WIMiR	Grupa H30	Sprawozdanie z lab nr 3	13.01.2014
	ćw. 3	Oznaczenie gęstości rzeczywistej i pozornej, porowatości i nasiąkliwości tworzyw ceramicznych

1. Dane dotyczące badanych materiałów:

Fajans – rodzaj ceramiki podobny nieco do porcelany wytwarzanej z zanieczyszczonego kaolinu. Z fajansu wytwarza się umywalki, muszle klozetowe, talerze. Fajans jest materiałem nieprzezroczystym o dużej nasiąkliwości. Charakteryzuje go duża kruchość i mała wytrzymałość oraz porowatość przełomu. Powierzchnia szkliwa wykonanego z fajansu ma tendencję do pękania.

Ze względu na skład mineralny rozróżnia się fajanse:
- ilaste (o najniższej jakości),
- wapniowe (o niskiej wytrzymałości mechanicznej),
- skaleniowe (wypierające fajanse ilaste i wapniowe),
- majolikowe (stosowane głównie na przedmioty ozdobne),
- szamotowe (mało ściśliwe, stosowane na wanny, umywalki itp.).

1. Opis metod pomiarowych i parametrów pomiarowych istotnych z punktu widzenia poprawności pomiaru i uzyskiwanej dokładności, wyszczególnienie użytej aparatury:

Do oznaczenia gęstości rzeczywistej posłużono się metodą piknometryczną, która obejmuje następujące etapy:

• suchy, czysty piknometr o pojemności 25 cm³ należy zważyć na wadze analitycznej;

• wsypać się do niego około 5 g badanego materiału, wysuszonego do stałej masy w temperaturze 105 ^oC i ponownie zważyć;

• materiał badany powinien być rozdrobniony do uziarnienia poniżej 60 mikrometrów lub zapewniającego otwarcie wszystkich porów zamkniętych;

• do zważonego piknometru z próbką nalać wodę destylowaną mniej więcej do połowy jego objętości, po czym umieścić piknometr w suszarce próżniowej i odpowietrzać przez 30 minut przy słabym wrzeniu wody;

• po wyjęciu z suszarki próżniowej piknometr dopełnić wcześniej odpowietrzoną wodą destylowaną i ponownie ważyć;

• w celu wyznaczenia masy piknometru z wodą, należy opróżnić go z badanej próbki, wypłukać wodą destylowaną, i zważyć napełniony odpowietrzoną wcześniej wodą destylowaną;

• wszystkie ważenia należy wykonać na wadze analitycznej z dokładnością 0,0002 g.

Aby oznaczyć nasiąkliwość, gęstość pozorna i porowatość należy:

• próbki po oczyszczeniu z pyłu, wysuszone do stałej masy i zważyć na wadze analitycznej z dokładnością do 0,0001g w celu oznaczenia masy próbki suchej (m_s);

• próbki umieścić w naczyniu do gotowania i stopniowo zalewać wodą destylowaną tak, aby całkowite ich przykrycie warstwą wody o grubości ok. 20 mm nastąpiło po upływie 5 min;

• wodę w naczyniu z próbkami ogrzać do stanu łagodnego wrzenia i utrzymywać go przez 0,5 godziny, uzupełniając wodę w miarę jej odparowywania;

• próbki wystudzić;

• przed przystąpieniem do wykonania ważeń za pomocą wagi analitycznej, przewidzianych metodą Archimedesa, należy nad szalką wagi ustawić podstawkę do ważenia w wodzie, a na niej zlewkę z odpowietrzoną wodą destylowaną;

• próbkę nasyconą wodą umieścić w koszyczku zawieszonym na haczyku szalki wagi w taki sposób, aby cała próbka była zanurzona w wodzie;

• wykonać ważenie w celu oznaczenia masy próbki w wodzie (m_w) z dokładnością do 0,0001 g dla badanej serii próbek, pomiar powtórzyć trzykrotnie;

• zważone próbki przechowywać w wodzie;

