Pracownia technologiczna – sem. VII Temat: Plastyczne surowce i

Imię i nazwisko
1.
2.
3.
4.
5.
…………………….
…………………….
…………………….
…………………….
…………………….
6. …………………….
7. …………………….
8. …………………….
9. …………………….
10. …………………….
Pracownia technologiczna – sem. VII
Temat: Plastyczne surowce i masy ceramiczne
Prowadzący:
dr inŜ. Zofia Puff
mgr inŜ. Magdalena Gizowska
Celem ćwiczenia jest poznanie właściwości ceramicznych surowców ilastych wraz ze
sposobami ich formowania i wybranymi metodami badań.
Wytypowane materiały do badań: kaolin, ił beidelitowy, masa kamionkowa.
Wprowadzenie
Z punktu widzenia technologii ceramicznej wyróŜnia się:
1) surowce plastyczne (iły itp.) stosowane jako składnik spajający masę ceramiczną
i umoŜliwiający kształtowanie wyrobów,
2) surowce nieelastyczne, które mogą być:
a) schudzające, np.: piasek kwarcowy dodawany do iłu (gliny)
przerabianego na cegłę budowlaną. Zadaniem surowców schudzających
jest zmniejszenie skurczliwości masy podczas suszenia, wypalania i
spiekania (zbyt duŜa skurczliwość jest przyczyną mechaniczne deformacji
wyrobu),
b) topniki (skaleń, pegmatyt, fluoryt itp.) dodawane do masy ceramicznej w
celu obniŜenia temperatury jej spiekania.
Plastyczność jest jedną z zasadniczych i najbardziej charakterystycznych właściwości
ceramicznych surowców ilastych. Właściwość ta pozwala na przeprowadzenie stosunkowo
łatwo procesu nadawania określonego kształtu (formowania ze stanu plastycznego) wyrobom
ceramicznym. Jest ona niezmiernie waŜna z uwagi na potrzeby, róŜny stopień plastyczności
oraz moŜliwości jego regulowania. OdróŜnia ona ponadto surowce ilaste od innych
surowców, uŜywanych do produkcji ceramiki.
Metody oznaczania podstawowych właściwości surowców i ceramicznych mas
plastycznych
Dla rozpoznania grup surowców waŜne są specyficzne cechy technologiczne określane
metodami znormalizowanymi. Wybitnie zaleŜy tu na porównywalności i powtarzalności
wyników. Przykładowe badania wykonywane podczas poszczególnych etapów otrzymywania
wyrobu ceramicznego przedstawiono na rys. 1.
Rys. 1: Przykładowe badania wykonywane podczas poszczególnych etapów otrzymywania
wyrobu ceramicznego.
Woda zarobowa, czyli ilość wody, jaką trzeba dodać do wysuszonego w 105°C surowca
plastycznego, aby uczynić go podatnym do formowania, wyraŜa się w procentach wagowych
odniesionych do masy suchej próbki.
Gęstość pozorna (cięŜar objętościowy) jest to do masa 1cm3 surowca wysuszonego,
liczona wraz z porami i innymi pustkami, wyraŜona w g/cm3. Jest ona zawsze mniejsza od
gęstości wskutek niedokładności wypełnienia przestrzeni przez składniki surowca. Gęstość tę
ustala się w wyniku pomiarów objętości bryły surowca i jego masy.
Plastyczność najczęściej definiuje się jako zdolność do tworzenia, po zarobieniu z wodą
plastycznej masy, która pod działaniem stosunkowo niewielkich sił mechanicznych
odkształca się bez naruszenia spoistości (braku spękania).
Plastyczność surowców ceramicznych zaleŜy od wielu czynników, co powoduje, Ŝe
bezpośrednie jej oznaczenie jest bardzo trudne. W praktyce stosuje się metody pośrednie,
które obejmują oznaczenie kilku właściwości mających związek z plastycznością i na tej
podstawie moŜna wyznaczyć odpowiedni wskaźnik plastyczności.
Podczas ćwiczenia wyznacza się wielkość odkształcenia próbki bez naruszenia spoistości
pod działaniem określonej siły do wystąpienia pierwszych spękań na powierzchni badanej
próbki, a następnie oblicza się wskaźnik plastyczności ze wzoru:
PZ = (d k − d p ) ⋅ G
gdzie: dp – średnica początkowa próbki (w kształcie kulki o d~30mm),
dk – średnica próbki po badaniu [mm],
G – obciąŜenie deformujące próbkę [g].
Dla wszystkich prawidłowo uzyskanych wyników oblicza się średnią arytmetyczną z
kilku pomiarów i określa się plastyczność według niŜej podanej klasyfikacji:
chude gliny (masy)
PZ < 2,4
średnio plastyczne gliny
2,5 < PZ < 3,6
tłuste gliny
PZ > 3,6
Pomiary obciąŜenia do wystąpienia odkształcenia wykonuje się w urządzeniu
adoptowanym z aparatu Vicata (do pomiaru czasu wiązania spoiwa – gipsu).
