Прошу совет по реологии расплавов

[MadFisherman]

Добрый день, уважаемые Химики!

С разделом форума мог немного ошибиться, поэтому прошу модераторов, при необходимости, меня поправить.

У меня есть ряд вопросов на которые, к сожалению, я ответа для себя пока так и не нашел. Может быть вы сможете подсказать: где возможно найти более подробную информацию в любом виде, так как сейчас собираю по крупицам из открытого доступа, чего собственно недостаточно. Может быть для вас вопросы покажутся простыми, не судите строго, многое из того что изучал - подзабылось, а теперь требует предметного изучения в силу сложившихся интересов.

 

Собственно проблемные для меня вопросы:

1. Расплавы стекол. Прошу подсказать источники, где можно прочитать о изучении свойств расплавов стекол как неньютоновских жидкостей и их реологических свойствах? Частично кое что нашел в публикациях научного коллектива Бристольского университета, где расплав стекла моделировался как гель с введением макромолекул полимера (имитирующих точки кристаллизации), но не более того. Общался с научным коллективом Института стекла (за что им огромное спасибо) и в целом мы пришли к выводу, что таки да - расплав стекла есть неньютоновская жидкость, но вот более подробно о изучении указанного вопроса информацию найти не удалось...

 

2. Мне попадалась информация о использовании Висмута (и его соединений, но интересует именно х.ч. Висмут) в качестве размеднителя в артиллерии с упоминанием того факта что медь растворяется в расплаве висмута. Не совсем понятна природа процесса. Так как при указанной эксплуатации не происходит нагрева до температуры плавления меди (грубо говоря переход в сплав), т.е. не совсем понятно каким образом происходит растворение. Это именно проникновение (диффузионное?) в кристаллическую решетку меди с последующим переходом в "раствор" или как? Каковы параметры растворяемости в процентном соотношении? и прочее... 

 

3. Расплавы металлов. Частично в открытом доступе есть упоминания о свойствах расплавов сталей при некоторых температурах именно как неньютоновских жидкостях, но не более того, подробности найти не удалось. Да, нашел монографию по изучению растекания расплава алюминия как неньютоновской жидкости, но это немного не то. Может быть подскажете, где еще возможно подчерпнуть информацию?

 

4. Тоже расплавы. Давайте представим условную дисперсную систему из расплава свинца с фторопластом (или любую другую пару, висмут-полиамид (хотя таки тоже любопытный вопрос) и т.д. подходящие по температурам плавления), условно равномерную, опустим за скобки то, что со временем будут образовываться фториды свинца (не это важно), так же пока не учитываем свойства расплава свинца (у меня пока нет ответа на вопрос о реологии). Как в таком случае будет происходить кристаллизация дисперсной системы при переходе в твердое состояние? 

 

5. Полимерная сера. Нестабильная структура при обычных условиях. Образуется в том числе в условиях повышенного радиоактивного излучения. Верен ли по сути вывод о стабильности полимерной серы в условиях радиоактивного излучения?

Изменено 16 Февраля, 2025 в 08:25 пользователем MadFisherman
Добавление

[Arkadiy]

В 16.02.2025 в 11:08, MadFisherman сказал:

Добрый день, уважаемые Химики!

С разделом форума мог немного ошибиться, поэтому прошу модераторов, при необходимости, меня поправить.

У меня есть ряд вопросов на которые, к сожалению, я ответа для себя пока так и не нашел. Может быть вы сможете подсказать: где возможно найти более подробную информацию в любом виде, так как сейчас собираю по крупицам из открытого доступа, чего собственно недостаточно. Может быть для вас вопросы покажутся простыми, не судите строго, многое из того что изучал - подзабылось, а теперь требует предметного изучения в силу сложившихся интересов.