• w celu oznaczenia masy próbki nasyconej wodą (m_n), każdą próbkę należy wyjąć z wody, usunąć wodę pozostałą na jej powierzchni poprzez wytarcie wilgotnym płótnem i niezwłocznie zważyć z dokładnością do 0,000l g;

1. Tabelaryczne zestawienie danych wyjściowych i obliczonych pojedynczych wartości zmierzonych właściwości badanych próbek:

• Wyznaczanie gęstości rzeczywistej metodą piknometryczną:

nr próbki	mpikn [g]	m1 [g]	m2 [g]	m3 [g]	m4 [g]	dr [g/cm^3]
1	19,796	5,024	24,816	51,983	55,169	2,732
2	19,772	5,138	24,908	53,497	56,7	2,652
3	15,13	4,916	20,046	43,139	46,208	2,656
4	11,734	5,119	16,85	37,057	40,217	2,610

Ze wzoru: $dr = \frac{\left( m_{2} - m_{1} \right)d_{0}}{\left( m_{2} - m_{1} \right) - (m_{4} - m_{3})}$

Gdzie

m₁ - masa suchego piknometru

m₂ - masa piknometru z próbką

m₃ - masa piknometru z wodą

m₄ - masa piknometru z wodą i badanym materiałem

d₀ - gęstość wody w temperaturze pomiaru T= 22°C

d₀ = 0,998 [g/cm³]

• Wyznaczanie gęstości pozornej:

nr próbki	ms [g]	mkosz[g]	mkosz+pr [g]	mkosz+pr(2) [g]	mk+pr śr[g]	mw [g]	mn [g]	dp [g/cm^3]
1	11,747	1,835	9,123	9,124	9,124	7,289	13,677	1,835
2	12,019	1,915	9,285	9,285	9,285	7,370	13,976	1,815
3	11,659	1,913	9,068	9,068	9,068	7,155	13,574	1,812
4	11,353	1,909	8,895	8,895	8,895	6,986	13,257	1,806

Gdzie: $dp = \frac{m_{s}}{m_{n} - m_{w}}*d_{o}$

m_w - masa próbki ważonej w wodzie

m_n - masa próbki nasyconej wodą

m_s - masa próbki suchej

m_kosz- masa koszyka

m_kosz+pr- masa koszyka razem z próbką

d_p - gęstość pozorna

d₀ - gęstość wody w temperaturze pomiaru

dw[%]	N [%]	Po [%]	Pc [%]	Pz[%]
68,92371	16,42973	29,79717	31,07629	1,279123
68,19779	16,28255	28,88081	31,80221	2,921396
68,08234	16,42508	30,04334	31,91766	1,874318
67,86008	16,7709	31,43405	32,13992	0,705865

1. Tabelaryczne zestawienie wartości średnich zmierzonych właściwości wraz z przedziałami ufności

	dr [g/cm^3]
gęstość rzeczywista	2,663±0,043

	dp [g/cm^3]
gęstość pozorna	1,821±0,010

dw[%]	N [%]	Po [%]	Pc [%]	Pz[%]
68,266±0,391	16,477±0,176	29,574±0,896	31,734±0,391	1,695±0,803

dw - gęstość względna

N - nasiąkliwość

Po - porowatość otwarta

Pc - porowatość całkowita

Pz - porowatość zamknięta

1. Wnioski:

Materiały ceramiczne charakteryzują się dosyć dużą porowatością, która wynika z ich budowy i procesu technologicznego wytwarzania. Wyniki badań wykazały nasiąkliwość próbek fajansowych, która wyniosła ok. 16%, jest to związane ze sporą porowatością ok. 29%. Gęstość rzeczywista zmierzona metodą piknometryczną to 2,66 [g/cm³] natomiast wartość literaturowa – 2,61[g/cm³]. Wyniki różnią się nieznacznie, lecz wynika to z faktu że gęstość fajansu zależy od jego rodzaju. Po uwzględnieniu porowatości obliczona gęstość pozorna wyniosła 1,82 [g/cm³]. W przypadku badanego materiału – fajansu, zwiększona porowatość wpływa niekorzystnie na właściwości mechaniczne, powodując kruchość i podatność na pękanie w wyniku naprężeń udarowych.