Лабораторная работа №4 по дисциплине "Технология пористых материалов"



жүктеу 118.94 Kb.
Дата14.05.2019
өлшемі118.94 Kb.
түріЛабораторная работа


Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Владимирский государственный университет имени

Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»
Факультет химии и экологии
Кафедра химической технологии стекла и керамики
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

по дисциплине “Технология пористых материалов”

ПОЛУЧЕНИЕ ПОРИСТОГО КЕРАМИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА МЕТОДОМ ВВЕДЕНИЯ УЗКОФРАКЦИОНИРОВАННЫХ ЗЕРЕН НАПОЛНИТЕЛЯ И ИЗУЧЕНИЕ ЕГО СВОЙСТВ”

Методическая разработка

Составитель
доктор технических наук,

профессор кафедры ХТСК



Христофорова И.А.

Владимир - 2011 г.



Цель работы: знакомство с технологией получения пористых керамических материалов на основе глины методом введения узкофракционированных зерен наполнителя и с методиками исследования керамики на физико-механические характеристики.
1. Теоретическая часть
Керамические пористые материалы являются частью класса неорганических теплоизоляционных и фильтрационных материалов.

Способы придания керамическим материалам пористой структуры, можно свести к следующим:

1) введение в массу узкофракционированных зерен наполнителя при минимальном содержании керамической связки;

2) введение в массу пористого наполнителя - природного или искусственно полученного;

3) вспучивание в ходе термической обработки всей массы или отдельных компонентов;

4) введение в массу и последующее удаление (испарением, возгонкой, растворением, выжиганием), добавок, оставляющих поры.

5) вовлечение в суспензию или расплав воздуха и закрепление образующихся пузырьков;

6) образование и закрепление в суспензии или расплаве пузырьков газа за счет химических реакций взаимодействия или разложения вводимых добавок.

В данной лабораторной работе применен метод введения узкофракционированных зерен наполнителя (заполнителя) для получения пористой структуры материала.

Можно использовать гранулы с собственной пористостью, либо природные пористые материалы (диатомит, трепел), либо после термообработки (вспученные вермикулит и перлит), а также искусственные пористые гранулы, полученные дроблением и рассевом обожженных пористых брикетов, или специально изготовленные полые микросферы. При этом пористость тем выше, чем крупнее размер зерен, больше их содержание и собственная пористость гранул. При прессовании можно достичь пористости на уровне 50 – 55 %. Применение микросфер позволяет получить материалы с пористостью до 90 %.

В качестве пластического материала для производства керамического пористого материала является глина. Глиной называется землистая минеральная масса, образующая с водой пластическое тесто, сохраняющее при высыхании приданную ему форму, а после обжига приобретающее твердость камня. Глина представляет собой продукт разрушения разнообразных горных пород и состоит из смеси различных материалов. Общая формула глин следующая:

mAl2O3 . nSiO2 . pН2О.

Важную роль в композиционных материалах при производстве керамических пористых изделий играют отощители. Они снимают внутренние деформации в композиции, которые возникают при сушке и обжиге глины. Данные материалы имеют небольшую усадку и способны взаимодействовать с глиной. В качестве отощителей чаще всего используют песок, шамот, бой стекла и шлаки.

Узкофракционированными наполнителями в работе служат трепел и крезосферы.

Трепел (нем. Tripel, от названия города Tripoli — Триполи в Северной Африке), тонкопористая опаловая осадочная горная порода, рыхлая или слабосцементированная, очень лёгкая. По физико-химическим свойствам трепел аналогичен диатомиту, но содержит мало или почти лишён органических остатков. Сложен преимущественно мелкими сферическими опаловыми, иногда халцедоновыми тельцами (глобулами) размером 0,01—0,02 мм. Обычно в небольшом количестве содержит глинистое вещество, зёрна глауконита, кварца, полевых шпатов. Цвет от белого и сероватого до бурого, красного и чёрного. Плотность трепела 2000—3000 кг/м3; пористость 60,2—64%; твёрдость 1—3. Содержит от 62 до 97% SiО2 (опал).

