Керамическая суспензия становится гуще при перемешивании: почему вода не восстанавливает текучесть

При приготовлении керамики текучесть суспензии влияет на смешивание, транспортировку, формование и последующую обработку. Иногда суспензия нормально перемешивается, когда порошок впервые добавляется в жидкость, но по мере продолжения перемешивания система постепенно загустевает, даже с трудом образуя нити, комки или текучесть.

Обычный ответ — продолжать добавлять воду, чтобы снизить содержание твердых веществ. Но после добавления воды суспензия все равно может плохо течь или могут возникнуть новые проблемы, такие как осаждение и изменение состояния формования. Таким образом, вязкость суспензии определяется не только содержанием воды. Взаимодействие частиц, состояние дисперсии и добавки в рецептуре могут повлиять на конечное поведение.

Попадая в жидкость, керамический порошок не обязательно сам по себе образует равномерно распределенную систему частиц. Если между частицами существует сильное притяжение, они собираются в кластеры. Такие агломерированные структуры занимают больше места и могут образовывать взаимосвязанные сети частиц, что обеспечивает высокую вязкость. Если порошок не полностью смачивается и диспергируется при перемешивании, могут остаться локальные агломерации. Более продолжительное перемешивание также не обязательно приводит к улучшению дисперсии; сдвигающая способность оборудования, скорость подачи и последовательность добавления порошка — все это влияет на конечное распределение частиц.

Керамические порошки различаются по размеру частиц, удельной площади поверхности, поверхностному заряду и химическому составу поверхности. Некоторые мелкие порошки имеют большую удельную поверхность, и для их смачивания требуется больше жидкости; некоторые легко агломерируются за счет поверхностных эффектов. Сильное взаимодействие частиц может привести к повышению вязкости и ухудшению текучести. Даже при одинаковых пропорциях добавления порошки с разными характеристиками могут давать совершенно разные состояния суспензии.

Диспергатор может улучшить смачивание поверхностей частиц и ослабить притяжение между частицами, помогая порошку оставаться равномерно распределенным в жидкости. Но это не обязательно снижает вязкость после добавления. Если добавка не соответствует поверхности порошка или дозировка и последовательность добавления не подходят, частицы все равно могут агломерироваться. В некоторых системах избыток добавки изменяет состав жидкой фазы или взаимодействие частиц и ухудшает состояние суспензии. При выборе следует учитывать тип порошка, жидкую среду, целевое содержание твердых веществ и требования к формованию, и он не может полагаться только на дозировку.

Керамическая суспензия обычно представляет собой многофазную систему с определенными реологическими свойствами. Некоторые суспензии создают внутреннюю структуру в состоянии покоя и изменяются при сдвиге; другие демонстрируют колебания вязкости во время перемешивания из-за неравномерного распределения частиц или локально высокой концентрации. Если сила сдвига недостаточна, порошок может диспергироваться не полностью; если питание происходит слишком быстро, локально образуются зоны высокой концентрации и агломерация становится более вероятной. Анализируйте скорость перемешивания, время, способ подачи и температуру одновременно, а не просто дольше перемешивайте.

При других аналогичных условиях увеличение количества жидкости обычно снижает содержание твердых веществ и увеличивает среднее расстояние между частицами. Но если порошок образовал достаточно устойчивые агломераты, вода не может их редиспергировать. Вот почему некоторые суспензии демонстрируют более низкую вязкость после разбавления, но при этом имеют комкование и неравномерную текучесть.

Жидкость требует подходящей текучести, а также должна отвечать требованиям к формованию, стабильности осаждения и последующей сушке. Снижение вязкости только за счет добавления воды может снизить содержание твердых веществ, увеличить время сушки или изменить распределение частиц во время формования. Для процессов, требующих определенного содержания твердых веществ, сначала проанализируйте структуру и дисперсию суспензии, а затем решите, следует ли изменить количество жидкости.

Вязкость зависит от температуры, скорости сдвига, времени выдержки и метода измерения. Если условия испытаний каждый раз различаются, измеренная вязкость может быть непостоянной даже без изменения рецептуры. При сравнении до и после добавления воды следите за тем, чтобы условия испытаний были одинаковыми, а также наблюдайте за однородностью, текучестью и изменениями после отстаивания.

Проверьте смачивание и дисперсию. Следите за всплыванием, комкованием или локальным образованием комков после добавления порошка, а также проверяйте скорость подачи, интенсивность перемешивания и предварительное диспергирование. Если агломерация происходит преимущественно во время подачи, отрегулируйте последовательность подачи и предварительное увлажнение.

Диспергатор выбирайте по порошку. Поверхностные свойства керамических порошков сильно различаются. Сравнивайте добавки в небольших тестах с одинаковым содержанием твердых веществ на предмет изменения вязкости, однородности дисперсии и стабильности в состоянии покоя, а также следите за дозировкой и последовательностью добавления, а не просто за вязкостью сразу после перемешивания.

Оптимизируйте содержание твердых веществ и перемешивание. Если позволяют технологические требования, разумно отрегулируйте соотношение порошка и жидкости и убедитесь, что оборудование обеспечивает достаточное смешивание и сдвиг. Периодическая подача и предварительное диспергирование могут улучшить смешивание в системах, склонных к локальной агломерации.

Наблюдайте за потоком и стабильностью вместе. Низкая вязкость не обязательно означает лучшее общее состояние. Если частицы легко оседают или формируются слои тела, это может повлиять на последующую обработку, поэтому оценивайте корректировки по вязкости, стабильности в состоянии покоя, производительности формования и адаптируемости процесса.