Διαδικασίες Υψηλών Θερμοκρασιών Ενότητα: Εργαστηριακή Άσκηση 6 Τίτλος: Μέτρηση ανοικτού πορώδους υλικών Ονόματα Καθηγητών: Κακάλη Γ., Μουτσάτσου Α., Μπεάζη Μ., Ρηγοπούλου Β., Φτίκος Χ., Βόγκλης Ν., Κωστογλούδης Γ., Μπαδογιάννης Σ. Σχολή Χημικών Μηχανικών
Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Πανεπιστήμιο Αθηνών» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 2
Περιεχόμενα Μέτρηση ανοικτού πορώδους υλικών 1.1 Σκοπός... 4 1.2 Εισαγωγή... 4 1.3 Πειραματική διαδικασία... 4 1.4 Ζητούμενα... 5 1.5 Βιβλιογραφία... 5 3
1.1 Σκοπός Σκοπός της άσκησης είναι η μέτρηση του ανοικτού πορώδους μορφοποιημένης αργίλου πριν και μετά από έψηση. Παράλληλα εξετάζεται η μεταβολή του πορώδους όταν στις πρώτες ύλες προστεθούν ευτηκτικές ουσίες. 1.2 Εισαγωγή Το πορώδες είναι μία φάση η οποία, σχεδόν πάντα, σχηματίζεται σε κεραμικά τα οποία παρασκευάζονται με τεχνικές συμπίεσης και έψησης κόνεων. Το πορώδες χαρακτηρίζεται από μία σειρά μεγεθών όπως το κλάσμα όγκου του υλικού που καταλαμβάνεται από πόρους, το μέγεθος, το σχήμα και η κατανομή μεγέθους των πόρων. Το πορώδες κεραμικών υλικών κυμαίνεται από 0 μέχρι και 90% του συνολικού όγκου. Το πορώδες διακρίνεται σε ανοικτό ή φαινόμενο πορώδες και συνολικό πορώδες. Το ανοικτό πορώδες περιλαμβάνει τους πόρους οι οποίοι συνδέονται με την επιφάνεια του υλικού ενώ το συνολικό πορώδες περιλαμβάνει επιπλέον και τους κλειστούς πόρους που είναι στο εσωτερικό του υλικού. Πολλές ιδιότητες των υλικών, όπως η θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητα, συνδέονται άμεσα με το ποσοστό και την κατανομή των πόρων. Ειδικότερα το ανοικτό πορώδες επηρεάζει σε μεγάλο βαθμό την διαπερατότητα και την επιφάνεια του υλικού που είναι διαθέσιμη για καταλυτικές δράσεις και χημική προσβολή. Κατά την διάρκεια της θερμικής κατεργασίας πρώτων υλών για την παρασκευή κεραμικών παρατηρείται αύξηση του πορώδους στα στάδια όπου παρατηρείται διάσπαση ενώσεων προς αέρια προϊόντα και μείωση του πορώδους σε στάδια σχηματισμού υγρής φάσης. Το ανοικτό πορώδες των υλικών προσδιορίζεται με διάφορες τεχνικές οι οποίες βασίζονται στην πλήρωση των πόρων με υγρά όπως νερό, υδράργυρος κ.ά. Μία εκτίμηση του ανοικτού πορώδους μπορεί να γίνει μετρώντας την υδατοαπορροφητικότητα του δείγματος, δηλαδή, το βάρος του νερού που απορροφάται στην επιφάνεια του δείγματος. 1.3 Πειραματική διαδικασία 1. Λαμβάνεται αργιλοπυριτικό υλικό το οποίο λειοτριβείται. Παρασκευάζεται μίγμα του παραπάνω υλικού και 5% κ.β. ευτηκτικής ένωσης (π.χ. KNaCO 3, LiCO 3 κ.α.) Μορφοποιούνται παστίλιες των 6g κάτω από τις ίδιες συνθήκες συμπίεσης. 2. Οι παστίλιες εισάγονται σε ηλεκτρική κάμινο όπου παραμένουν μέχρι την θερμοκρασία των 1150 0 C και εξάγονται μετά από 45 min. 4
3. Μετά από ψύξη οι παστίλιες ζυγίζονται και στην συνέχεια εμβαπτίζονται σε δοχείο με νερό το οποίο θερμαίνεται μέχρι βρασμού. Μετά από βρασμό 60min οι παστίλιες εξάγονται από το νερό, ψύχονται, σκουπίζονται έτσι ώστε να απομακρυνθεί το νερό από την επιφάνεια τους και ζυγίζονται. Η αύξηση του βάρους οφείλεται στο νερό που έχει διεισδύσει στους ανοικτούς πόρους του υλικού. Η % αύξηση του βάρους, χωρίς να είναι ακριβώς η τιμή του ανοικτού πορώδους, αποτελεί ένα μέτρο εκτίμησης του. 1.4 Ζητούμενα 1. Τι θα έπρεπε να γίνει επιπλέον ώστε να υπολογισθεί η τιμή του ανοικτού πορώδους. 2. Να σχολιάστε τις διαφορές που παρατηρούνται στο ανοικτό πορώδες των υλικών που εξετάσθηκαν. 3. Να αναφέρετε, χρησιμοποιώντας την διαθέσιμη βιβλιογραφία, τρόπους μείωσης και αύξησης του πορώδους των κεραμικών. 1.5 Βιβλιογραφία 1. R.W. Grimshaw, «The chemistry and physics of clays and allied ceramic materials», Ernest Benn Ltd, 4th Edition, London, 1971. 5