Ćwiczenie 2

Ćwiczenie 2
Badania techniczne materiałów ceramicznych
Cel ćwiczenia: Zapoznanie z metodami badania właściwości fizycznych materiałów ceramicznych.
Oznaczenie wybranych właściwości badanych materiałów.
Wiadomości wstępne
Materiały ceramiczne należą do nowoczesnych stosowanych materiałów inżynierskich,
wykorzystywanych szeroko w przemyśle budowlanym, lotniczym, kosmicznym oraz elektronicznym.
Charakteryzują się największą odpornością na działanie środowiska, odpornością korozyjną
i odpornością na ścieranie.
Do ważnych właściwości ceramik zalicza się twardość, kruchość, wysokie temperatury topnienia,
mała przewodność cieplna i elektryczna. Ponadto materiały te charakteryzuje dobra stabilność
chemiczna i cieplna a także duża wytrzymałość na ściskanie. Badania podstawowych parametrów
takich jak gęstość, porowatość, wilgotność czy nasiąkliwość stanowią ważne źródło informacji na
temat możliwości zastosowania materiałów ceramicznych.
Odczynniki i sprzęt
Odczynniki: próbki materiału ceramicznego w postaci płytek oraz proszku, masa do uszczelniania
(np. klej silikonowy sanitarny), detergent do formowania uszczelniacza
Sprzęt: piknometr, termostat (łaźnia wodna), krystalizator, waga laboratoryjna, wilgotne ściereczki,
rurka szklana, papier milimetrowy, taśma klejąca, cylinder miarowy, stoper
Zagrożenia i środki ostrożności
Praca w okularach oraz rękawicach ochronnych.
Wykonanie ćwiczenia
Wyznaczenie gęstości rzeczywistej metodą piknometryczną
1. Zważyć pusty piknometr z dokładnością do 0,0001 g.
2. Piknometr napełnić wodą destylowaną, zatkać korkiem i umieścić w termostacie (T = 23°C).
Pozostawić piknometr przez 30 minut w termostacie.
3. Wyjąć piknometr, szybko ochłodzić w wodzie a następnie zważyć.
4. Wylać wodę z piknometru, wysuszyć piknometr i umieścić w nim wcześniej odważoną próbkę
materiału ceramicznego (ok. 2 g)
5. Ponownie umieścić piknometr wraz z próbką w termostacie na 30 minut. Po upływie tego czasu
należy zważyć piknometr.
6. Napełnić piknometr wodą destylowaną, usunąć pęcherzyki powietrza i umieścić w termostacie.
Pozostawić piknometr również przez 30 minut w termostacie.
7. Wyjąć piknometr, ochłodzić w wodzie i ponownie zważyć.
Badanie nasiąkliwości metodą moczenia
1. Materiał ceramiczny przeznaczony do badania należy wysuszyć do stałej masy w temperaturze
110-130°C.
2. Pobrać wysuszony materiał, zważyć każdą próbkę i zanotować jej masę z dokładnością do 0,01 g.
3. Próbki umieścić w naczyniu z materiału nie ulegającego korozji, ustawiając je pionowo, dłuższym
bokiem na dnie, tak aby próbki nie stykały się ze sobą.
4. Zalać próbki wodą o temperaturze pokojowej do połowy ich wysokości.
5. Po upływie 2 godzin zalać całkowicie próbki wodą, zachowując min. 1 cm lustra wody nad
powierzchnią górną próbek.
6. Próbki powinny przebywać w wodzie do czasu ustalenia ich masy (do następnych ćwiczeń
laboratoryjnych).
7. Po ustaleniu masy kolejno wyciągać próbki z wody i przygotować do oznaczenia masy. W tym
celu wilgotną ściereczką usunąć nadmiar wody ze wszystkich powierzchni próbki.
8. Bezpośrednio po wytarciu próbki, zważyć ją i zanotować jej masę z dokładnością do 0,01 g.
Badanie przesiąkliwości materiałów ceramicznych
1. Wzdłuż rurki szklanej nakleić wąski pasek papieru milimetrowego. W odległości 160mm od
jednego z końców na papierze wyraźnie zaznaczyć kreskę.
2. Próbkę materiału ceramicznego oczyścić starannie z pyłu i mechanicznych zanieczyszczeń.
3. Na zewnętrzną powierzchnię rurki wycisnąć niewielką ilość uszczelniacza a następnie przyłożyć
rurkę do oczyszczonej powierzchni materiału ceramicznego i docisnąć tak, aby uszczelniacz nie
pokrył wewnętrznego obrysu krawędzi rurki. Wycisnąć wałeczek uszczelniacza wokół połączenia.
Zanurzyć palec w przygotowanym detergencie i delikatnie formować połączenie rurki
z powierzchnią badanej próbki.
4. Próbkę z rurką położyć na dwóch podporach, tak aby badany materiał znajdował się w położeniu
poziomym, a rurka – w pionowym jak na rys. 1. Ustawienie próbki oraz rurki powinno umożliwić
stałą obserwację spodniej części próbki.
Rys 1. Zestaw do badania przesiąkliwości materiału ceramicznego.
5. Rurkę napełnić wodą do zaznaczonej kreski na papierze milimetrowym i zanotować czas nalania
wody.
6. Obserwować spodnią część próbki, w celu uchwycenia momentu powstania wilgotnej plamy.
7. Po zanotowaniu czasu pojawienia się plamy, obserwację próbki prowadzić dalej, aby stwierdzić,
czy w miejscu zwilgocenia woda zbiera się w postaci kropli czy rosy.
8. Po upływie 30 minut dolać z cylindra miarowego wody do pierwotnego poziomu, notując ilość
(ml) wlanej wody oraz średnicę plamy. Czynności te powtórzyć po upływie 60 i 90 minut.
Sprawozdanie
Obliczyć gęstość ρ badanej próbki materiału ceramicznego według wzoru
ρ – gęstość próbki [g/cm3]
m1 – masa piknometru [g]
m2 – masa piknometru z wodą [g]
m3 – masa piknometru z próbką [g]
m4 – masa piknometru z próbką oraz wodą [g]
ρ – gęstość wody [g/cm3]
Obliczyć nasiąkliwość Nm każdej zbadanej próbki według wzoru
Cm – masa próbki nasiąkniętej wodą [g]
Cs – masa próbki wysuszonej [g]
Wyniki badania przesiąkliwości materiałów ceramicznych przedstawić w postaci tabeli według wzoru:
numer
próbki
czas
średnica plamy (mm)
pojawienia
po upływie
się plamy 30 min
60 min
90 min
ilość dolanej wody (ml) po
upływie
30 min
60 min
90 min
stan spodniej
powierzchni po
upływie 90 min
Porównać otrzymane wartości oznaczanych parametrów z wybranymi materiałami budowlanymi
(ceramicznymi i metalicznymi).
Zagadnienia do kolokwium
1. Pojęcia: gęstość rzeczywista, gęstość pozorna, gęstość względna materiału, porowatość,
nasiąkliwość, przesiąkliwość.
2. Metody pomiaru porowatości i gęstości materiałów ceramicznych.
Literatura
1. Marek Blicharski „Wstęp do inżynierii materiałowej” WNT 2003
2. Skrypt „Laboratorium z nauki o materiałach” wyd. AGH, Kraków 2000
3. Roman Pampuch „Materiały ceramiczne” PWN 1988