Крезосферы – это сферические частицы, образующиеся при горении твердого топлива, также их называют зола-уноса ТЭЦ (табл. 1).

Таблица 1

Состав золы-уноса Владимирской ТЭЦ-1



Содержание оксидов, %

SiO2

TiO2

Al2O3

Fe2O3

FeO

CaO

MgO

MnO

K2O

Na2O

P2O5

SO3

ппп

64,7

0,75

20,0

2,43

2,38

1,60

2,64

0,042

4,04

1,10

0,244

0,087

1,10

Примечание: ппп − потери при прокаливании.

В данной работе применяется метод полусухого прессования образцов. Полусухое прессование используется в производстве изделий, где необходимо четкое сохранение форм и точных размеров. При данном методе прессования влажность прессуемой порошкообразной массы составляет от 8 до 14%. Прессование обеспечивает получение из рыхлой порошкообразной массы прочного, однородного сырца с определенными размерами и формой. При наложении давления на прессуемый порошок его зерна сближаются, при этом вытесняется воздух и идет уплотнение массы с уменьшением объема.

Основные физико-механические свойства керамические материалы приобретают в завершающей стадии технологического процесса - обжиге. В сырце при нагревании происходят сложные процессы тепло- и массообмена, физико-химического превращения, испарения влаги, разложения и выгорания органических добавок и примесей, перекристаллизация и появление жидкой фазы. В результате таких процессов изделия приобретают необходимые механические и физико-химические свойства и тепловую стойкость.


2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1. Задание

1. Изучить теоретические основы данной работы [1 - 5], ознакомиться с оборудованием для получения пористой керамики полусухим прессовым методом и методикой проведения эксперимента.

2. Получить у преподавателя задание на проведение работы.

3. Найти в справочнике формулы и свойства ингредиентов.

4. Рассчитать массу компонентов, приготовить шихту. Отпрессовать изделие и провести обжиг.

5. Провести анализ полученной пористой керамики. Определить открытую пористость, плотность, водопоглощение, максимальный диаметр пор.

6. Сделать выводы по проведенной работе

7. Составить отчет о работе и защитить его.


2.2. Приборы, оборудование, материалы
Ступка для приготовления шихты, весы аналитические, пресс-форма, пресс лабораторный, штангенциркуль, пинцет, установка для определения размеров пор, стеклянная посуда, установка для гидростатического взвешивания, ингредиенты для получения керамики (глина, отощитель, добавки), вода дистиллированная.
2.3. Методика проведения эксперимента
2.3.1. Методика приготовления керамической шихты и изделия из нее
1) Ингредиенты композиции взвесить на аналитических весах в необходимых пропорциях из расчета навески 20 г. Шихту поместить в ступку и растирать пестиком до однородного состояния в течение 20 мин.

2) Из полученной шихты отобрать 3 г. и поместить в пресс-форму. Предварительно внутренние поверхности пресс-формы смазать минеральным маслом! Пресс-форму поместить в лабораторный пресс и при давлении прессования 150 атм. отпрессовать изделие. С помощью выталкивателей извлечь изделие из пресс-формы. Всего сделать два таких образца.

3) Произвести обжиг керамического материала при температуре 800 - 1000 0С.
2.3.2. Методики изучения свойств пористой пленки
1) Определение максимального диаметра пор пористой пленки.

Определение размеров пор в пористых материалах проводят по методу, основанному на продавливании сжатого газа через пористый материал, пропитанный смачивающей жидкостью. Установка для проведения анализа представлена на рис. 1.

Образец для испытания 5, пропитывают водой в течение 20 мин и укладывают на нижний фланец 2, накрывают резиновым кольцом 4, и на нее устанавливают ячейку 8. Крепежом 12 нижний фланец 2 соединяют с ячейкой, в которую заливают 50 мл дистиллированной воды. Установка готова к работе. Редуктором из баллона с азотом подается газ, давление которого замеряют образцовым манометром 11. Первый проскок пузырьков воздуха (одна или две струи воздуха, проходящие через воду) фиксируют, и по показанию манометра отмечают давление Р (по нему рассчитывают максимальный размер пор). Данные свести в табл. 2.

