Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Министерство науки и образования Украины Донецкий физико-технический институт им. Галкина
Лабораторная работа:
«Определение физико-механических характеристик наноматериалов».
Донецк 2012
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАСЫПНОЙ ПЛОТНОСТИ НАНОПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ.
Цель работы:
освоить методику определения насыпной плотности нанопорошков.
Насыпной плотностью (ρн, кг/м3) называется масса единицы объёма сыпучих материалов: нанопорошковых, порошкообразных (цемент, гипс и др.), зернистых (песок, щебень, керамзитовый гравий и др.) и комовых (комовая известь, комовый мел и др.):
где m – масса материала, кг; V – объём материала, м3.
Значение насыпной массы некоторых веществ приведены в таблице:
Ход работы:
1.Подготовка пробы
Пробу материала при необходимости подсушивают до постоянного веса. Необходимое количество материала для одного определения устанавливается по его крупности. Насыпная плотность в зависимости от крупности частиц материала определяется в сосудах различного объёма:
Для нанопорошков рекомендуемый объём составляет около 100 мл.
2.Проведение испытания
При определении насыпной массы порошкообразных и мелкозернистых материалов берут цилиндрический сосуд объёмом 100 мл и взвешивают его на чашечных весах. Затем совком точно по центру осторожно насыпают в сосуд сыпучий материал до образования над верхом цилиндра конуса. Конус без уплотнения материала снимают вровень с краями сосуда металлической линейкой, после чего сосуд с материалом взвешивают. Вычисление насыпной плотности сыпучего материала производится по формуле
где m1 – вес мерного сосуда, кг; m2 – вес мерного сосуда с материалом, кг; V – объём сосуда, м3.
Насыпная плотность вычисляется как среднее арифметическое результатов испытания двух проб:
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ И ПОРИСТОСТИ КЕРАМИЧЕСКИХ ОБРАЗЦОВ ГЕОМЕТРИЧЕСКИМ И ГИДРОСТАТИЧЕСКИМ МЕТОДАМИ
Цели работы:
Оборудование и материалы:
Шлифовальный станок, аналитические весы , микрометр (цифровой штанген-циркуль).
Теоретические сведения.
Плотность – очень важная характеристика материалов самого различного назначения. В случае, когда химический, либо фазовый состав материала точно не известен, но известно, что он состоит из одного химического элемента, измеряя плотность данного материала можно установить его химический и фазовый состав. Если состав материала известен заранее, то путем измерения плотности определяется его пористость, от которой, в свою очередь, могут зависеть другие характеристики материала, в первую очередь механические. В керамической технологии и в технологии порошковой металлургии плотность материала определяется практически на всех технологических этапах и в значительной степени определяет эксплуатационные свойства изделия.
Если образец исследуемого материала имеет правильную геометрическую форму, то, определяя путем взвешивания массу и рассчитывая, используя линейные измерения, объем можно с достаточной точностью определить его плотность.
Однако в большинстве случаев определение объема тела путем измерения линейных размеров весьма затруднительно. В то же время он очень легко находится взвешиванием тела в воде. Этот факт лежит в основе метода определения плотности тел путем гидростатического взвешивания.
Гидростатическое взвешивание – метод измерения плотности жидкостей и твердых тел, основанный на законе Архимеда: на всякое тело, погруженное в жидкость (или газ), действует со стороны этой жидкости (газа) поддерживающая сила, равная весу вытесненной телом жидкости (газа), направленная вверх и приложенная к центру тяжести вытесненного объема. Поддерживающую силу называют также архимедовой, или гидростатической подъемной силой. Давление, действующее на погруженное в жидкость тело, увеличивается с глубиной погружения, поэтому сила давления жидкости на нижние элементы поверхности тела больше, чем на верхние. В результате сложения всех сил, действующих на каждый элемент поверхности, получится равнодействующая сила, направленная вверх. Это и есть поддерживающая сила. Если тело плотно лежит на дне, то давление жидкости только сильнее прижимает его ко дну.
Пусть P – вес тела произвольной формы, и p – вес этого же тела в жидкости. Тогда разность P – p есть потеря веса тела в жидкости. По закону Архимеда это потеря равна весу вытесненной жидкости. Если объем тела равен V, а плотность жидкости ρж, то справедливо равенство
(1)
Таким образом, определив потерю веса тела в жидкости, можно рассчитать его объем.
Как известно, плотность тела рассчитывается по формуле
(2)
где g =9,8 м/с2 – ускорение свободного падения.
Тогда из (1) и (2) плотность тела равна
(3)
Из курса общей физики известно, что связь веса тела с его массой определяется формулой
(4)
С учетом этого, формулу для определения плотности тела можно записать в виде
(5)
где M – масса тела на воздухе, m – масса тела в жидкости.
Все материалы, полученные по керамической технологии или технологии порошковой металлургии, содержат поры. Их подразделяют на две группы:
закрытые поры – не сообщающиеся с окружающей средой.
открытые поры – сообщающиеся с окружающей средой.
В некоторых материалах пористость задается и формируется целенаправленно, например, в антифрикционных материалах, керамических фильтрах. В технологии других материалов, например, огнеупорных керамик, допускается определенная пористость, не влекущая за собой заметного снижения эксплуатационных свойств изделий. В технологии материалов конструкционного и инструментального назначения пористость является отрицательным фактором, поскольку она определяет уровень прочностных характеристик изделий.
