W 9 - 26 IV 2010

Gęstość pozorna

Przez gęstość pozorną rozumiemy stosunek masy materiału do jego objętości, łącznie z porami.

m - masa próbki

V - objętość próbki w stanie naturalnym

Gęstość pozorna materiału zależy od jego struktury i jeżeli struktura jest porowata, to jest mniejsza od tzw. gęstości absolutnej.

Jeżeli próbki mają kształt regularny, bez pęknięć i innych wad powierzchniowych, można zastosować metodę bezpośrednią, w której przygotowuje się 6 próbek o kształcie sześcianu lub walca o boku lub średnicy ok. 50 mm. Próbki suszy się w suszarce w temperaturze 105-110˚C do stałej masy i waży z dokładnością do 0,02 g. Wymiary mierzy się z dokładnością do 0,1 mm. Gęstość oblicz się z wzoru podanego wyżej.

Dokładniejszy pomiar gęstości w przypadku materiałów o nieregularnych kształtach wymaga zastosowania metody hydrostatycznej opartej na prawie Archimedesa (ciało zanurzone w cieczy traci na wadze tyle, ile wynosi masa cieczy wypartej przez to ciało). Próbki należy wysuszyć w temperaturze 105-110˚C do stałej masy, a następnie nasycić wodą do osiągnięcia stałej masy. Po nasyceniu woda i wytarciu każdą próbkę waży się w powietrzu oraz całkowicie zanurzoną w zlewce z wodą na wadze hydrostatycznej. Oprócz wody destylowanej można stosować też alkohol. Gęstość próbki oblicza się z wzoru:

m₁ - masa próbki zważonej w powietrzu [g]

m₂ - masa próbki zważonej w cieczy [g]

ρ₀ - gęstość cieczy [g/cm³]

W związku z tym, że gęstość cieczy zmienia się wraz z temperaturą, należy uwzględnić ten fakt przez odczyt z tabeli gęstości cieczy odpowiedniej dla danej temperatury.

Gęstość nasypowa

Dla kruszyw w stanie luźnym i innych ceramicznych materiałów rozdrobnionych wprowadzono pojęcie gęstości nasypowej. W przypadku proszków o nieregularnych ziarnach zachowanie stałości upakowania jest praktycznie niemożliwe. Gęstość luźno upakowanych proszków określa się jako stosunek masy proszku do objętości:

Przez utrząsanie proszku podczas nasypywania zwiększa się możliwość przemieszczania proszku i zajmowania pustych przestrzeni, co powoduje wzrost gęstości.

Dla proszku nasypanego z utrząsaniem gęstość wyraża się podobnym wzorem:

Stałość gęstości nasypanego proszku określa się stosunkiem gęstości nasypowej z utrząsaniem do gęstości nasypowej proszku luźno usypanego.

W analizie gęstości ułożenia proszków przyjmuje się z reguły ich kulisty kształt. Zbiór takich ziaren może być ułożony na 5 różnych sposobów.

[mamy dostać ten rysunek - nawet go nie wyświetlił ;P]

W zależności od sposobu ułożenia zmienia się liczba koordynacyjna tzn. liczba sąsiednich ziaren, a także porowatość objętościowa, która zmniejsza się ze wzrostem liczby koordynacyjnej.

W praktyce proszki składają się z ziaren o różnej średnicy i kształcie często odbiegającym od kulistego. Ziarna grubsze zajmują większą objętość od ziaren drobnych (większe przestrzenie między ziarnami). Dobierając frakcje proszków o różnych średnicach (klasach ziarnowych) można jednak uzyskać dużą gęstość nasypową. W takim przypadku małe ziarna zajmują miejsca w przestrzeniach (lukach) pomiędzy większymi ziarnami. Większe upakowanie można uzyskać, odrzucając niektóre frakcje ziaren.

Przy doborze wielkości ziaren we frakcjach należy kierować się następującymi zasadami:

1. rozmiary ziaren każdej drobniejszej frakcji powinny być mniejsze od wolnych przestrzeni międzyziarnowych frakcji grubszej

2. liczba ziaren frakcji mniejszej powinna być wystarczająca do wypełnienia porów frakcji grubszej

Stosowanie proszków jako półproduktów do prasowania i spiekania o dużej gęstości nasypowej pozwala na:

1. zmniejszenia wysokości komory nasypowej formy, co prowadzi do obniżenia kosztów

2. stosowanie większych szybkości prasowania ze względu na mniejszą ilość odprowadzanego powietrza

3. uzyskanie na większej gęstości pozornej wypraski

Pomiary gęstości nasypowej wykonuje się przez nasypanie proszku do naczynia o znanej objętości przez znormalizowany lejek i jego zważenie.

Sypkość

Sypkość proszku określa się wielkością kąta usypu zawartego pomiędzy tworzącą luźno usypanego stożka a jego podstawą. Im mniejszy jest kąt i kształt ziaren bardziej zbliżony do kulistego, tym większa jest sypkość proszku. Natomiast wraz ze wzrostem nieregularności ziaren i wilgotności sypkość maleje.

W procesie formowania wyprasek sypkość surowca ceramicznego decyduje o równomierności wypełnienia formy.

W jednej z metod wyznaczania sypkości proszków mierzy się czas przesypu określonej masy proszku przez lejek o znormalizowanych wymiarach. Sypkość określa się wzorem:

m - masa przesypanego proszku

t - czas przesypywania ustalonej masy proszku

W innych metodach mierzy się kąt usypu na usypanej przez znormalizowany lejek figurze geometrycznej (np. stożek) lub przez zsypanie swobodne proszku z płaskiej powierzchni.

Higroskopijność

Zdolność materiałów do wchłaniania wilgoci z otaczającego powietrza. Materiały higroskopijne wykazują podwyższoną wilgotność. Regulując ich udział w wyrobach, można wpływać na poziom ich wilgotności.

Kapilarność

Pojęcie kapilarności dotyczy zdolności podciągania wody przez włoskowate kanaliki materiału zetkniętego z wodą (z tego względu stosuje się izolację między fundamentami a ścianami budynków).

W celu określenia kapilarności mierzy się wysokość podciągniętej wody (h):

Szczelność

Liczba określająca zawartość substancji, materiału w jednostce objętości i zawsze jest ≤ 1.

ρ_p - gęstość pozorna

ρ - gęstość absolutna

---