Badanie właściwości mechanicznych tworzyw ceramicznych.

określona właściwość	numer próbki	rozmiary próbki	płaszczyzna przekroju poprzecznego	siła niszcząca	naprężenia niszczące
	lp.	mm		N	MPa
Porcelana	1	4.7 x 14.35	139.2	240	14
Porcelana	2	9.8 x 14.3	140.14	310	17.8
Tworzywo szklano- ceramiczne	3	9.35 x 13.7	128.1	970	6.4
Szkło alundowe	4	średnica=7.65	46	2820	40.7
Szkło alundowe	5	średnica=7.7	46.56	1700	24.1

1. Tabelaryczne zestawienie wyników badań tworzyw.


2. Matematyczne opracowanie wyników doświadczeń.

Obliczenia wytrzymałości próbki na zginanie o przekroju prostokątnym wykonuje się według wzoru:

gdzie:

M-moment zginający (Nm),

W-moment oporu (Nm),

P-siła niszcząca (N),

l-odstęp między podporami (mm),

b-szerokość badanej próbki (mm),

h-grubość badanej próbki (mm).

Dla próbek o przekroju okrągłym wartość wytrzymałości obliczona jest ze wzoru:

gdzie:

l-odstęp między podporami,

d-średnica próbki,

3.Analiza metod badań.

Kontrola wytrzymałości na zginanie materiału polega na pomiarze siły potrzebnej do złamania próbki leżącej swobodnie na ustawionych w odpowiedniej odległości podporach. Z oznaczonej wartości siły niszczącej, uwzględniając wymiary próbki, oblicza się wytrzymałość próbki na zginanie. Badane próbki nie powinny zawierać wad niedopuszczalnych dla danego rodzaju próbki. Obrzeża próbek nie powinny wskazywać spękań, odprysków, szczerb. Obrzeża próbek nie powinny być poddane obróbce mechanicznej. Dla próbek o przekroju kołowym (pręcików) należy mierzyć średnicę i długość, dla próbek płaskich należy zmierzyć długość, szerokość i grubość.

Materiały ceramiczne są tworzywami kruchymi, o ich wytrzymałości decydują przede wszystkim siły spójności ( kohezji ) międzycząsteczkowej. W odróżnieniu od metali i tworzyw organicznych materiały ceramiczne charakteryzują się brakiem odkształceń plastycznych ( są one pomijalnie małe ). Granica wytrzymałości pokrywa się z granicą sprężystości. Materiały ceramiczne charakteryzują się silną wrażliwością na działanie karbu, wyrażającą się obniżaniem ich wytrzymałości mechanicznej wskutek niejednorodności czerepu lub skaz powierzchniowych wyrobu lub próbki. Materiały ceramiczne jako tworzywa kruche nie podlegają procesowi zmęczenia, ponieważ między ich wytrzymałością statyczną i dynamiczną praktycznie nie ma różnicy. Charakterystyczną ich właściwością jako materiałów kruchych jest bardzo duża wytrzymałość na ściskanie wyższa niż na rozciąganie i zginanie. O wytrzymałości mechanicznej materiałów ceramicznych decyduje przede wszystkim ich struktura; zależy ona od składu mineralnego, granulacji surowców oraz przebiegu procesu wypalania.

Oznaczenie porowatości tworzyw ceramicznych.

1. Charakterystyka próżniowej metody nawilżania próbek cieczą.

Suche, zważone próbki umieszcza się w zbiorniku próżniowym i usuwa się z niego powietrze, tak aby ostateczne ciśnienie było niższe od ciśnienia cząstkowego par stosowanej cieczy. Dla wody - 2000 Pa. Próbki przetrzymuje się w próżni przez 15 min. Do nasycenia stosuje się wodę destylowaną ( dopuszcza się stosowanie wody wodociągowej ) o temperaturze pokojowej lub inną ciecz nie reagującą z badanym materiałem ( nafta, toluen itp. ). Do zbiornika próżniowego doprowadza się ciecz, tak aby w czasie krótszym niż 3 min. próbki były nią całkowicie pokryte. Próbki przetrzymuje się 5 min. po czym zbiornik z próbkami łączy się z atmosferą. Następnie próbki o porowatości otwartej poniżej 12% przetrzymuje się w cieczy nie mniej niż 4 godziny.

Nr próbki	masa próbki
	suchej m1	nasyconej m2	nasyconej i ważonej w cieczy m3	gęstość próbki [g/cm^3]	gęstość pozorna Pp [g/cm^3]	porowatość całkowita Pc [%]	porowatość pozorna Po [%]	nasiąkliwość N [%]
1	13.6	13.7	8.4	2.68	2.56	213	1.886	0.735
2	13.2	13.25	8	2.68	12.51	198.5	0.952	0.378
3	10.5	10.65	6.5	2.68	2.53	142.5	3.614	1.428
4	13.15	14.3	8	2.5	2.09	220	18.253	9.125
5	8.4	9.3	5.2	2.5	2.05	108	21.951	10.714
6	12.25	13.2	7.45	2.5	2.13	198	16.521	7.755
7	6.15	6.16	4.55	3.96	3.81	14.9	0.621	0.162
8	6.15	6.16	4.5	3.96	3.8	13.63	0.602	0.162
9	6.2	6.21	4.55	3.96	3.73	14.9	0.602	0.161

2. Obliczenia nasiąkliwości, porowatości i gęstości pozornej.

Próbki numer :
1,2,3 - tworzywo szklano-krystaliczne,
4,5,6 - porcelana,
7,8,9 - masa wysokoglinowa.




Matematyczne opracowanie wyników doświadczeń.

w których:

m₁ - masa próbki wysuszonej, g

m₂ - masa próbki nasyconej cieczą, g

m₃ - masa próbki nasyconej cieczą, zważonej w cieczy, g

ρ - gęstość cieczy stosowanej do nasycania i hydrostatycznego ważenia, g/cm³

dla wody ≈1 g/cm³

ρ - gęstość próbki, g/cm³

Nasiąkliwość (N) - stosunek masy cieczy pochłoniętej przez próbkę przy całkowitym nasyceniu do masy suchej próbki.

Gęstość pozorna (ρ_p) - stosunek masy suchej próbki do jej objętości.
Porowatość otwarta (P_O) - stosunek objętości porów otwartych próbki (porów nasyconych cieczą w czasie badania),do objętości próbki.

Porowatość całkowita (P_c) - stosunek sumy objętości porów zamkniętych (porów nienasyconych cieczą w czasie badania) i porów otwartych próbki do jej objętości.

3.Analiza wyników i wnioski.

Prawie wszystkie materiały ceramiczne, nawet silnie spieczone, zawierają pewną ilość porów. Liczność porów, ich kształt i wielkość oraz ułożenie względem poszczególnych faz materiału decydująco wpływają na jego własności mechaniczne, dielektryczne i cieplne. Na podstawie powyższych wyników zestawionych w tabelach możemy stwierdzić, że o nasiąkliwości i wytrzymałości mechanicznej materiałów ceramicznych decyduje w znaczącym stopniu porowatość materiału. Tan np. szkło alundowe posiada najmniejszą z badanych próbek nasiąkliwość i porowatość a przy tym największą wytrzymałość mechaniczną na rozciąganie. Szkło alundowe jest dlatego tak wytrzymałe, ponieważ jest spiekane ze związkami obniżającymi temperaturę spiekania i ograniczającymi rozrost ziaren co zapewnia niewielką porowatość a co za tym idzie dużą wytrzymałość mechaniczną.

---