Badanie chemicznych tworzyw porowatych-opracowanie

POLITECHNIKA WARSZAWSKA
WYDZIAŁ CHEMICZNY
ZAKŁAD TECHNOLOGII NIEORGANICZNEJ I CERAMIKI
BADANIE CERAMICZNYCH TWORZYW
POROWATYCH
Instrukcja do zajęć laboratoryjnych dla studentów semestru VI
Laboratorium „Metod badania materiałów”
1
1. Wprowadzenie
Z ceramiką porowatą człowiek styka się od początku swoich dziejów. Naturalne
materiały porowate, jakim są wyroby z drewna, kości, włókien naturalnych czy niewypalonej
gliny są przykładem towarzyszenia tworzyw porowatych człowiekowi „od zawsze”. O
ceramicznych wyrobach porowatych moŜna mówić od chwili, gdy po raz pierwszy udało się
człowiekowi związać surowce ilaste metodą wypalania. W tamtym okresie nie potrafiono
jeszcze uzyskiwać gęstych polikrystalicznych tworzyw ceramicznych. W latach 30 XX wieku
zaczęło pojawiać się zapotrzebowanie na ceramiczne tworzywa porowate do filtracji i areacji,
szczególnie w Niemczech. JuŜ wówczas otrzymywano tworzywa oparte na bazie Ŝwirów lub
piasków kwarcowych wiązanych spoiwem z bakelitu, do napowietrzania ścieków. W latach
60 duŜo do tego zagadnienia wnieśli: Smirnowa, Matwiejew, Berkman i Mielnikowa.
Pojawiające się w ostatnich latach róŜnorodne zastosowania ceramiki, której
parametry uŜytkowe kształtuje porowatość otwarta (ozn. Po) usunęła niepostrzeŜenie w cień
osiągnięcia badaczy i producentów ceramiki ściernej. Początki wytwarzania ceramicznie
wiązanych narzędzi ściernych miało miejsce w fabryce porcelany w Engersburgu (Niemcy) w
1861 roku. Intensywny rozwój badań jak i produkcji tego typu materiałów nastąpił dopiero po
opracowaniu przemysłowej metody produkcji węglika krzemu (Acheson, USA 1891) oraz
produkcji elektrokorundu na duŜą skalę (Moyat, Hasslacher, Niemcy 1894). Tak wiec
przemysł ten od ponad 100 lat z powodzeniem wytwarza wyroby korundowe i z SiC o ściśle
prognozowanej porowatości przelotowej dla chłodziwa oraz zbierania struŜyn materiału
obrabianego. Niestety zamknięte środowisko tej dziedziny niechętnie rozszerzało swoje
doświadczenia na inne zastosowania. Warto jednak pamiętać, Ŝe projektowanie struktur
porowatych zaczęło się od chemii, a nie od inŜynierii materiałowej, która to dziedzina
powstała w drugiej połowie XX wieku.
Projektowanie i wytwarzanie ceramicznych tworzyw porowatych jest bardzo
złoŜonym zagadnieniem, które wymaga współpracy naukowców z róŜnych dziedzin nauki, tj.
chemia, fizyka czy inŜynieria materiałowa. Wybór surowców i parametrów technologicznych
jest ściśle związany z przyszłym zastosowaniem i warunkami pracy projektowanego
tworzywa. Istnieje wiele czynników, zarówno makro- jak i mikroskopowych, które decydują
o właściwościach ceramicznych tworzyw porowatych. Do czynników makroskopowych
zalicza się wielkość i kształt ziarna, skład i ilość dodanego spoiwa, a takŜe parametry
technologiczne: ciśnienie prasowania oraz temperaturę i czas spiekania. Czynniki
mikroskopowe, są to wszelkie procesy fizykochemiczne zachodzące podczas spiekania tych
2
tworzyw, zachodzące zarówno w obrębie materiału ziarnistego jak i spoiwa, a ... zobacz całą notatkę