 

Собственно проблемные для меня вопросы:

1. Расплавы стекол. Прошу подсказать источники, где можно прочитать о изучении свойств расплавов стекол как неньютоновских жидкостей и их реологических свойствах? Частично кое что нашел в публикациях научного коллектива Бристольского университета, где расплав стекла моделировался как гель с введением макромолекул полимера (имитирующих точки кристаллизации), но не более того. Общался с научным коллективом Института стекла (за что им огромное спасибо) и в целом мы пришли к выводу, что таки да - расплав стекла есть неньютоновская жидкость, но вот более подробно о изучении указанного вопроса информацию найти не удалось...

 

2. Мне попадалась информация о использовании Висмута (и его соединений, но интересует именно х.ч. Висмут) в качестве размеднителя в артиллерии с упоминанием того факта что медь растворяется в расплаве висмута. Не совсем понятна природа процесса. Так как при указанной эксплуатации не происходит нагрева до температуры плавления меди (грубо говоря переход в сплав), т.е. не совсем понятно каким образом происходит растворение. Это именно проникновение (диффузионное?) в кристаллическую решетку меди с последующим переходом в "раствор" или как? Каковы параметры растворяемости в процентном соотношении? и прочее... 

 

3. Расплавы металлов. Частично в открытом доступе есть упоминания о свойствах расплавов сталей при некоторых температурах именно как неньютоновских жидкостях, но не более того, подробности найти не удалось. Да, нашел монографию по изучению растекания расплава алюминия как неньютоновской жидкости, но это немного не то. Может быть подскажете, где еще возможно подчерпнуть информацию?

 

4. Тоже расплавы. Давайте представим условную дисперсную систему из расплава свинца с фторопластом (или любую другую пару, висмут-полиамид (хотя таки тоже любопытный вопрос) и т.д. подходящие по температурам плавления), условно равномерную, опустим за скобки то, что со временем будут образовываться фториды свинца (не это важно), так же пока не учитываем свойства расплава свинца (у меня пока нет ответа на вопрос о реологии). Как в таком случае будет происходить кристаллизация дисперсной системы при переходе в твердое состояние? 

Данные вопросы скорее не к химикам, а металлургам.

У ньютоновских жидкостей вязкость не зависит от усилия сдвига, а у неньютоновских зависит.

Представьте себе вискозиметр для измерения вязкости расплава при температура 500-1500 градусов!

Медь ПРОСТО растворяется в висмуте!  Также медь растворяется в олове, в припое, если бы вы умели паять, то знали бы об этом

Кто вам сказал, что можно сплавить свинец  с органическими полимерами? У них нет взаимной растворимости, поэтому сплава не получится. Полимеры при температуре плавления свинца будут разлагаться

К тому же плотности у них отличаются в 5-10 раз, поэтому чтобы механически смешать эти два расплава и  и получить  некую "эмульсию-дисперсию" нужно специальное оборудование

Вы ЗРЯ считаете, что кто-то до вас этим всем занимался и даже что-то писал на эту тему статьи...

 

 

Изменено 16 Февраля, 2025 в 08:43 пользователем Arkadiy

[MadFisherman]

В 16.02.2025 в 11:41, Arkadiy сказал:

Данные вопросы скорее не к химикам, а металлургам.

У ньютоновских жидкостей вязкость не зависит от усилия сдвига, а у неньютоновских зависит.

Представьте себе вискозиметр для измерения вязкости расплава при температура 500-1500 градусов!

Медь ПРОСТО растворяется в висмуте!  Также медь растворяется в олове, в припое, если бы вы умели паять, то знали бы об этом

Кто вам сказал, что можно сплавить свинец  с органическими полимерами? У них нет взаимной растворимости, поэтому сплава не получится. Полимеры при температуре плавления свинца будут разлагаться

К тому же плотности у них отличаются в 5-10 раз, поэтому чтобы механически смешать эти два расплава и  и получить  некую "эмульсию-дисперсию" нужно специальное оборудование

Вы ЗРЯ считаете, что кто-то до вас этим всем занимался и даже что-то писал на эту тему статьи...

 

 

Благодарю Вас за ответ!

