Введение к работе
Актуальность работы. Развитие современного строительства влечет возрастание потребностей в новых, эффективных и, в то же время, доступных санитарно-технических и отделочных материалах; ставит задачу существенного повышения качества керамических материалов за счет поиска новых технологических приемов, направленных на улучшение эксплуатационных и эстетических свойств этих материалов, а также на снижение их себестоимости. Успешное решение данной проблемы видится в анализе теоретических и экспериментальных данных о закономерностях структурообразований, их связи с реологическими и технологическими свойствами шликерных масс и создании на этой базе новых методов расчета оптимальных составов для прогнозирования заданных свойств санитарно-технических и отделочных изделий.
Существует научно-обоснованное представление о глиняно-каолиновых суспензиях и наполненных шликерах, как о многокомпонентных и многофазовых системах, в которых можно добиться такой оптимальной микроструктуры, где все ее частицы будут не только равномерно распределяться по всей массе, но и уравновешивать друг друга, отчего шликер будет обладать относительно равновесным состоянием. Шликерная масса представляется единым кластером, пронизывающим весь ее объем, а такого рода кластеры могут быть отнесены к глобальным и изучаться в свете теории протекания, чему в этой работе уделено значительное внимание.
В данной работе изучены природные закономерности структурных преобразований в керамических композитных материалах (ККМ) по схеме: сырье -> глиняно-каолиновая суспензия -> «чистый» шликер -» наполненный шликер, которые рассматриваются как самоупорядоченные системы. Разработаны методы, позволяющие оценивать реологические свойства сырья и производить оптимизацию керамических составов на стадии производства глиноземистых и шликерных масс; прогнозировать
свойства фарфорофаянсовых изделий, в том числе, с использованием компьютерных технологий.
Цель работы. Доминирующей целью данной диссертацион
ной работы является разработка теоретических и технологических
основ производства фарфорофаянсовых изделий
строительного назначения с необходимыми эксплуатационными характеристиками на основе комплексного применения природного сырья и техногенных наполнителей по критериям формирования оптимальных структурных композиций.
Для выполнения поставленной цели были определены следующие задачи исследования:
1 - определить сущность процессов самоорганизации в
дисперсно-наполненных керамических КМ и оценить их
микроструктуру с топологической точки зрения;
-
- разработать методику определения реологических и эксплуатационных свойств сырьевых компонентов и управления кинетическими процессами, происходящими при формировании их микроструктуры, которые положительно влияли бы на физико-механические характеристики фарфорофаянсовых изделий;
-
- разработать методику расчета характеристик, фиксирующих топологическую связь частиц компонентов и наполнителей в керамических массах с точки зрения синергетики КМ;
4 - предложить инженерный метод оптимизации и подбора
составов шликеров с техногенными наполнителями без снижения
основных эксплуатационных свойств санитарно-технических и
отделочных изделий на их основе;
5 - установить зависимость эксплуатационных характеристик
керамических изделий от дисперсности и поверхностной энергии
наполнителей;
6 - разработать на основе современных компьютерных
технологий программное обеспечение по расчету оптимальных
составов фарфорофаянсовых изделий;
;. .7 - определить предельно допустимые термические . напряжения наполненных керамических материалов на стадии охлаждения;
8 - провести производственные испытания оптимальных составов ККМ и на их основе разработать нормативную документацию.
Научная новизна работы заключается в том, что:
- используя последние достижения в области синергетики
установлена кластерная природа ККМ, как результат само
произвольного структурообразования;
разработан метод оценки основных эксплуатационных характеристик исходных сырьевых глиняных и каолиновых материалов;
разработан универсальный метод оценки оптимального содержания дисперсных частиц компонентов шликера и наполнителей, позволяющий обеспечить топологическую связь между дисперсионной и дисперсной фазами системы;
предложен аналитический метод расчета содержания тонкомолотых компонентов шликера и наполнителя, позволяющий прогнозировать структурный переход от изолированных кластеров к упрочненному структурному каркасу, состоящему из дисперсных частиц и глиняно-каолиновой матрицы;
- установлена зависимость кинетических процессов в ККМ от
дисперсности и величины поверхностной энергии частиц
наполнителя;
-изучено влияние поверхностной энергии тонкомолотого наполнителя на формирование микроструктуры шликерных масс и на эксплуатационные характеристики полученных фарфоро-фаянсовых изделий;
- установлено существенное повышение эффективности наполненных шликерных масс при комплексном использовании интенсивной раздельной технологии (ИРТ) и при обработке наполнителей ПАВ;
- разработана схема определения термических напряжений
в наполненных керамических материалах при их охлаждении,
позволяющая оптимизировать режим снижения температуры.
Апробация работы. Результаты проведенных исследований
докладывались на международных и республиканских научно-
технических конференциях: «Современные проблемы
материаловедения» (Самара, 1995 г.); «Проблемы строительного и
дорожного комплексов» (Брянск, 1998 г.); «Современное
строительство» (Пенза, 1998 г.); «Строительство и экология»
(Пенза,І999 г.); «Фарфор. Керамика. Стекло» (Москва, 1999 г.);
«Современные проблемы строительного производства» (Воронеж,
1999 г.).
Основные положения диссертации изложены в 30 печатных работах, в том числе 1 монографии и 5-ти патентах на изобретения.
Результаты исследований прошли производственную апробацию на А.О.З.Т. «Самарский строительный фарфор».
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, приложений и списка литературы, включающего 207 наименований. Основная часть изложена на 261 странице машинописного текста, содержащего 50 рисунков и 15 таблиц.
