Теоретические сведения

Операция сушки сформованных пластическим способом или литьем керамических изделий является исключительно ответственной. Это объясня­ется тем, что при ее проведении малейшее отклонение от установленного ре­жима влечет за собой дефектообразование, т.е. брак. При этом часто бывает так, что дефекты, обусловленные сушкой, сразу после этой операции не обнаруживаются, а проявляются уже после обжига. Склонность керамических масс к образованию дефектов может колебаться в очень большом диапазоне и оценивается сушильными свойствами: чем они хуже, тем опасность появ­ления брака выше. Четкой формулировки для термина "сушильные свойства" в технологии керамики не выработано, поскольку он обозначает и объясняет многие явления, свойства и процессы. Поэтому для оценки сушильных свойств необходимо учитывать как можно большее число факторов, влияю­щих на склонность к дефектообразованию данной конкретной керамической массы. Основная причина, приводящая к дефектообразованию - это неодина­ковое (неравномерное) уменьшение разных частей полуфабриката, т.е. раз­личие в величинах воздушной усадки. Такая неравномерность может возни­кать по, различным механизмам и, следовательно, проявляться также по-разному. Это происходит, в частности, потому, что воздушная усадка любой конкретной керамической массы как количественный параметр, не является константой, а меняется в существенном интервале в зависимости от некото­рых условий. Это серьезно осложняет как оценку сушильных свойств, так и управление процессом сушки. Сложность заключается в следующем.

Во-первых, значение воздушной усадки одной и той же массы может изменяться почти в два раза в зависимости от скорости сушки и знака испы­танных образцом при формовании напряжений (сжатие или растяжение). Кроме того, от скорости сушки зависит также величина критической влажно­сти. Вследствие наличия указанных выше явлений в керамическом полуфаб­рикате при сушке практически всегда возникают внутренние напряжения, обусловленные неравномерностью воздушной усадки. Если их величина сравняется или превысит прочность материала, то происходит его разруше­ние, например, появляется трещина. В других случаях изделие не разрушает­ся, но деформируется, коробится, что также снижает его качество.

Во-вторых, само по себе абсолютное значение усадки даже при жест­ко стабилизированной скорости сушки еще не может служить критерием предрасположенности данной массы к образованию дефектов, т. е. нельзя ут­верждать, что масса с усадкой, например, 12% по сушильным свойствам ху­же массы с усадкой 5%. Это объясняется тем, что необходимо также учиты­вать влагопроводность масс. Так при сушке образца из массы с большой влагопроводностью потери испаряемой с поверхности воды сравнительно быст­ро компенсируются за счет внутренней диффузии. В этом случае влажность материала падает более или менее равномерно по всему объему образца, а следовательно, и различие в величинах воздушной усадки по сечению изде­лия незначительное. Если же влагопроводность мала, то при сушке вода из центра образца движется с трудом и между сухой поверхностью и влажным центром возникает большой перепад влажности. Это ведет к возникновению значительных напряжений из-за существенного различия в величинах усадки внутренних и поверхностных частей изделия. Таким образом, может ока­заться, что керамическая масса с большей величиной воздушной усадки и с большей влагопроводностью будет обладать лучшими сушильными свойст­вами по сравнению с массой, обладающей меньшей воздушной усадкой, но и малой влагопроводностью.

Степень влияния влагопроводности на величину возникающего при сушке перепада влагосодержания, а значит и напряжений из-за разницы воз­душной усадки, зависит при прочих равных условиях от общей скорости сушки. Если скорость испарения воды с поверхности достаточно мала, то даже при небольшой влагопроводности значительного перепада влажности по сечению не возникает.

Таким образом, сушильные свойства керамической массы определяются величиной воздушной усадки, характером и значением испытываемых об­разцом при формовании напряжений, величиной критической влажности, скоростью сушки, величиной влагопроводности, а также прочностью мате­риала. Математической модели, которая могла бы описать весь процесс взаимовлияния перечисленных факторов при сушке, не существует. Поэтому сушильные свойства определяются экспериментально, причем данные, полу­ченные путем лабораторных испытаний, являются весьма приближенными.

Наиболее часто склонность массы к дефектообразованию определяют по величине т.н. коэффициента чувствительности к сушке К_с, предложенного А.Ф.Чижским. Этот коэффициент вычисляют по формуле

где W_н – начальная формовочная абсолютная влажность массы, %;

W_к – критическая абсолютная влажность массы, соответствующая тако­му состоянию массы, когда воздушная усадка прекращается, %;

Считается, что при К_с меньше 1,2 масса малочувствительна к сушке, при К_с= (1,2*1,8) – среднечувствительна и при К_с больше 1,8 – высокочувст­вительна.

Другим экспериментальным способом определения сушильных свойств является сушка серии образцов массы по все более ужесточающемуся режи­му. Цель испытаний заключается в том, чтобы найти такую предельно высокую скорость сушки образцов из конкретной керамической массы, при кото­рой еще сохраняется возможность обеспечить приемлемое качество изделий. Этот способ позволяет оценить комплексно, хотя и в косвенной форме, влия­ние на поведение данной массы влагопроводности, воздушной усадки, кри­тической влажности и скорости сушки. Считается, что сушильные свойства массы тем лучше, чем больше упомянутая выше предельно высокая скорость сушки.