Тот факт, что вязкость измерить не представляется возможным вполне объективен, но возможно же косвенно изучить, например проявляется ли эффект Кея и прочие яркие свойства неньютоновских жидкостей, что подтвердит природу расплава. Тут важен ответ и, косвенно, я подозреваю, что ответ о природе положительный, но ввиду отсутствия возможности работы на данном этапе с расплавами металлов ищу подтверждение гипотезы. Спросить никогда не вредно ведь.

Что касается растворяемости меди. Паять я умею, но никогда не замечал именно растворяемости медного провода в оловянном припое... С расплавом Висмута не работал (хотя кристалл лежит, но жалко его).

По поводу дисперсной системы свинец-фторопласт (добавлю немного, температуры плавления свинца и фторопласта сопоставимы, я специально написал про пары, аналогично висмут-полиамид - разрушаться не будет.) - тут не нужен сплав, очевидно что сплава не будет. Вопрос в другом совершенно. Это я прекрасно понимаю. Вопрос в реологии дисперсной системы как неньютоновской жидкости для последующих целей. Т.е. в указанной дисперсной системе неньютоновской жидкостью будет являться только фаза или среда тоже. Относительно пары свинец-фторопласт - изучал монографию, в которой как раз отражался процесс реакции и образование фторидов. 

Я прекрасно понимаю, что вопрос малоизучен, проблема гораздо глубже и многограннее, но цель оправдывает всё. Дело в том что, если природа расплава металла проявляется как неньютоновская жидкость, то сама дисперсная система поведет себя именно так как мне требуется, тогда как при ньютоновских свойствах процесс тоже пойдет, но немного не так как планируется. 

Изменено 16 Февраля, 2025 в 09:18 пользователем MadFisherman
Приведение моего ответа в удобочитаемый вид с пояснениями

[Arkadiy]

В 16.02.2025 в 11:50, MadFisherman сказал:

Благодарю за ответ! Вискозиметр это понятно , а реология расплава неясна (вот к примеру вопрос, проявится ли эффект Кея? - тут не нужен вискозиметр), но ответ мне важен, хотя косвенно я подозреваю, что ответ положительный. На счет растворяемости меди, паять я умею, но вот не замечал что бы многожильный медный провод растворялся в олове... По поводу дисперсной системы - тут не нужен сплав. Вопрос в другом совершенно. Это я прекрасно понимаю. Вопрос в реологии дисперсной системы как неньютоновской жидкости для последующих целей. Т.е. в указанной дисперсной системе неньютоновской жидкостью будет являться только фаза или среда тоже.  

В олове растворяется медное жало паяльника, а не провод,  На жале появляется ямка. 

Неньютоновская жидкость - это не совсем жидкость. например цементный раствор - это неньютоновская жидкость,  это в химическом понимании совсем не раствор, а дисперсия цемента и песка в воде. Свойства ньютоновской жидкости  создаются гетерогенной фазой, находящейся в некой жидкости или растворенным в ней высокомолекулярным полимером. Растворить полимер в расплаве металла вряд ли получится, к тому же нужна еще его приличная концентрация, чтобы неньютоновские свойства жидкости стали хорошо заметны

Поупражняйтесь на припое,  сплаве Вуда и песке, аэросиле, Красном железоокисном пигменте -Fe2O3, может что-то и получится. По крайней мере с температурой 80 - 100 градусов работать проще чем с 1000 градусов , Вискозиметр типа Rotovisko можно доработать для работы с расплавом металла.

[MadFisherman]

В 16.02.2025 в 12:16, Arkadiy сказал:

В олове растворяется медное жало паяльника, а не провод,  На жале появляется ямка. 

