилизирующее перемешивание в течение 6…20 часов. Литьевые суспензии с низким ИП (оксиды магния, циркония) готовят суспендированием относительно грубодисперсных порошков сухого помола, используют электролиты и вибрационные методы литья.
В первом случае комплекс мероприятий направлен на развитие двойного электрического слоя, а во втором – на его уменьшение.
Поэтому на основе шликеров из «кислых» материалов с повышенным значением ИП (65…100) достигают получение отливок с относительной плотностью 0,82…0,90. Из тех же порошков изделия, получаемые методом прессования, имеют относительную плотность в пределах 0,65…0,7.
Хороший шликер должен удовлетворять разнообразным требованиям, некоторые из которых противоречивы:
иметь достаточно низкую вязкость для обеспечения хорошей текучести;
давать чистую поверхность и высокое качество изделий;
быть высокоустойчивым (иметь низкую скорость оседания);
обеспечивать возможность быстрого высвобождения изделия из формы;
обеспечивать низкую усадку изделий при сушке и высокую прочность в высушенном состоянии;
иметь удовлетворительную скорость «набора тела»;
шликер, предназначенный для получения плотных изделий, должен быть свободным от пены, газовых пузырей и др. включений;
иметь предельно высокое содержание твердого компонента.
Различают методы сливногоиналивноголитья.
Сливное литьеприменяют для изготовления тонкостенных полых изделий (чашки, тигли). После заполнения формы шликером и набора массы необходимой толщины на гипсовой форме излишки шликера сливают или отсасывают, а заготовку после подвялки извлекают из формы.
Наливным литьемформуют толстостенные изделя (санитарно-техническую керамику). Шликер выдерживают в форме до тех пор, пока полость формы не заполнится осадком полностью. Периодически в форму добавляют новые порции шликера.
Основными факторами повышения качества и производительности литья являются:
вакуумирование шликера и заполнение формы шликером под вакуумом;
нагрев шликера до 40…50оС;
Процесс ускоряется также при приложении избыточного давлния к шликеру (до 7 МПа), создания разряжения с внешней стороны формы и использовании метода центробежного литья. Эффективно применение вибрации.
Литые бетонные смесиприменяют при формовании изделий сложной геометрической формы, тонкостенных или густоармированных конструкций, где осуществить уплотнение смеси обычными приемами трудно или невозможно.
Формование литьем используют при изготовлении изделий из ячеистых бетонов.