Skurczliwość wysychania jest to zmiana wymiarów liniowych świeŜo uformowanej
próbki, spowodowana jej wysuszeniem. WyraŜa się to w procentach pierwotnej długości
próbki lub odcinka zaznaczonego na jej powierzchni.
Skurczliwość wypalania jest to zmiana wymiarów liniowych próbki wysuszonej,
spowodowana jej wypaleniem w określonej temperaturze (900, 1000, 1200, 1300 lub
1400°C), którą podaje się obok wielkości określającej tę skurczliwość wyraŜoną w procentach
długości.
Skurczliwość całkowita jest to suma skurczliwości wysychania i skurczliwości
wypalania w określonej temperaturze.
Temperaturę spiekania surowców ceramicznych określa się na podstawie pomiaru
najmniejszej nasiąkliwości próbki spieczonej w róŜnych temperaturach. Nie moŜe
przekraczać 1-2%wag. Wymiary próbki nie powinny ulegać zmianie podczas powtórnego
wypalenia w tej samej temperaturze. Przejawem zewnętrznym spieczenia próbki jest
pojawienie się na jej powierzchni nieznacznej powłoki szklistej.
Nasiąkliwość jest to stosunek masy cieczy pochłoniętej przez próbkę, przy całkowitym
nasyceniu, do masy suchej próbki. W zaleŜności od warunków przeprowadzenia pomiaru oraz
sposobu obliczenia wyników wyróŜnia się:
o nasiąkliwość zwykłą, którą oznacza się pod normalnym ciśnieniem
atmosferycznym w temperaturze pokojowej,
o nasiąkliwość po gotowaniu oznaczoną pod normalnym ciśnieniem
atmosferycznym po wygotowaniu próbek w wodzie,
o nasiąkliwość wagową, wyraŜona w procentach wagowych,
o nasiąkliwość objętościową, wyraŜoną w procentach objętościowych.
Porowatość całkowita jest to stosunek całkowitej objętości porów do objętości próbki,
łącznie z jej wszystkimi porami.
Porowatość otwarta jest to stosunek objętości otwartych porów próbki (połączonych z
atmosferą) do całkowitej jej objętości, łącznie z porami.
Wzory niezbędne do obliczenia wyŜej wymienionych parametrów podano na następnej
stronie.
Skurczliwość liniowa Sl i objętościowa SV
Sl =
l 0 − l1
⋅ 100%
l0
SV =
i
V0 − V1
⋅ 100%
V0
gdzie: l0, V0 – średnica, objętość kształtki przed spiekaniem,
l1, V1 – średnica, objętość kształtki po spiekaniu.
Gęstość pozorną (objętościowa) dv wypalonych kształtek
dv =
m
V
gdzie: m – masa wypalonej kształtki [g],
V – objętość kształtki [cm3].
Objętość naleŜy oznaczyć metodą hydrostatyczną:
V=
mw − mww
ρH O
2
gdzie: mw – masa próbki nasączonej wodą [g],
mww – masa próbki w wodzie [g],
ρH
2O
- gęstość wody [g/cm3]
Porowatość otwarta Po
Po =
mw − m
⋅ 100%
m w − m ww
N =
mw − m
⋅ 100%
m
Nasiąkliwość N
wytrzymałość na zginanie Wzg [MPa]
3⋅ P ⋅ l
2 ⋅ b ⋅ h2
gdzie: P – siła powodująca zniszczenie próbki [N],
l – odległość między podporami (1,5cm),
b – szerokość próbki,
h – wysokość próbki.
Wzg =
Wykonanie ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest poznanie właściwości ceramicznych surowców ilastych wraz ze
sposobami formowania i wybranymi metodami badań.
Wytypowane materiały do badań:
o kaolin
o ił beidelitowy
o masa kamionkowa
Określenie wody zarobowej do stanu plastyczności.
Oznaczenie wskaźnika plastyczności.
Formowanie z masy plastycznej: kaolin, masa kamionkowa – próbki w kształcie
płytek o wymiarach 50x50x5mm po 10-15 sztuk. Na wykonanych płytkach zaznaczyć
odciski znacznikiem do pomiaru skurczliwości liniowej.
4.
Wyprasowanie pod ciśnieniem 30 MPa próbek o wymiarach 30x10x5mm z
kaolinu, beidelitu i masy kamionkowej po 12sztuk z kaŜdego surowca.
5.
Wypalanie przygotowanych próbek w temperaturze 900, 1000, 1100, 1200°C.
6.
Oznaczenie na spieczonych próbkach następujących właściwości:
a. skurczliwości po wypaleniu,
b. gęstości pozornej,
c. nasiąkliwości wodnej,
d. porowatości otwartej,
e. wytrzymałości na zginanie.
1.
2.
3.
Sprawozdanie powinno obejmować króbki opis ćwiczenia, wyniki pomiarów w postaci
tabelarycznej oraz na wykresach oraz interpretację uzyskanych wyników.