Неньютоновская жидкость - это не совсем жидкость. например цементный раствор - это неньютоновская жидкость,  это в химическом понимании совсем не раствор, а дисперсия цемента и песка в воде. Свойства ньютоновской жидкости  создаются гетерогенной фазой, находящейся в некой жидкости или растворенным в ней высокомолекулярным полимером. Растворить полимер в расплаве металла вряд ли получится, к тому же нужна еще его приличная концентрация, чтобы неньютоновские свойства жидкости стали хорошо заметны

Поупражняйтесь на припое,  сплаве Вуда и песке, аэросиле, Красном железоокисном пигменте -Fe2O3, может что-то и получится. По крайней мере с температурой 80 - 100 градусов работать проще чем с 1000 градусов , Вискозиметр типа Rotovisko можно доработать для работы с расплавом металла.

Да, кстати, Вы верно заметили... на жале образуется ямка... но процесс не то что бы прям молниеносный. Почему я и интересуюсь размеднителем на висмуте - артеллерийский выстрел по времени достаточно краток. Процесс заинтересовал только в части перевода меди в жидкое состояние при более низких температурах чем температура плавления и приведения её как можно ближе к температурам плавления полимеров и вообще целесообразности рассмотрения вопроса (параметры растворения)... Хотя, если расплавы проявляют такие свойства, то полимеры не нужны, есть другие варианты их дальнейшего использования на неорганике. Да, в перспективе, подойдут для эксперимента не только сплав Вуда, но и Розе, да и вообще любые легкоплавкие металлы. А вот с легкоплавкими стеклами пока вопрос октрытый... пока не нашел составов с тепературами плавления хотя бы в районе 350 градусов, но тут другая проблема - такие стекла не кристаллизуются... 

Что такое неньютоновские жидкости я знаю))) Повторю, речь о растворении не идет в принципе, я физику процесса понимаю. Вопрос именно в переводе в жидкую фазу термопластичного полимера (частный случай) и металла для последующего создания дисперсной системы с которой и планируется в будущем работать (эти эксперименты запланированы в перспективе, оцениваю вообще целесообразность).  

В целом текущие условия позволяют работать комфортно с температурами только до 350 градусов.

Изменено 16 Февраля, 2025 в 09:35 пользователем MadFisherman

[Arkadiy]

В 16.02.2025 в 12:29, MadFisherman сказал:

Да, кстати, Вы верно заметили... на жале образуется ямка... но процесс не то что бы прям молниеносный. Почему я и интересуюсь размеднителем на висмуте - артеллерийский выстрел по времени достаточно краток. Процесс заинтересовал только в части перевода меди в жидкое состояние при более низких температурах чем температура плавления и приведения её как можно ближе к температурам плавления полимеров и вообще целесообразности рассмотрения вопроса (параметры растворения)... Да, в перспективе, подойдут для эксперимента не только сплав Вуда, но и Розе, да и вообще любые легкоплавкие металлы. А вот с легкоплавкими стеклами пока вопрос октрытый... пока не нашел составов с тепературами плавления хотя бы в районе 350 градусов... 

Что такое неньютоновские жидкости я знаю))) Повторю, речь о растворении не идет в принципе, я физику процесса понимаю. Вопрос именно в переводе в жидкую фазу термопластичного полимера (частный случай) и металла для последующего создания дисперсной системы с которой и планируется в будущем работать (эти эксперименты запланированы в перспективе, оцениваю вообще целесообразность).  

Медь просто растворяется в расплавленном висмуте! по-видимому растворимость меди в висмуте, как в растворителе,  весьма высокая. Никакого плавления меди при этом НЕ ПРОИСХОДИТ! Аналогично золото растворяется в ртути, образуя амальгаму безо всякого плавления.

Для ваших опытов термостойкость полимеров оставляет желать лучшего. К тому же при высоких температурах они не плавятся, а только размягчаются. Вы хотите проэмульгировать жидкий металл в расплаве полимера?

 Для этих целей нужно оборудование  -экструдер для литья из термопластов, в котором будет происходить плавление металла и полимера, а также диспергирование -эмульгирование металла в полимере.