Пористость и плотность материалов принято характеризовать следующими показателями:
1. Истинная (теоретическая) плотность и, г/см3 – плотность беспористого материала.
2. Кажущаяся плотность к, г/см3 – плотность материала, содержащего поры.
3. Относительная плотность к/и .
4. Истинная пористость Пи, – суммарный объем всех пор, выраженный в процентах или долях к общему объему материала.
5. Кажущаяся (открытая) пористость – объем открытых пор, заполняемых водой при кипячении, выраженный в процентах к общему объему материала.
Путем взвешивания, измерения линейных размеров и расчета объема образца материала всегда определяется только кажущаяся плотность к. Если материал образца имеет минимальную пористость (менее 0,5%), то значение экспериментально определенной плотности можно считать за истинную (теоретическую) плотность и. Образцы с предполагаемой пористостью более 0,5% перед взвешиванием в жидкости пропитывают расплавленным парафином или другим веществом, не растворимым в жидкости. Это делается с целью закрытия открытых пор. Плотность подготовленных таким образом образцов будет кажущейся к.
Порядок выполнения работы
Изучить в течение 15 мин методический материал, делая необходимые записи.
С помощью штангециркуля и микрометра измерить линейные размеры цилиндрических образцов материалов. Результаты занести в табл. 1.
Собрать приспособление для гидростатического взвешивания в соответствии с рис.1. Наполнить емкость для гидростатического взвешивания дистиллированной водой. Уравновесить весы на ноль шкалы.
Взвесить все образцы на весах на воздухе. Пропитать образцы водой (кипячение 1 час). Взвесить на воздухе и в воде насыщенный водой образцы. Данные занести в табл. 1.
Все измерения выполнить по 3 раза.
Таблица 1
Результаты измерений образцов.
|
№ образца |
Объем V, см3 |
Масса на воздухе m1, г |
Масса на воздухе пропитанного образца m2, г |
Масса в воде m3, г |
Плотность ρи, г/см3 |
Плотность ρк, г/см3 |
Пористость % |
|
1 |
– |
– |
|||||
|
2 |
– |
||||||
|
3 |
– |
– |
– |
||||
|
4 |
– |
– |
– |
||||
|
5 |
– |
– |
– |
||||
|
6 |
– |
– |
– |
1. Рассчитать объем и плотность образцов по формулам
где a,b,c-геометрические размеры образца.
.
2. Рассчитать плотность образца по формуле
Плотность ρводы при 20°С принять равной 0,9972 г/см3.
3. Кажущуюся пористость (П0), %, вычисляют по формулам:
За результат принимают выборочное среднее значение не менее трех определений с округлением до 0,01 г · см-3.
Контрольные вопросы
Почему для конструкционных материалов пористость является отрицательным фактором?
В чем состоит различие между истинной и кажущейся плотностью материала?
Если определить плотность высокопористого (более 20%), непропитанного парафином образца методом гидростатического взвешивания, какой она будет – кажущейся или истинной?
При гидростатическом взвешивании пористых образцов шкала весов не стабилизируется на определенном значении, а медленно «плывет» в сторону увеличения. Объясните этот эффект. Почему он не наблюдается при взвешивании литых образцов?
Список литературы
ГОСТ 25281–82 (СТ СЭВ 2287–80). Метод определения плотности формовок.
Химическая технология керамики и огнеупоров / Под ред. П.П. Будникова. –М.: Стройиздат, 1972. –551с.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТИ КЕРАМИЧЕСКИХ ОБРАЗЦОВ НА ЧЕТЫРЁХТОЧЕЧНЫЙ ИЗГИБ
Прочность - свойство материала сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, вызванных внешними силами или другими факторами (стесненной усадкой, неравномерным нагреванием и т. д.).
Прочность материала оценивают пределом прочности (временным сопротивлением) R, определенным при данном виде деформации. Для хрупких материалов (природных каменных материалов, бетонов, строительных растворов, кирпича и др.) основной прочностной характеристикой является предел прочности при сжатии. Поскольку строительные материалы неоднородны, то предел прочности определяют как средний результат испытания серии образцов (обычно не менее трех). Форма и размеры образцов, состояние их опорных поверхностей существенно влияют на результаты испытании. Предел прочности при изгибе Rр и (МПа) определяют путем испытания образца материала в виде призм (балочек) на двух опорах. Их нагружают одной или двумя сосредоточенными силами до разрушения. Предел прочности условно вычисляют по той же формуле сопротивления материалов, что и напряжение при изгибе:
где: М - изгибающий момент; W - момент сопротивления.
Предел прочности при статическом изгибе определяют разрушением на прессе образцов-балочек под изгибающей нагрузкой, приложенной к ним по следующим схемам, и рассчитывают по следующим формулам:
а) при одной силе, сосредоточенной посередине пролета (рис. 5, а), кгс/см2
б) при двух силах, сосредоточенных на равных расстояниях между собой и от опор (рис. 5, б), кгс/см2
где Rизг. – предел прочности при статическом изгибе, кгс/см2
(МПа); l – пролёт между опорами, см; b и h – ширина и высота
сечения образца посередине пролета, см.
Ход работы:
Шлифовкой и полировкой поверхности уменьшить количество концентраторов напряжений (пор, царапин).
Рис.1. Схема приспособления для гидростатического взвешивания: 1–чашка весов; 2–образец, взвешиваемый на воздухе; 3–образец, взвешиваемый в жидкости; 4–корзинка