Laboratorium Nowoczesnych Materiałów Konstrukcyjnych
Temat: Badanie właściwości materiałów ceramicznych - nasiąkliwość
Wydział: Mechaniczny	Prowadzący:
		Ocena:

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z właściwościami materiałów ceramicznych oraz badanie nasiąkliwości tych materiałów.

2. Wstęp teoretyczny

Korzystne właściwości ceramiki:

• Duża twardość

• Mała gęstość

• Odporność na ściskanie

• Odporność na wysokie temperatury

• Izolacja termiczna

• Niewrażliwość na działanie środowiska zewnętrznego (np. korozyjnego)

Niekorzystne właściwości ceramiki:

• Kruchość

• Niska plastyczność

• Wrażliwość na udary cieple

• Skomplikowane procesy technologiczne

WŁAŚCIWOŚCI
MECHANICZNE	FIZYCZNE	CHEMICZNE
Moduł sprężystości Wytrzymałość na: Rozciąganie Ściskanie Zginanie Pękanie Pełzanie Udarność Odporność na udary cieplne Twardość Kruchość ścieralność	Gęstość Gęstość pozorna Gęstość nasypowa Sypkość Kapilarność Higroskopijność Porowatość Szczelność Przepuszczalność pary wodnej Wilgotność Nasiąkliwość Przesiąkliwość Mrozoodporność Ogniotrwałość Rozszerzalność cieplna Pojemność cieplna Przewodność cieplna właściwa Rozmiar ziaren	Odporność na działanie silnych kwasów , zasad, roztworów organicznych Odporność na utlenianie

Tab1. podstawowe rodzaje właściwości tworzyw ceramicznych

1. Moduł sprężystości - moduł sprężystości wzdłużnej (E)- w zależności od jego warunków materiał może być sztywny(duży moduł) - ceramika inżynierska lub podatny na odkształcenia (mały moduł)- elastomery. Sprężystość określa zdolność materiału do przyjmowania pierwotnej postaci po uprzednim usunięciu siły, która zmieniła kształt próbki.

gdzie:
- naprężenie powstające przy obciążeniu siłą F[N] próbki o

przekroju S[mm³]

- odkształcenie sprężyste wywołane naprężeniem σ,

wyznaczone na podstawie stosunku zmiany długości Δl do

pierwotnej długości pomiarowej l.

2. Wytrzymałość na:

• Rozciąganie Rm - określa się w statycznej próbie rozciągania przprowadzanej na maszynie wytrzymałościowej. Znormalizowane próbki poddaje się rozciąganiu siłą działającą wzdłuż osi próbki. Wyznaczona wartość RM jest największym naprężeniem odpowiadającym największej sile obciążającej w czasie tej próby.

gdzie: F_m - największa siła obciążająca w trakcie próby rozciągania [N]

S₀ - pole powierzchni przekroju początkowego próbki [mm²]

• ściskanie, Rc, jest to największe naprężenie, jakie wytrzymuje próbka podczas ściskania. Wyznacza sieją ze wzoru:

gdzie: F_e - siła niszcząca próbk [N]

S₀ - przekrój poprzeczny próbki ściskanej, prostopadły do kierunku

działania siły [mm²]

Z reguły sita potrzebna do znisz­czenia próbki podczas rozcierania jest do 15 razy niniejsza od siły niszczącej pod­czas ściskania.

Badanie wytrzymałości na ściskanie przeprowadza się na prasie. Podczas ściskania wiele pęknięć rozprzestrzenia się stabilnie, prowadząc do ogól­nego kruszenia materiału. W zależności od rodzaju ceramiki badane próbki mogą być w stanie suchym lub nasyconym wodą. Wilgotne porowate mate­riały wykazują z reguły niższą wytrzymałość

b)

Rys3.4 . Próba ściskania a) onaz stabilne rozprzestrzenianie się wielu pęknięć prowadzące do ogólnego kruszenia materiału b)

• Nasiąkliwość

Nasiąkliwość jest zdolnością wchłaniania wody przez materiał. Materiały na­siąknięte wodą mają niniejsze właściwości wytrzymałościowe i większą gęstość pozorną od materiałów suchych. Dużą nasiąkliwością charakteryzują się materiały porowate.

Możemy wyznaczyć nasłąkliwość wagową i objętościową. Przez nasiąkliwość wagową rozumiemy stosunek masy wody wchłoniętej przez materiał do jego masy w stanie suchym;

gdzie: m,. - masa próbki nasyconej wodą [g],

, M - masa próbki wysuszonej do stałej masy [g].

Drugi rodzaj nasiąkł i wości to nasiąkliwość objętościowa, będącą stosunkiem objętości wody wchłoniętej przez materiał do jego objętości w stanie suchym. Ob­li czarny ja ze wzoru:

gdzie:

m_w- masa próbki nasyconej wodą [g]

m - masa próbki wysuszonej do stałej masy [g], V - objętość próbki [cm³].

Jeśli znamy nasiąkliwość wagową to wtedy nasiąkliwość obję­tościową możemy przedstawić w postaci:

Nasiąkliwość badamy przez częściowe zanurzenie w wodzie próbek {wysuszo­nych do stałej masy) w czasie 24 h, a następnie przez całkowite zanurzenie w wodzie przez kolejne 24 h. Po tym czasie próbki są ważone i dalej moczone; wykonuje się ich ważenie co 24 h aż do chwili ustabilizowania masy, gdy wyniki nie będą się różnić.

3. Przebieg ćwiczenia

W ćwiczeniu użyliśmy trzech próbek:

• Korund Al₂O₃

• węglik krzemu (wysoki stopień sprasowania),

• węglik krzemu (porowaty).

Każda z próbek była ważona a następnie umieszczona w wodzie i gotowana przez 20 minut. Następnie ponownie ważona.

Numer próbki	Waga przed gotowaniem m	Waga po gotowaniu mw	mw-m	nw=[(mw-m)/m]*100% [%]
1	176,0702	176,0653	-0,0049	-0,002783
2	98,5385	98,5328	-0,0057	-0,005784
3	57,1055	62,2788	5,1733	9,05920

Nasiąkliwość wagowa:

n_w=[(m_w-m)/m]*100%

m_w -masa próbki nasyconej wodą

m- masa próbki wysuszonej do stałej masy

4. Wnioski

• Największą nasiąkliwość posiada próbka z węgliku krzemu o strukturze porowatej,

• mniejszą nasiąkliwością charakteryzuje się próbka z korundu i z węgliku krzemu sprasowanej,

• Można stwierdzić że jednakowy materiał może mieć różną nasiąkliwość -w zależności od jego struktury materiału

• Materiały ceramiczne mogą stracić swoje właściwości izolacyjne pod wpływem wody która jest przewodnikiem

• W wyjątkowych przypadkach zdarza się że masa materiału przed badaniem nasiąkliwości jest większa niż po gotowaniu może to być wynikiem tego że materiał dyfuzjował do wody

---