Со стандартными полимерами у вас вряд ли что получится, поэтому возможно придется разрабатывать специальный полимер или специальную полимерную композицию

 

Изменено 16 Февраля, 2025 в 10:00 пользователем Arkadiy

[бродяга_]

В 16.02.2025 в 12:29, MadFisherman сказал:

В целом текущие условия позволяют работать комфортно с температурами только до 350 градусов.

  посмотри на легкоплавкие стекла на основе халькогенидов.

[MadFisherman]

В 16.02.2025 в 12:58, Arkadiy сказал:

Медь просто растворяется в расплавленном висмуте! по-видимому растворимость меди в висмуте, как в растворителе,  весьма высокая. Никакого плавления меди при этом НЕ ПРОИСХОДИТ! Аналогично золото растворяется в ртути, образуя амальгаму безо всякого плавления.

Для ваших опытов термостойкость полимеров оставляет желать лучшего. К тому же при высоких температурах они не плавятся, а только размягчаются. Вы хотите проэмульгировать жидкий металл в расплаве полимера?

 Для этих целей нужно оборудование  -экструдер для литья из термопластов, в котором будет происходить плавление металла и полимера, а также диспергирование -эмульгирование металла в полимере.

Со стандартными полимерами у вас вряд ли что получится, поэтому возможно придется разрабатывать специальный полимер или специальную полимерную композицию

 

Нет, амальгама не то совсем. Вот именно в данном вопросе и главный интерес - я понимаю что медь просто растворяется, беспокоят конкретные параметры растворения. Тут, наверное, мне будет лучше отправить вопрос ученым-артиллеристам авторам и эксплуататорам размеднителей (вообще не только висмут, вы правильно подметили, олово тоже используется, равно как и свинец). 

Оборудование есть. Специально для этих целей создана лабораторная установка, на которой и проводятся все эксперименты, только устройство далеко не экструдер, совсем другие принципы используются, но важно применение равномерных дисперсий. С металлами и стеклами - это отдельный вопрос для изучения, почему и озвучил волнующие вопросы для подкрепления практических исследований с теорией (уже существующей на данный момент времени) ввиду наличия кажущейся мне пропасти в наличии информации. 

Изменено 16 Февраля, 2025 в 10:27 пользователем MadFisherman

[MadFisherman]

В 16.02.2025 в 13:07, бродяга_ сказал:

  посмотри на легкоплавкие стекла на основе халькогенидов.

Благодарю за совет! Сейчас посмотрю что там есть. Что-то этот момент я даже не знал (не мой профиль)... Да и в Институте стекла меня направили в сторону свинцовых стекол.... Пока все что мне удалось найти это что-то типа БС-100 (свинцовое (60%PbO) с введением оксида меди (0.1%)) - минимальная температура размягчения 360... Но этого пока многовато. Я правильно понял, что в принципе БС-100 (вот источник состава https://kit-e.ru/legkoplavkie-stekla/) это и есть халькогенид просто с элементами 14 группы (только оксид свинца, хотя и вводится оксид меди для того что бы не допустить восстановления свинца)? В названиях стекол я не дока...

Изменено 16 Февраля, 2025 в 10:49 пользователем MadFisherman

[бродяга_]

https://www.google.com/url?sa=t&source=web&rct=j&opi=89978449&url=https://ru.vyoptics.com/news/optical-element-knowledge/what-are-chalcogenide-ball-lenses-and-why-are-they-essential/&ved=2ahUKEwiS_ZPIl8iLAxVjFBAIHb5yNXAQFnoECCgQAQ&usg=AOvVaw35-qCStK0Fgu2v8CvogwqC

При какой температуре плавятся халькогенидные стекла?

Халькогенидные стекла обычно плавятся при температурах от 200°C до 300°C, в зависимости от их конкретного состава. Эта относительно низкая температура плавления упрощает процесс производства, позволяя производить Специальная оптика из халькогенидного стекла. Несмотря на это, их стабильность при высоких рабочих температурах делает их идеальными для требовательных инфракрасных приложений, включая средневолновые и длинноволновые системы. Такое сочетание свойств обеспечивает долговечность в различных условиях.