Максимальный размер пор определяется по формуле:



dmax = (4/Р) . соs  . 10-6, [м]

где  - поверхностное натяжение на границе раздела сред (вода - азот), Н/м; Р - давление, Н/м2; cos  - косинус краевого угла смачивания .


Таблица 2

Давление Р, Н

Поверхностное

натяжение воды , Н/м



Максимальный диаметр пор, м . 10-6

Образец 1 (трепел)







Образец 2 (трепел)













dmax среднее (трепел) =

Образец 3 (крезосферы)







Образец 4 (крезосферы)













dmax ср.(крезосферы) =


2) Определение водопоглощения, открытой пористости и кажущейся плотности керамического материала.

Образец взвешивается на аналитических весах с точностью до 0,001 г. Это будет масса mсух. Затем образец помещается в стакан с водой, где в течение 20 мин. поры материала насыщаются водой. Образец вынуть из стакана и предварительно отжатой тряпочкой удалить с его поверхности избыток жидкости. Затем образец взвесить (mвл). Затем необходимо взвесить образец в погруженном состоянии в воде. Для этого воспользоваться установкой для гидростатического взвешивания. Замеряют m1 - это масса образца в воде + масса проволоки в воде. Чтобы получить истинный вес образца в воде необходимо отдельно взвесить проволоку в воде. Для этого необходимо освободить образец от проволоки и провести взвешивание проволоки в воде (mпров.). Тогда истинный вес образца, взвешенного в воде, будет равен mв воде = m1 - mпров.. Данные замеров сводят в табл. 3.

Водопоглощение В, открытую пористость П0 и кажущуюся плотность  вычисляют по следующим формулам:


, , ,
где ж - плотность использованной жидкости, г/см3.

Таблица 3

Результаты определения кажущейся плотности, пористости и водопоглощения



Образец

mсух, г.

mвл, г.

m1, г.

mпров., г.

mв воде, г.

В, %

П0, %

, г/см3

1

























2

























Ср. трепел

-

-

-

-

-










3

























4

























Ср.

сферы


-

-

-

-

-











2.4. Экспериментальные данные
Все полученные результаты по характеристикам пористой керамики свести в табл. 4.

Таблица 4

Свойства пористой керамики, полученные методом выгорающих добавок

(средние значения)


Водопоглощение, %

Открытая

пористость, %



Кажущаяся плотность, г/см3

Максимальный диаметр пор, м.













Отчет должен включать в себя следующее:

Титульный лист.

Цель работы.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1. Задание

2.2. Приборы, оборудование, материалы.

2.3. Методика проведения эксперимента.

2.4. Экспериментальные данные.

2.5. Обработка экспериментальных данных.

3. ВЫВОД

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ


Контрольные вопросы

1. Что такое керамика и где ее используют?

2. Какие специфичные свойства отличают пористую керамику?

3. Какие ингредиенты входят в композицию для получения пористой керамики и какую роль они играют?

4. Какие способы получения пористой керамики существуют?

5. Расскажите методику приготовления композиции и получение из нее материала.

6. Какие свойства определяют у пористой керамики? Расскажите их методику.

7. Напишите реакции, которые идут при обжиге пористой керамики.



СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Анализ характеристик мембран: Метод. указ. к лабор. работам по технологии переработки пластмасс / Сост. А.И. Христофоров. Владимир: ВПИ, 1989. 20 с.

2. Методические указания к лабораторным работам по дисциплине “Основы технологии тугоплавких материалов”. Сост. Сысоев Э.П. Владимир: ВлГУ, 1998. 75 с.

3. Гузман И.Я., Сысоев Э.П. Технология пористых керамических материалов и изделий. Уч. пособие. Тула: Приокское книжное изд-во, 1975. 196 с.

4. Технология силикатов / Под ред. проф. М.А. Матвеева. М.: Высш. шк., 1969. 360 с.



5. Химическая технология керамики: Учебн. пособие для ВУЗов / Под ред. Проф. И.Я. Гузмана – М.: ООО РИФ "Стройматериалы", 2003. – 496 с.





Достарыңызбен бөлісу:


©kzref.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет