Scrigroup - Documente si articole

     

HomeDocumenteUploadResurseAlte limbi doc
BulgaraCeha slovacaCroataEnglezaEstonaFinlandezaFranceza
GermanaItalianaLetonaLituanianaMaghiaraOlandezaPoloneza
SarbaSlovenaSpaniolaSuedezaTurcaUcraineana

įstatymaiįvairiųApskaitosArchitektūraBiografijaBiologijaBotanikaChemija
EkologijaEkonomikaElektraFinansaiFizinisGeografijaIstorijaKarjeros
KompiuteriaiKultūraLiteratūraMatematikaMedicinaPolitikaPrekybaPsichologija
ReceptusSociologijaTechnikaTeisėTurizmasValdymasšvietimas

MEDŽIAGŲ MOKSLAS - MEDŽIAGŲ SAVYBIŲ IR SANDAROS TYRIMO METODAI

technika



+ Font mai mare | - Font mai mic



DOCUMENTE SIMILARE

VILNIAUS GEDIMINO TECHNIKOS UNIVERSITETAS

APLINKOS INŽINERIJOS FAKULTETAS



STATYBINIŲ MEDŽIAGŲ KATEDRA

MEDŽIAGŲ MOKSLAS

MEDŽIAGŲ SAVYBIŲ IR SANDAROS TYRIMO METODAI

NAMŲ DARBAS

TURINYS

ĮVADAS..

1. MEDŽIAGŲ SAVYBĖS.

1.1. Struktūrinių charakteristikų apibendrinimas.

1.2. Fizikinės savybės.

1.3. Mechaninės medžiagų savybės

1.4. Technologinės savybės.

2. MEDŽIAGŲ SANDAROS TYRIMO METODAI.

2.1. Fizikocheminiai tyrimo metodai.

2.1.1. Diferencinė terminė analizė (DTA)

2.1.2. Optinė mikroskopija .

2.1.3. Elektroninis mikroskopas ..

2.1.4.Rentgenostruktūrinė analizė

2.1.5. Infraraudonoji (IR) spektroskopija

IŠVADOS..

LITERATŪRA..

ĮVADAS

Kas valdo pasaulį, valdo medžiagos. Taip trumpai galima apibūdinti medžiagų mokslo reikšmź. Būtent įvairių medžiagų kūrimas ir jų mikroelementų, struktūrų, paviršių keitimas, analizavimas yra vienas iš populiaresnių ir svarbesnių objektų šiuolaikiniame pasaulyje.

Įvairios medžiagos naudojamos praktiškai visur: medicinoje, elektronikos bei automobilių pramonėje, informacinėse technologijose, t.t. Tačiau, kad gautume informacijos apie medžiagų sandar¹, reikia daug įdėti pastangų ir laiko jų analizėms, jų savybių modifikavimui. Taip pat reikia ir itin brangių priemonių.

Pirmykštis žmogus, net nesuprasdamas, kas yra ta sudėtinga medžiaga, ja naudojosi. Pavyzdžiui žvėries kailis – oda be šerių apsaugo nuo lietaus, vėjo, ji stipri, tačiau menkai laiko šilum¹. Iš vienų šerių irgi menka nauda. Tačiau oda su šeriais yra ir stiprus, ir gerai šilum¹ izoliuojantis rūbas arba pirmykščio būsto atitvara. Vadinasi, gamta – pirmoji medžiagų kūrėja.

Visa žmonijos civilizacija rodo, kad gamtos sukurtos sudėtinės medžiagos – nuo seniausių laikų buvo žmogaus nuolat tobulinami, ieškant naujų jų pritaikymo galimybių, tenkinančių ne vien¹, bet kelis poreikius.

darbo tikslas: išnagrinėti medžiagų savybių ir sandaros tyrimo metodus.

Tikslui pasiekti buvo iškelti šie uždaviniai: apžvelgti medžiagų sandaros įvairovź, savybes ir sudėtį, išanalizuoti medžiagų sandaros tyrimo metodus, jas įtakuojančius veiksnius, pateikti išvadas.

1. MEDŽIAGŲ SAVYBĖS

Gaminant įvairius gaminius svarbu parinkti tinkam¹ medžiag¹, toki¹, kad ji būtų patikima ir geros kokybės. Šiuo metu gaminti kokybišk¹ medžiag¹ yra labai naudinga, nes lengviau j¹ naudoti, mažesnės medžiagų s¹naudos, sumažėja transporto išlaidos. Tai svarbu ir ekonomiškai.

Prieš pradedant gamybos proces¹ pirmiausia būtina žinoti, kokiomis s¹lygomis gaminys bus naudojamas, kokių savybių turi būti medžiagos ir kokios savybės būdingos turimoms medžiagoms.

Savybės – tai požymiai, kuriais rementis nustatomi medžiagų panašumai bei skirtumai. Lyginant ir pasirenkant medžiagas, atsižvelgiama į svarbiausias savybes, tai:

Ø      Fizikinė

Ø      Mechaninė

Ø      Fizikinė – cheminė

Ø      Technologinė

Rementis šių savybių kompleksais, įvertinama medžiagų kokybė.

Savybės, apibūdinančios fizikinių procesų poveikį medžiagoms, atitinkamai skirstomos:

Struktūrinės charakteristikos


Fizikinės savybės

Kiti fizikiniai poveikiai

  • laidumas dujoms ir orui
  • laidumas garsui, klampumas (μ).
 


Mechaninės savybės


Technologinės savybės


1.1. Struktūrinių charakteristikų apibendrinimas

v     Tankis (ρ)i – fizikinis dydis kuris rodo, kokia yra medžiagos vienetinio tūrio masė. Tankį rasime kūno masź padalijź iš jo tūrio:

ρi = mi/Vi,

m = ρV, V =

čia: mi - medžiagos masė, g arba kg

Vi – medžiagos tūris (be tuštumų), cm3 arba m3.

Žinodami medžiagų tankį, galime:

  • paliginti iš įvairių medžiagų pagamintų kūnų mases ir neklysdami pasakyti, kuri tokio pat tūrio medžiaga sunkesnė, o kuri lengvesnė;
  • apskaičiuoti kūno, kurio neįmanoma pasverti arba išmatuoti, masź arba tūrį:

Kai medžiaga yra absoliučiai tankios būsenos, tai apskaičiuojamas yra savitasis tankis ρ, kuris rodo absoliutųjį medžiagos tankį.

v     Akytumas (A) – tai porų -akučių ir tuštumų tūrio santykis su visos medžiagos tūriu. Rodo, koki¹ medžiagos tūrio dalį užima poros ir tuštumos:

A = (V – Vi)/V*100,

čia: A – akytumas, %;

V – natūralusis medžiagos tūris, m3;

Vi – medžiagos tūris (be tuštumų), m3.

Medžiagos akytumas – svarbus struktūros rodiklis, nuo kurio priklauso medžiagos garso sugertis, laidumas šilumai, vandens miklumas ir kt. savybės.

v     Tuštymėtumas (Ta) – birių medžiagų tarp grūdinio akytumo rodiklis, nustatomas tuštumų, esančių tarp akučių, ir grūdelių tūrio bei bendro viso medžiagos tūrio santykiu. Tai smėlio, žvyro, žvirgždo, skaldos savybė. Šių medžiagų tuštymėtumas priklauso nuo jų dalelių drėgnio, grūdinės sudėties, dalelių formos. Tuštymėtumas išreiškiamas vieneto dalimis arba procentais.

v     Dispersiškumas (Sm – tai kietosios medžiagos smulkumo laipsnis. Smulkių dispersinių medžiagų tuštymėtumas ypač priklauso nuo jų įdrėkio, nes tarp smulkių dalelių labiau pasireiškia paviršiaus energijos ir tarpmolekulinės s¹veikos jėgos negu tarp stambesnių dalelių. Dispersiškumas dažnai technikoje įvertinamas lyginamuoju paviršiumi S, kuris yra proporcingas vandens garų masei m, reikalingai visiškai padengti molekuliniu sluoksniu vis¹ akučių vidinį paviršiaus plot¹.

S = (a1*N*M)/M,

čia:  a1 – plotas, padengtas vienos adsorbuotos molekulės (vandens molekulės a1 = 10,6*1016 cm2);

N – Avogardo skaičius ( N = 6,06*1023);

M – adsorbuotų dujų (vandens garų) molekulinė masė (vandens garų M = 18).

1.2. Fizikinės savybės

a) Vandens poveikis medžiagoms

Vanduo – žinomiausias ir kartu mįslingiausias mineralas, visais laikais dominźs mokslininkus. Jis yra vienas iš įdomiausių medžiagų planetoje.

Vanduo – gyvybės šaltinis. Nuo vandens priklauso organizmo vystimasis, augimas, fiziologiniai procesai.Vanduo gali pakeisti ne tik medžiagų savybes, bet ir fizikinź jų būsen¹. Dažnai venduo yra tarpinė medžiagos maišymo fazė, kuriai dalyvaujant formuojami gaminiai, kietėja rišančiosios medžiagos ir kt. Vanduo gali būti:

  • laisvo pavidalo – tai vanduo, kuris lengvai patenka į medžiag¹ ir lengvai iš jos pašalinamas.
  • fizinio pavidalo - tai vanduo, kuris tvirtai susijźs su medžiaga ir džiovinant sunkiai pašalinamas, nes fazių lietimosi zonoje yra veikiamas paviršiaus energija. Kintant fiziškai surišto vandens kiekiui, medžiagos brinksta arba traukiasi.
  • cheminio pavidalo – tai vanduo, kuris yra chemiškai surištas, jį sieja kovalentiniai ryšiai. Šis vanduo, džiovinant medžiagas 100°C temperatūroje, neišgaroja. Norint jį atskirti, medžiag¹ reikia įkaitinti taip, kad cheminiai ryšiai suirtų ir pakistų vandens agregatinė struktūra.

Mirklumas - savybė įgerti skystį ir jį įgert¹ sulaikyti. Vandnes mirklumas (W) nusakomas įgerto vandens kiekiu (m) medžiagos tūryje (V) arba masėje (m1). Jis išreiškiamas procentais:

W = (m2 – m1) *100/m1,

W0 = (m2 – m1)*100/V,

čia: m1 – vandens neprisotintos medžiagos masė;

m2 – prisotintos medžiagos masė;

V – bandinio tūris.

Įgerto vandens kiekis daugiausia priklauso nuo medžiagos struktūros. Medžiagų vandens įgerimo greitis ir laipsnis priklauso nuo s¹lygų ir buvimo vandenyje trukmės. Staigiai panardinta medžiaga įgeria mažiau vandnes, negu merkiama pamažu, nes, nardinant iš lėto, vanduo spėja pakilti kapilairais bei išstumti iš jų or¹. Be to, daugiau vandens įgeria virinama medžiaga ir tada, kai nustatomas didesnis vandens slėgis.

Vanduo patenka tik į atviras poras, uždaros poros lieka tuščios. Porų pripildymas, arba prisotinimo, laipsnis (Kpi) išreiškiamas įgerto vandens tūrio santykiu su visų porų tūriu:

Kpi = A/W0,

čia: Kpi – medžiagos prisotinimo vandens laipsnis;

A – akytumas;

W0 – medžiagos tūrinis mirklumas.

Drėgnis

Natūraliosiomis s¹lygomis medžiagos būna ne tiek įmirkusios, kiek drėgnos. Jose laisvojo vandens esti mažai. Drėgnis priklauso nuo aplinkos drėgnio.

Drėgnis – dalinis mirklumas. Jis apskaičiuojamas pagal tas pačias formules kaip ir įgėris, ir nusakomas procentais medžiagos tūrio arba masės atžvilgiu.

Medžiagų drėgnis priklauso nuo:

  • aplinkos oro parametrų
  • medžiagos drėgstamumo
  • vidinio paviršiaus

Jai tam tikromis s¹lygomis drėgnis nusistovi, tai jis vadinamas pusiausvyriniu. Kai garų slėgis aplink džiovinamos medžiagos paviršių yra mažesnis už sočiųjų garų slėgį toje temperatūroje, medžiagoje likusi drėgmė vadinama higroskopine. Hidroskopiniu drėgmės tašku vadinamas medžiagos drėgmės kiekis, pusiausviras su vandens garų prisotintos atmosferos drėgniu. Šis taškas – tai ribinis medžiagos drėgnis toje temperatūroje.

Higroskopiškumas – medžigų savybė sugerti iš oro drėgmź. Hidroskopiškai sugerto vandens kiekis priklauso nuo:

  • medžiagos prigimties
  • aplinkos drėgnio
  • temperatūros

Sugėrimo procesas paprastai trunka labai ilgai: kol nusistovi pusiausvyra tarp aplinkos ir medžiagos drėgnio, praeina net keletas mėnesių. Nuo medžiagos higroskopiškumo priklauso kai kurių organinių medžiagų biologinio, o mineralinių – fizikinio irimo intensyvumas, todėl ši¹ savybź reikia žinoti apskaičiuojant konstrukcijų ilgaamžiškum¹.

Kapiliarumas

Kapiliarus sudaro medžiagoje esantis atviros akutės. Į kapilairus vanduo patenka tik esant vandens slėgiui. Garai akytosios medžiagos kapiliaruose ir mikroplyšiuose kondensuojasi tik tada, kai vanduo drėkina medžiagos ar dalelių paviršių. Iš pradžių kūno paviršius sugeria garo molekules, ir medžiagos kapiliaruose susidaro vandens meniskas. Jei meniskas yra įgaubtas, sočiųjų garų slėgis virš jo mažesnis už sočiųjų garų slėgį (p0) virš lygaus paviršiaus. Susikondensavusio kapiliaruose skysčio tūris esti didžiausias, kai riba tarp vandens ir dujų plokščia. Dėl kapiliarinės kondensacijos kietosios medžiagos sugeria daugiau garų, ypač jei garai arti soties taško. Dėl kapiliarinės kondensacijos akytosiose medžiagose laikosi drėgmė; ji svarbi džiovinimo procesui, sorbcijai. Kapilairiniai reiškiniai – tai reiškiniai, kuriuos sukelia molekulinės jėgos ties fazių s¹lyčiu.

Kapilairinis slėgis

∆p = 2σ/r

čia:  σ – paviršiaus įtempimas;

r – kreivumo spindulys.

Dėl kapiliarinio slėgio skystis pakyla aukščiau:

h = (2σ cosφ)/r01 – ρ2)g

čia: ρ1 ir ρ2 – skysčio ir garų tankis;

g – laisvojo kritimo pagreitis.

Brinkimas

Brinkimas – tai medžiagos tūrio didėjimas, kai iš aplinkos įgeriamas vanduo, ir jo mažėjimas, kai drėgmė pasišalina į aplink¹.

Vanduo skverbiasi į medžiag¹ jos kapiliarais ir akutėmis, užpildo beveik visas laisvas ertmes. Kietojo kūno paviršiai turi defektų. Vandens molekulės, jei yra mažesnių matmenų už kapiliarus, skverbiasi į juos, veikiamos paviršiaus energijos. Vandens skvarba priklauso nuo kietosios medžiagos struktūros. Kuo daugiau defektų, tuo giliau prasiskverbia į medžiag¹ vanduo. Brinkim¹ sukelia akučių vidiniame paviršiuje susikaupusio vandens sluoksnis. Jis medžiagos daleles atitolina vien¹ nuo kitos. Tam priešinasi dalelių traukos jėgos. Išbrinkimo lapsnis priklauso nuo šių jėgų santykio. Sustorėjusios vandens plėvėlės pasiekia ribinź būsen¹, ir medžiagos brinkimas sustoja. Jeigu dalelių traukos jėgos yra mažos, medžiaga gali išbrinkti tiek, kad praranda savo pirmykštź form¹, ištyžta.

Traukimasis 

Traukimasis vyksta, kai iš medžiagos pasišalina vanduo. Medžiagos drėgnis mažėja, kartu jos dalelės suartėja, ir tūris sumažėja tiek, kad tarp medžiagos elementariųjų dalelių pradeda veikti trinties ir atostūmio jėgos. Kol garuoja laisvasis vanduo, tol medžiagos tūris kinta nežymiai. Išgaruojant kapiliarinei, o medienoje – l¹stelinei drėgmei, medžiagos traukimasis paspartėja. Kai tarp trinties ir atostūmio jėgų nusistovi pusiausvyra, medžiagos struktūra įvairiomis kryptimis yra vienoda, traukimasis vyksta tolygiai. Nevienalytės sandaros medžiagų traukimasis įvairiomis kryptimis skirtingas. Nevienodas tiesinis tokių medžiagų traukimasis yra jų trūkumas. Medžiagų traukimasis priklauso nuo drėgmės netekimo greičio.

Medžiagų brinkimo ir tarukimosi savybės būdingos higroskopinėms medžiagoms, nes jų tūris priklauso nuo aplinkos drėgnio; jam keičiantis kinta ir medžiagos tūris.

Laidumas vandeniui

Laidumas vandeniui – tai savybė praleisti vandenį, esant slėgimui. Medžiagų laidumas vandeniui priklauso nuo jos tankio, struktūros, vandens slėgio. Tankios mdžiagos nepraleidžia vandens. Akytoji medžiaga, kurios akutės uždaros, taip pat iš esmės nelaidi vandeniui. Vandens filtracijai pro medžiag¹ sumažinti ar panaikinti naudojamos hidroizoliacinės medžiagos. Vandens filtracija pro medžiag¹ tiriama specialiais prietaisais.

Laidumas vandens garams

Vandens garų molekulės visuomet, kiek įmanoma, tolygiai pasiskirsto po vis¹ esam¹ tūrį. Jos juda iš tankesnės srities į mažesnio tankio sritį. Jei judėjimo kelyje sutinkama garui laidi kliūtis, tai vandens garų molekulės skverbiasi pro j¹. Šis procesas vadinamas vandens garų difuzija. Jis trunka tol, kol vandens garų tankis, arba parcialinis slėgis, abiejose kliūties pusėse susilygina. Kai difuzinis procesas nusistovi, vandens garų kiekį, einantį pro medžiag¹, galima nustatyti pagal išraišk¹:

V*ρg = μg*A*t*∆p/a,

čia: V – vandens garų tūris, einantis pro medžiag¹;

ρg – medžiagos tankis

μg – laidumo vandens garams koeficientas;

a – paviršiaus plotas;

t – trukmė;

p – vandens garų pernešimo difuziniu būdu potencialas;

a – medžiagos storis.

b) Šilumos poveikis medžiagoms

Įvairius aplinkos daiktus įprasta skirstyti pagal jų savybes – klasifikuoti. Statybinės šiluminės technikos uždavinys yra numatyti optimali¹ patalpų oro temperatūros ir drėgmės režim¹. Be to, patalpų apšildymo išlaidos turi būti mažaiusios. Tam reikia išsprźsti daugelį šiluminės technikos klausimų. Jie sprendžiami projektuojant pastato konstrukcinź sandar¹, jo elementus, įvertinti klimato s¹lygas, atatybinių medžiagų savybes, jų patvarum¹.

Šilumos perdavimo pro medžiag¹ potencialas yra temperatūrų skirtumas, o dujinių medžiagų šilumos perdavimo potencialas – molekulių koncentracijų skirtumas. Dujinių molekulių koncentracijos matas yra jų slėgis.

Atitvarinių medžiagų šiluminės technikos skaičiavimuose taikoma išorinio oro temperatūra (t), °C, ir vidaus oro temperatūra (tv), °C. Šilumos perdavimas – sudėtingas fizikinis reiškinys, pasireiškiantis skirtingo pobūdžio procesais: šilumos laidumu, konvencija, spinduliavimu. Dažnai tie trys procesai gali vykti vienu metu, papildydami vienas kit¹.

Šilumos laidumas

Šilumos laidumas – šilumos pernešimo būdas. Energija tiesiogiai pernešama nuo šiltesnių kūnų dalių šaltesniems.

Pagrindinis izotopinės aplinkos šilumos laidumo dėsnis(Furjė dėsnis): šilumos srauto tankis (q) peoporcingas temperatūros gradientui grad (T) ir eina temperatūros mažėjimo kryptimi:

q = -λ* grand T,

čia:  λ – šilumos laidumo koeficientas, kuris priklauso nuo:

  • medžiagos agregatinės būsenos
  • struktūros
  • atominės molekulinės sandaros

Šilumos laidumo proces¹ išreiškia šilumos laidumo lygtis. Minuso ženklas rodo, kad šiluma medžiagoje sklinda į žemesnės temperatūros pusź.

Šilumos srauto tankis (q) – tai šilumos kiekis, praeinantis bet kurį peviršių per laiko vienet¹. Šilumos srauto tankis nusakomas vektoriumi, kurio kryptis priešinga temperatūros gradientui, o absoliutinis dydis lygus šilumos srautui, kuris praeina vienetinio ploto paviršių (W/m2):

q = Q/A,

čia: Q – šilumos srautas (W);

A – srauto skerspjūvio plotas, m2.

Dujų šilumos laidum¹ lemia chaotiškas molekulių judėjimas.

Idealiųjų dujų (λ)

 


nepriklauso nuo slėgio ir proporcingas dujų klampumui.

Realiųjų dujų (λ)

 


sudėtinga temperatūros ir slėgio funkcija.

Dujų mišinio (λ)

 

netiesiškai priklauso nuo dujų mišinio sudėties. Skysčio ir didelio tankio dujų šilumos laidumas yra didesnis dėl mažesnio vidutinio atstumo tarp molekulių.

Skysčių (λ)

 


mažėja, kai temperatūra didėja, ir šiek tiek didėja, kai slėgis didėja. Kietųjų kūnų šilumos laidumas priklauso nuo kūnų prigimties.

Šilumos laidumo koeficientas (λ) yra fizikinis medžiagos parametras, nusakantis jos laidum¹ šilumai.

Šilumos laidumas priklauso nuo medžiagų drėgnio; įmirkusios medžiagos šilumos praleidžia kelis kartus daugiau negu sausos. Ši savybė labai svarbi atitvanėms konstrukcijoms. Šilumos laidumo koeficientas – viena iš svarbiausių statybinių medžiagų charakteristikų.

Šiais abiem atvejais įvairių kūno taškų temperatūros kitimas per laik¹ labaiusiai priklauso nuo kūno formos, matmenų, tankio, specifinės šilumos ir kūno paviršiaus s¹veikos su aplinka intensyvumo, t.y. šilumos atidavimo koeficento.

Visiems šilumos perdavimo procesams būtinos energijos s¹naudos. Reikalingos šiluminės energijos s¹naudos konstrukcijos sluoksnio pasipriešinimui įveikti. Šis pasipriešinimas pereinančiai šilumai vadinamas šilumine varža ir žymimas (R). Vienalytės atitvarinės konstrukcijos šiluminė varža m2*ºC/W yra:

Rk = d/λ

čia: d – konstrukcijos storis, m;

Λ – konstrukcijos medžiagos šilumos laidumo koeficientas, W/(m*ºC).

Šiluminė talpa

Šiluminė talpa – tai savybė, apibūdinanti šilumos kiekį, kurį reikia suteikti medžiagai, siekiant pakeisti jos temperatūr¹. Sužinoma iš priklausomybės:

C = δQ/dT

čia: δQ – elementarusis šilumos kiekis, suteiktas sistemai;

dT – temperatūros pokytis

Kūnui suteikto be galo mažo šilumos kiekio santykis su temperatūros pokyčiu vadinamas šilumos talpumu, arba specufune šiluma. Šiluminė talpa priklauso nuo to, kokį proces¹ taikant suteikta šiluma. Pagal tai skiriama į:

izochorinė arba pastoviojo tūrio (cv) - esant pastoviam slėgiui sistemai suteikta šiluma didina sistemos vidinź energij¹ ir vyksta plėtimasis

izobarinė arba pastoviojo slėgio (cp) – esant pastoviam tūriui didėja tik vidinė energija, todėl cp > cv

Medžiagos vienetinės masės šilumos talpa vadinama specifine, arba savit¹ja, vieno molio – moline, vienetinio tūrio – tūrinė.

Savitoji šilumos talpa (c) – tai šilumos kiekis, kuris pakelia vieno kilogramo darbo medžiagos temperatūr¹ vienu laipsniu, ji reiškiama kJ/(kg*K).

Temperatūrinės medžiagų deformacijos

Temperatūrinės medžiagų deformacijos – tai plėtimasis šildant ir traukimasis auštant. Skysčio bei kietųjų kūnų šiluminį plėtim¹si lemia atomų šiluminio judesio neharmoniškumas, dėl to kinta ir vidutinės kaitinamo kūno atomų padėtys, ir kūno tūris. Šiluminis plėtimasis nekintant slėgiui apibūdinamas izobariniu tūriu plėtimosi koeficientu:

α = 1/V*(δV/ δT)p,

čia: α – šiluminio plėtimosi koeficientas;

V – kūno tūris;

T – absoliočioji temperatūra, p slėgis

Kietųjų kūnų šiluminis plėtimasis apibūdinamas šiluminiu ilgėjimo koeficientu 1):

α1 = 1/l*(δV/ δT)p,

čia: l – kūno ilginis matmuo pasirinkt¹ja kryptimi.

Medžiagų šiluminiai plėtimosi koeficientai daugiausia priklauso nuo:

  • medžiagos prigimties
  • struktūros
  • šiek tiek nuo aplinkos temperatūros

Vienalytės struktūros medžiagos, kurių maži plėtimosi koeficientai, paprastai atlaiko didelius temperatūrų svyravimus. Tokios medžiagos vadinamos atspariomis temperatūros pokyčiams, arba termiškai atspariomis. Terminis atsparumas tikrinamas cikliškai kaitinant ir aušinant tiriamas medžiagas. Įvertinama ciklais pagal standartų reikalavimus. Medžiagoms yra pavojingi dideli šiluminių deformacijų gradientai, nes jų susidaro labai dideli vidiniai įtempimai ir gali supleišėti medžiagos sluoksniai. Be to, šiluminės deformacijos: pavojingos suvaržytoms konstrukcijoms – jos dėl padidėjusių įtempimų gali suirti.

Atsparumas kaitrai

Atsparumas kaitrai – medžiagos savybė neirti, nedegti, nesilydyti ir nesioksiduoti aukštoje temperatūroje. Statybinių medžiagų ir kitų nemetalinių medžiagų atsparumas kaitrai nusakomas jų lydymosi ar minkštėjimo temperatūra. Metalinių medžiagų atsparumas kaitrai skirstomas į:

cheminį - metalų ypatumas aukštos temperatūros oro ir kitų dujų aplinkoje iš paviršiaus apsitraukti kaitrai atsparia oksidų plėvele ir toliau nesioksiduoti. Nusakomas temperatūra, kurioje ta plėvelė išsilaiko

cheminį-mechaninį - metalų geba aukštoje temperatūroje išlaikyti mechanines apkrovas. Nusakomas ilgalaikio stiprumo riba bei valkšnumo riba.

Atsoarumas ugniai

Atsparumas ugniai – medžiagos geba neirti nuo ugnies ir neuždegti. Daugumos medžiagų atsparumas ugniai rodo medžiagos degum¹. Degumo rodiklis:

k = Q1/Q2,

čia: Q1 – šilumos kiekis, kuris degdamas išskiria medžiagos bandinys, paveiktas šiluminio impulso Q2.

Pagal degumo rodiklį galima nusprźsti kokios rūšies medžiaga. Kai:

k > 2,1 – medžiaga degi

2,1 >k > 0 – rusenačioji medžiaga

k = 0 - medžiaga nedegi

Nemetalinės nedegiosios medžiagos laikomos atspariomis ugniai, jei jų atsparumas kaitrai > 1580ºC.

Atsparių ugniai medžiagų klasifikacija


Aliumosilikatinės (šamoto, mulito, korundas); magnezinės (magnezitas); magnezinės kalkinės (magnezito – dolonitas, kalkės); magnezitinės špinelinės (megnezito chromitas, chromo magnezitas, chromitas ); magnezinės silikatinės (forsteritų gaminiai); anglingosios, silicio karbidinės, cirkoninės, oksidinės ir neoksidinės, cheminės – mineralinės sudėties gaminiai.

Gaminiai pagal formavimo dūd¹ yra:

  • persuotieji
  • trombuoti iš plastiškos masės
  • lieti iš šlikerio ar lydalo
  • pjauti iš uolienų

95 % visų ugniai atsparių medžiagų sudaro aliumosilikatiniai, magneziniai ir silicio oksidiniai gaminiai.

Atsparumas šalčiui

Atsparumas šalčiui – šalčio veikiamų medžiagų geba išlikti nepakitusių savybių. Statybinių medžiagų atsparumas šalčiui rodo, kiek užšaldymo ir atšildymo ciklų atlaiko vandens prisotinta medžiaga, išlikdama tam tikros formos ir prarasdama ne daugiau kaip 25 % stiprio. Tankios statybinės medžiagos arba tos, kurių poros su uždaros ir vienodai pasiskirsčiusios, mažai vandens sugeriančios medžiagos yra atsparesnės šalčiui.

Medžiagos atsparumas šalčiui yra susijźs su vandens mirklumu. Tik akytosios medžiagos įgeria vandenį. Šiam virstant ledu, tūris padidėja apie 9 %, todėl akutėse sušalźs vanduo gali lemti iki 200 MPa hidrostatinį slėgį. Jo veikiama medžiaga yra. Vienkartinį užšalim¹ medžiagos atlaiko palyginti nesunkiai, bet pakartotinai šaldomos pradeda irti. Į atsidariusius plyšius įsigeria daugiau vandens, ir irimas intensyvėja. Tyrimais nustatyta, kad medžiagos, kuriose vanduo užpildo ne daugiau kaip 80 % visų tuštumų, paprastai yra šalčiui atsparios.

Klampumas

Klampumas – vidinė trintis, takiųjų kūnų savybė – vienos kūno dalys priešinasi kitų judėjimui, t.y. vieno sluoksnio slinkimui kitu sluoksniu. Atvirkščia klampumui savybė – takumas. Apskaičiavimas vyksta pagal formulź:

F = -η*dv/dx*dS,

čia: η – dinaminio klampumo koeficientas, arba dinaminė klampa, dydžiu lygi dviejų sluoksnių trinties jėgai F, kai sluoksnių plotas dS ir jų judėjimo x kryptimi greičio v gradientas dv/dx lygus 1.

Klampumas matuojamas viskozimetrais,kapiliariniai prietaisais, speclialiais žiedo – rutuliuko, adatos ar strypelio, briaunotos ar lygios plokštelės tipo įrenginiais.

Molekulinė kinetinė teorija klampumo priežastį aiškina molekulių judėjimu ir s¹veika. Dujų klamp¹ lemia molekulių judėjimas, nes atstumai tarp molekulių daug didesni už molekulių veikimo spindulį. Dujų klampumas proporcingas ir nepriklauso nuo jų tankio.

Molekulinėje kinetinėje idealiųjų dujų teorijoje dujų klampa reiškiama lygtimi:

η = 1/3m*n*ū*λd

čia: m – molekulės masė;

n – molekulių skaičius tūrio vienete;

ū – vidutinis molekulės greitis;

λd – molekulės laisvojo kelio ilgis.

Skysčių klamp¹ lemia molekulių s¹veika. Skystyje molekulė į gretim¹ sluoksnį gali prasiskverbti, tik jame atsiradus ertmei. Skysčių klampa didėja, kintant temperatūrai, didėjant slėgiui. Padidinus slėgį iki kelių milijonų paskalių, klampumas padidėja dešimtis ir šimtus kartų. Taip pat skysčių klampumas padidėja atsiradus juose struktūrinių elementų. Tokie skysčiai vadinami anomaliaisiais. Šių skysčių klampumas priklauso ne tik nuo temperatūros ir slėgio, bet ir nuo jų tekėjimo greičio gradiento intervalo. Anomalieji skysčiai yra betono ir skiedimo mišiniai, įvairios pastos, aliejiniai dažai ir kt. Į skyst¹j¹ fazź pridėjus mineralinių dispersinių dalelių, mišinio klampumas didėja proporcingai kietosios fazės koncentracijai.

Klampum¹ svarbu žinoti apskaičiuojant energij¹, reikaling¹ skysčiams, dujoms ar anomaliesiems skysčiams varyti vamzdžiais, maišyti tarpusavyje, parinkti vandens kiekį dispersiniams mišiniams ir kt. Iš klampumo dažnai sprendžiama apie gamybos produktų paruošim¹ ir kokybź.

Laidumas dujoms ir orui yra medžiagos savybė praleisti or¹ ar dujas esant tam tikram slėgių skirtumui. Kai abipus atitvarinės konstrukcijos slėgis nevienodas, oras skverbiasi pro j¹ mažesnio slėgio kryptimi. Šis oro difuzijos reiškinys vadinamass oro filtracija. Filtracija, kurios kryptis iš išorės pusės, vadinama infiltracija, o į išorź – eksfiltracija. Dujos pro skirtingos struktūros medžiagas teka vienu iš būdų:

difuzijos - difuzijos būdu dujos skverbiasi pro tankias medžiagas. Ribojančiame pasienio paviršiuje jos ištirpsta, skverbiasi į kit¹ medžiagos pusź ir atsiskiria.

Laminariniu - laminariniu būdu dujos skverbiasi pro medžiag¹, nustatomas pagal hidrodinaminius tekėjimo dėsnius.

Efuzijos - efuzijos būdu dujos skverbiasi pro medžiagos mikroakutes.

Pro medžiag¹ praeinantis oro arba dujų srautas yra proporcingas srauto skerspjūvio plotui, slėgi skirtumui ir laidumo orui koeficientui, kuriuo įvertinama t¹ medžiag¹ charakterizuojanti laidumo savybė:

Voro = i*A*∆p,

čia: Voro – oro kiekis, kg;

i – laidumo dujoms koeficientas, g/(m*s*Pa);

A – srauto skerspjūvio ploto vienetas, m2;

∆p – slėgių skirtumas, Pa.

Laidumas garsui – savybė praleisti girdimo dažnio virpesius. Statybinių konstrukcijų medžiagos privalo pro atitvaras einantį gars¹ susilpninti. Atitvarų savybė susilpninti ir izoliuoti gars¹ vadinama garso izoliacine. Kiekviena medžiaga garso bangas iš dalies praleidžia, iš dalies atspindi, iš dalies absorbuoja.

Garso stiprumas – tai energijos kiekis, kurį garso bangos per laiko vienet¹ perneša pro vienetinį plot¹, statmen¹ bangos sklidimo krypčiai, matuojamas W/m2. Garso peasiskverbimo pro medžiag¹ intensyvumas tiesiogiai priklauso nuo garso slėgio amplitudės ir atvirkščiai – nuo aplinkos medžiagų tankio bei garso greičio.

Garso absorbcija – negrįžtamasis garso bangos virtimas kitos rūšies energija. Garso absorbcijos intensyvumas priklauso nuo medžiagos paviršiaus ir struktūros. Daugiau garso absorbuoja nelygaus paviršiaus mažo tankio pluoštinės, korėtosios medžiagos.

Garso atspindys – tai reiškinys, kai garso bangai sklindant pro skirtingas medžiagas atsiranda nauja banga, sklindanti į pirm¹j¹ aplink¹.

1.3. Mechaninės medžiagų savybės

Stiprumas. Pagrindinis reikalavimas, keliamas kiekvienam konstrukciniam elementui, - kad jis pirmiausiai būtų pakankamai stiprus, t.y. kad perduodamas apkrov¹ nesuirtų arba neleistinai nepakistų jo forma. Todėl svarbiausios yra charakteristikos, rodančios, kaip veikia mechaninės jėgos. Jos apibūdina mechanines savybes, pasireiškiančias deformacijomis, kritiniais įtempimais, darbu, sunaudotu suardymui.

Deformacija – tai fizikinio kūno geometrinės formos arba matmenų pokytis. Kūnas deformuojasi veikiamas išorinės jėgos, temperatūros, drėgmės ir kitų veiksnių.

Deformuojamo kūno dalelių viet¹ reliatyviai keičiasi: jos gali suartėti, atitolti arba prasislinkti viena kitos atžvilgiu. Jeigu dėl šių poslinkių ryšiai tarp atomų nenutrūksta, deformacija vadinama tampri¹ja, jeigu dalis tarpatominių ryšių nutrūksta, ir dėl to dalelės pasislenka viena kitos atžvilgiu, deformacija vadinama plastine.

Su deformacijos s¹voka susijusios svarbiausios mechaninės statybinių medžiagų savybės:

Stiprumas gniuždant, temiant, lenkiant – išorinių jėgų veikiamos medžiagos geba priešintis deformavimuisi arba ardymui;

Tamprumas – geba atgauti pirminius matmenis ir form¹, kai pašalinama apkrova;

Plastiškumas – geba deformuotis nesuyrant, kai veikia apkrova, ir išlaikyti pakitusi¹ form¹, kai apkrova pašalinama;

Trapumas – medžiagos savybė suirti nesusidarant pastebimų deformacijų;

Kietumas – medžiagos geba priešintis, kad į j¹ neįsiskverbtų kitas, beveik nedeformuotas kūnas;

Dilumas – trinties jėgų veikiamos medžiagos geba priešintis palaipsniam paviršinio sluoksnio ardymui atsiskiriant nuo šio paviršiaus medžiagos dalelėms;

Dėvėjimasis – medžiagos geba, veikiant trinties jėgoms ir smūgiams, priešintis paviršinio sluoksnio ardymui ir nesutrupėti;

Atsparumas smūgiams – medžiagos geba priešintis smūginei apkrovai;

Nuovargis – medžiagos savybė neatsirasti įtrūkimų, kai veikia cikliškai pasikartojančions apkrovos.

Medžiagų stiprumas apibūdinamas teoriniu, techniniu, dinaminiu bei ilgalaikiškumo požiūriu. Teoriškai stiprumas priklauso nuo jėgų, veikiančių tarp atomų ir jonų. Techninis – dešimtis ar šimtus kartų mažesnis už teorinį, nes priklauso dar ir nuo medžiagos struktūros nevienodumo, mikroplyšių, makroplyšių bei kitų irimui palankių veiksnių. Šį stiprum¹ apibūdina stiprumo riba, o plastiškų medžiagų – dar ir takumo riba. Techninis stiprumas dar prilyginamas konstrukciniam stiprumui. Tai konstrukcinių elementų medžiagų stiprumas. Dinaminiu stiprumu vadinama medžiagos savybė atlaikyti pasikartojančias dinamines apkrovas.Ilgalaikis stiprumas – tai medžiagos savybė atlaikyti maksimalias ilgalaikes apkrovas.

Kietumas

Kietumu – vadinama medžiagos savybė priešintis kietesnės medžiagos skverbimuisi į j¹.

Vienalyčių uolienų kietumas randamas pagal s¹lyginź dešimties balų Moso skalź, kurioje etalonais laikoma kiečiausiųjų mineralų kietumas. Mineralinių medžiagų kietumas nustatomas pagal 1 lentelės rodiklius.

1 lentelė. Mineralų kietumo skalė (Moso skalė)

Kietumo rodiklis

Mineralas

Kietumo apibūdinimas

Talkas arba kreda

Lengvai brėžiamas nagu

Akmens druska, gipsas

Brėžiami nagu

Kalcitas, anhidritas

Lengvai brėžiami plieniniu peiliu

Fluoritas

Brėžiamas lengvai spaudžiant plieniniu peiliu

Apatitas

Brėžiamas stipriai spaudžiamu plieniniu peiliu

Ortoklazas

Silpnai rėžia stikl¹, peiliu neįbrėžiamas

Kvarcas

Lengvai brėžia stikl¹, plieniniu peiliu neįbrėžiamas

Topazas

Lengvai rėžia stikl¹, plieniniu peiliu neįbrėžiamas

Korundas

Lengvai rėžia stikl¹, plieniniu peiliu neįbrėžiamas

Deimantas

Lengvai rėžia stikl¹, plieniniu peiliu beįbrėžiamas

Kietumo nustatymo būdas, antgalio forma, matmenys ir apkrovos įspaudimui dydis parenkami atsižvelgiant į tiriamojo objekto sandar¹, matmenis ir į tai, kokių savybių tikimasi.

Tarp skirtingais būdaisais nustatytų kietumo rekšmių nėra tiesioginės priklausomybės.

Brinelio metodas taikomas nedidelio kietumo metaliniams, polimeriniams dirbiniams.

Rokvelo metodas pagrįstas įspaudo gylio matavimu.

Vikerso metodu kietumas nustatomas įspaudžiant keturšonź piramidź, kurios viršunės kampas tarp priešingų plokštumų - 136°. Vikerso metodas gali būti taikomas mikrokietumui nustatyti. Skaičiuojama pagal apkrov¹ ir įspaudo paviršiaus plot¹. Šiuo metodu nustatytas kietumas žymimas HV.

Dilumas

Dilumas medžiagos masės ir tūrio sumažėjimas, veikiant trinančioms apkrovoms. Kuo medžiagos kietesnės, tuo mažiau dilios. Medžiagų dilumas bandomas specialiomis mašinomis.

Dilumas išreiškiamas bandinio masės nuostolio ir tiriamo bandinio ploto (A) santykiu:

Dm = (m – m1) /A,

čia: m ir m1 – bandinio masė, kg prieš ir po bandymo;

A – dilinamos medžagos paviršiaus plotas, m2.

Nusidėvėjimas – medžiagos irimas, veikiant kartu trinančioms ir smūginėms apkrovoms. Medžiagos atsparumas nusidėvėjimui bandomas specialiose mašinose. Nusidėvėjimo laipsnis apibūdinamas santykiniu nuostoliu, procentais:

Rn = (m1 – m2)·100/m1,

čia: m1 ir m2 – medžagos masė prieš bandym¹ ir po jo.

Trapumas – medžiagos savybė suirti, plastiškai nesideformuojant. Tai platiškumui priešinga medžiagos savybė. Trapiosios medžiagos dėl per didelių apkrovų suyra staiga, be žymesnių deformacijų. Trapioms medžiagoms būdinga tai, kad jų stiprumo riba tempiant yra daug mažesnė už stiprumo rib¹ gniuždant. Trapiosios medžiagos blogai priešinasi smūgiui. Medžiagų plastiškumas ir trapumas gali kisti dėl kai kurių veiksnių įtakos: drėgmės, jėgos didėjimo greičio.

Smūginis t¹sumas – tai medžiagos, veikiamos smūginės-dinaminės apkrovos, geba priešintis suardymui. Suirimas yra galutinis medžiagos deformavimosi etapas, suskilimas į mikroskopines dalis. Yra du pagrindiniai suirimo tipai:

T¹susis - suirimas, kuriam būdingos plastinės deformacijos, kurios pristabdo irim¹, ir todėl šis procesas vyksta lėtai.

Trapusis – suirimas, kuris įvyksta staiga, be plastinių deformacijų – dažnai, kai įtempimai esti mažesni už medžiagos takumo rib¹.

1.4. Technologinės savybės

Rodo galimybź statybines medžiagas gaminti tam tikrais technologiniais būdais, suteikiant reikalaujam¹ form¹, matmenis ir savybes. Apie technologines savybes ne visuomet galima sprźsti pagal medžiagos fizikines bei mechanines savybes. Todėl dažnai atliekami specifiniai technologiniai bandymai. Žinant medžiagos technologines savybes, galima pagrįsti bei racionaliai projektuoti ir atlikti technologinius procesus.

Technologiška laikoma tokia medžiaga, kuri¹ gaminant mažiausios darbo s¹naudos, mažiausiai reikia medžiagų ir užtikrinamos reikalaujamos eksloatacinės savybės. Konstrukcijos technologiškumas apibūdinamas ir komponavimo paprastumu, formų išbaigtumu, minimaliu darbu j¹ surenkant.

Svarbiausios technologinės savybės:

formuojamumas - medžiagos savybė įgauti reikiam¹ form¹ ir j¹ išlaikyti. Medžiags formuojamos įvairiais būdais: lejamos, presuojamos, valcuojamos ir kt. Liejami gipsiniai dirbiniai, metalo detalės. Liejama medžiaga turi užpildyti visas formas ertmes ir įgyti jos formos reljef¹. Liejama blogo takumo medžiaga iki kai kurių liejimo vietų, ypač plonesnių sienelių, nepriteka, ir lejinys gaunamas nekokybiškas. Atlikant betonavmo darbus ir siekiant, kad betonas konstrukcijoje būtų gerų savybių, reikia, kad betono mišinys, jo slankumas atitiktų ir jo dėjimo į formas ar klojinius reikialavimus ir s¹lygas.

rišiklio s¹naudos - išreiškiamos rišiklio kiekiu, kurio reikia nuridytos konsistencijos medžiagai gauti. Rišikliai yra brangi medžiaga, todėl kuo mažiau jos prarandama tiekimo į technologinius įrenginius metu, kuo mažiau suvartojama procese, tuo pigesnė bus pagamintoji medžiaga.

transportabilumas - savybė pernešti medžiagas horizontaliojo ar vertikaliojo technologinio transporto mechanizmais. Transportuojant sausas medžiagas, būtina patogiai išdėstyti dulkių surinkimo ir jų gr¹žinimo į gamybos technologinius įrenginius. Transportabilumas – tai ir įvairių detalių bei ruošinių atvežimas į statybos viet¹. Kartais netransportabilias medžiagas gaminti iš viso atsisakoma, nes jas vartoti neracionalu.

dengiamumas - yra medžiagos savybė padengti nepermatomu sluoksniu. Ši savybė būdinga dažų mišiniams. Dengiamumas nusakomas medžiagos kiekiu ploto vienetui padengti.

skvarbumas - įvairių skysčių pavidalo rišiklių ir inpregnatorių savybė gerai įmirkti į gaminam¹ medžiag¹.

tirpumas - medžiagos savybė gerai ištirpti technologiniuose reaktoriuose ar kituose įrenginiuose be papildomų priedų.

sušokimas - būdinga miltelinių medžiagų savybė. Dėl adsorbcinės drėgmės, mechaninės apkrovos, savaiminės difuzijos ir kitų priežasčių milteliai sušoka į gumulėlius, o technologinio proceso metu tada juos sunklu tiekti į maišymo įrenginius. Tam miltelinių medžiagų laikymo bunkeriuose įrengiami secialūs skliautų griautuvai. Kad nesušoktų, milteliai saugomi nuo sudrėkimo. Talpyklose – nuo medžiagų persipylimo įrengiami davikliai, reguliuojantys gumulų kiekius.

subėgimo tikimybės mastai – tai metalo savybė stinstant susitraukti, t.y. jo tūrio ir linijinių matmenų sumažėjimas. Dėl šios savybės liejinyje gali arsirasti subėgimo kiaurymių, korėtumas, susidaro vidiniai įtempimai, ypač kai skirtingos liejimo vietos nevienodo storio arba kai metalinėje konstrukcijoje daug iškilumų. Dėl vidinių įtepimų auštantys liejiniai gali iškrypti, o kartais juose atsiranda plyšių. Subėgimas išreiškiamas procentais.

suvirinamumas – tai metalų geba sudaryti stipri¹ neišardom¹ metalinių dalių jungtį sulydant jų jungiamuosius paviršius. Gero suvirinamumo yra mežaanglis plienas, jis nesutrūkinėja net virinamas šaltyje. Todėl plačiai taikomas statybinėms konstrukcijoms gaminti, statant metalines medžiagų talpyklas. Anglingesnis, ypač legiruotasis, plienas suvirinamas linkźs įtrūkinėti, todėl prieš suvirinant pakaitinamas, tiksliau laikomasi suvirinimo režimų, pakaitinama suvirinus. Suvirinamumas dažnai nustatomas lyginant siūlės ir pagrindinio metalo savybes. Taip pat atliekami technologiniai bandymai.

2. MEDŽIAGŲ SANDAROS TYRIMO METODAI

2.1. Fizikocheminiai tyrimo metodai

Medžiagų savybes lemia medžiagų sudėtis, struktūra ir būsena. Savybės kinta laike dėl mechaninių, fizikinių – cheminių, biologinių aplinkos, kurioje medžiagos eksploatuojamos, poveikių. Šie savybių ir sudėties pokyčiai gali vykti lėtai arba greitai.

Sprendžiant apie medžiagos kokybź, būtina turėti duomenų apie medžiagos sudėtį, savybes ir ypatumus – tai nustatoma laboratoriniais metodais. Medžiagų gamybos specialistas gali atlikti gautos produkcijos kokybės kontrolź, įvertinti techninių rodiklių reikšmių nukrypimo nuo techninės s¹lygose nurodytųjų priežastis ir sugebėti jas pašalinti tik išstudijavźs tai, kokie veiksniai lemia gaminamos produkcijos techninius rodiklius, eksloatacines savybes ir ilgaamžiškum¹, kokie metodai taikomi medžiagų savybėms tirti ir techniniams rodikliams kontroliuoti.

Fizikocheminiai medžiagų tyrimo metodai leidžia tirti fizikinius – cheminius procesus, vykstančius įvairių medžiagų virsmų metu. Be to, leidžia nustatyti tiksli¹ fazinź pusfabrikačių ar dirbinių iš įvairių medžiagų sudėtį.

Dažniausiai taikomi fizikocheminiai tyrimo metodai yra:

  • diferencinė terminė analizė (DTA)
  • mikroskopija
  • elektroninė mikroskopija
  • rentgeno analizė
  • spektroskopija

2.1.1. Diferencinė terminė analizė (DTA)

Vykstant daugumai cheminių ir fizikinių – cheminių procesų išskiria šiluma. Terminės analizės esmė yra fazinių virsmų, vykstančių sistemose ar individualiuose junginiuose ir sukeliančių sistemos šiluminės talpos pakitimus, tyrimas. Pokyčių metu šiluma sugeriama arba išskiriama. Šie pokyčiai kaitinant medžiag¹ dažnai sukelia medžiagos masės pokyčius. Endoterminių procesų metu, jeigu medžiaga disocijuoja ar dehidratuojasi, jos masė sumažėja. Vykstant egzoterminei reakcijai medžiagos masė gali padidėti ir sumažėti arba nekisti.

Terminės analizės metodu nustatomos reakcijų, fizikinių virsmų, lydymosi ar kristalizacijos temperatūros, parenkiant žaliavas statybinių medžiagų gamybai, bei medžiagų atsparumas ugniai. Terminės analizės metu galima nustatyti medžiagos masės, energetinius, bandinio matmenų pokyčius.

Tiriamas bandinys palaipsniui šildomas, o jo temperatūra nuolat registruojama. Gautos temperatūrinės kreivės rodo šiluminių efektų pobūdį, intensyvum¹ ir temperatūras, kai šie šiluminiai efektai pasireiškia. Toliau gautieji duomenys gali būti naudojami analizuojant tiriamos medžiagos mineralinź sudėtį ir kaitinant medžiagoje vykstančių fazinių virsmų pobūdį.

DTA metu yra fiksuojami kaitinamos sistemos energijos pokyčiai. Fizikiniai ir cheminiai procesai, kurių metu vyksta šilumos sugertis ar išsiskyrimas, tolydžiojoje diferencinėje temperatūrinėje kreivėje išryškėja būdingais endoterminiais ir egzoterminiais pokyčiais.

Paprastosios ir diferencinės temperatūrinės kreivių schema pteikiama 2 pav.

 


2.1.2. Optinė mikroskopija

Mikroskopinė analizė yra taikoma tiesiogiai ar netiesiogiai tiriant įvairius procesus. Dažniausiai – kristalų formas ir dydžius, kristalų augim¹ ir jų defektus, medžiagų fizinius virsmus – difuzijos procesus.

Pastaraisiais metais mikroskopijos techninės galimybės padidėjo pradėjus taikyti metodus, leidžiančius atlikti tyrimus aukštose ir žemose temperatūrose, su ultravioletine ir infraraudon¹ja šviesa, veikiant ultragarsu ir t.t.

Svarbiausieji mikroskopijos parametrai – didinimas ir skiriamoji geba. Bendroji optonio mikroskopo didinimo reikšmė (M) lygi objektyvo ir okuliaro didinimų reikšmių sandaugai:

M = L · D/f1 · f2,

čia: L – atstumas tarp objektyvo užpakalinio židinio ir akuliaro priekinio židinio,

D – aiškiausio regėjimo nuotolis,

f1, f2 – objektyvo ir okuliaro židinių nuotoliai.

Pagal paskirtį ir stebėjimo metodus mikroskopai būna:

poliarizaciniai,

liuminescenciniai,

ultravioletinių ir infraraudonųjų spindulių,

mikroskopai stebėti objektams akiai nematomoje šviesos spektro dalyje,

interferenciniai,

stereomikroskopai,

palyginamieji mikroskopai,

matavimo mikroskopai.

Apšvietimo sistemos, sudarytos iš lempos(1), kolektoriaus (2) ir kondensatoriaus (5), šviesa nukreipiama į objekt¹ (6). Lauko diafragma (3) ir apertūrinė diafragma (4) apriboja šviesos sraut¹ ir pašalina išsklaidyt¹ švies¹.

Šviesos spinduliai nuo objekto patenka į objektyv¹ (7) (8- objektyvo apertūra), jame lūžta ir sudaro tikr¹jį apversta ir padidint¹ objekto atvaizd¹ (6‘), kurį galima stebėti pro pkuliar¹ (9). Mikroskopas fokusuojamas taip, kad (6‘) būtų nuo jo toliau negu Fok.

Optinio ir elektroninio mikroskopų optinės schemos yra analogiškos. Tik elektrininiame mikroskope pakeisti optiniai elementai į atitinkamus elektrininius.

Tipinė optinio mikroskopo schema pateikta 3 pav.

 

Tiriamų objektų struktūra matoma pro mikroskop¹ tada, kai jų sudėtinės dalys laužia švies¹, nevienodai j¹ sugeria arba atspindi; todėl objekto apšvietimas yra vienas iš svarbiausių mikroskopijos elementų. Pagal objektų savybes parenkami specialios konstrukcijos mikroskopai, tam tirti mikroskopijos metodai.

  • šviesos lauko metodas
  • fazinio kontrasto metodas
  • inteferencinis metodas
  • poliarisacinis metodas
  • liuminescencinis metodas
  • infraraudonųjų spindulių metodas

Mikroskopijos būdu tiriama objektų sandara, fizikinės savybės, mineralų, metalų, kristalų, uolienų, cheminių medžiagų sudėtys.

2.1.3. Elektroninis mikroskopas

Elektroninis kaip ir optinis mikroskopas naudojamas vaizdui didinti. Šiuolaikiniai elektroniniai mikroskopai didina iki 300000 kartų.

Elektroniniu mikroskopu galima tirti:

  • pavienių submikroskopinių kristalų dydžius ir form¹;
  • kristalų augimo ir irimo skystosiose ir kietosiose fazėse procesus;
  • procesus, vykstančius tarp grūdelių;
  • difuzijos procesusu reakcijos metu;
  • fazinius virsmus termiškai apdorojant objekt¹ ar jam auštant;
  • deformacijos ir irimo procesus ir kt.

Elektroniai mikroskopai pagal tyrimo objekt¹ skirstomi į:

  • peršviečiamuosius,
  • emisinius
  • atspindžio
  • rastrinius
  • veidrodinius
  • šešėlinius

Dažniausiai naudojamas peršviečiamasis elektroninis mikroskopas. Jo elektroninė schema analogiška optinio mikroskopo schemai, tik jame vietoj paprastų optinių lėšių naudojami elektroniniai lźšiai. Peršviečiamojo elektroninio mikroskopo schema pateikta 4 pav.

 


2.1.4. Rentgenostruktūrinė analizė

Rentgeno analizė atliekama daugybe metodų, rentgeno spinduliuote. Rentgenostruktūrinė analizė yra vienas iš universaliausių ir tobuliausių tyrimo metodų kitų fizikocheminių metodų atžvilgiu. J¹ taikant galima atlikti sudėtingos struktūros medžiagų ir kokybinź, ir kiekybinź fazinź analizes, nustatyti tam tikrų junginių kristalinės gardelės parametrus.

Remtgeno metodų esmė ir yra difrakcinių vaizdų, gautų atspindėjus nuo kristalų plokštumų, analizė. Rentgeno spindulių difrakcijos kristale schema pateikiama 5 pav. paveiksle.

Atliekant rentgenografinź analizź tiriama:

  • kokybinė ir kiekybinė, minerologinė, ir fazinė medžiagų sudėtis;
  • kristalinių medžiagų elementariosios gardelės forma, tipas ir dydis, kristalo simetrij¹, atomų koordinatės erdvėje;
  • kristalų defektai, monokristaluose esančių blokų dydis;
  • vidiniai mikrodefektai (defektoskopija);
  • medžiagų tekstūra, dispersinių dalelių dydis, orientacija ie t.t.

Rentgenostruktūrinė analizė – tai metodai medžiagos sandarai tirti pagal tiriamajame objekte difraguotų rentgeno spindulių pasiskirstym¹ ir intensyvum¹. Rentgeno spindulių difrakcija registruojama rentgeno difraktometru. Svarbiausieji eksperimentiniai rentgenostruktūriniai metodai, kuriais tiriami monokristalai:

  • Laujės
  • Sukamojo arba virpančiojo kristalo
  • Rentgenometrinis

2.1.5. Infraraudonoji (IR) spektroskopija

Tiriant molekulių sandar¹ ir savybes taikoma molekulinė spektroskopija. Šis metodas pagrįstas elektromagnetinio lauko s¹veika su tiriam¹ja medžiaga. Elektromagnetinis laukas – nuo radijo bangų iki γ spinduliuotės. Tai optinės spektroskopijos šaka, tirianti infraraudonuosius (IR) emisijos, absorbcijos ir atspindžio spektrus. Labiausiai ištirta vibraciniai, vibraciniai – rotaciniai ir rotaciniai molekulių absorbcijos spektrai bei jų charakteristikos: absorbcijos juostų plotis, forma, skaičius, padėtis spektre, absorbcijos intensyvumas.

Tiriama infraraudonųjų spindulių spektrometrais, sudarytais iš IR spindulių šaltinio, monochromatoriaus ir imtuvo.

Vibracinių rotacinių IR spindulių spektrų tyrimais nustatoma molekulių struktūra, cheminė sudėtis, molekulių inercijos momentai, jėgos, veikiančios tarp molekulių atomų.

IR spinduliai naudojami įvairių medžiagų mišinių, pavyzdžiui, dažų, kiekybinei ir kokybinei analizei, polimerams, greitai vykstantiems cheminiams procesams tirti. Iš IR spindulių spektrų parametrų kitimo, pareinant iš vienos agregatinės būsenos į kit¹ arba kintant temperatūrai ir slėgiui, sprendžiama apie molekulių s¹veikos stiprum¹ ir pobūdį.

IR spinduliai naudojami ir defektoskopijoje gaminių kokybei tirti. Spinduliai praleidžiami pro gaminių arba atsispindi nuo gaminio, arba juos skleidžia pats gaminys.

IŠVADOS

Pastatai, kuriuose gyvename, drabužiai, kuriais vilkime, maistas, vanduo, oras – visa tai sudaryta iš įvairiausių medžiagų. Tik apsidairykite!

Kodėl medžiagų savybės tokios skirtingos?

Kodėl įvairios medžiagos turi joms būding¹ kvap¹ ar spalv¹?

Kodėl skiriasi kietųjų medžiagų, skysčių ir dujų savybės? Kodėl skystas vanduo teka, o sušalźs į led¹ – lūžta?

Kodėl

Daugybė panašių klausimų kildavo žmonėms ir prieš šimtus, ir prieš tūkstančius metų. Ieškant atsakymo į tokius iš pirmo žvilgsnio paprastus klausimus, buvo atrasti svarbūs mokslo dėsniai, sukurtos juos paaiškinančios teorijos. Tam prireikė ne vieno šimtmečio. Tik XIX a. mokslininkai pagaliau suprato, kodėl tokia gausi medžiagų įvairovė.

Statyboje plačiai naudojamos labai nevienalytės sandaros medžiagos, kurių fizikinės ir mechaninės savybės skirtinguose tūrio taškuose yra nevienodos. Medžiagų savybės priklauso nuo cheminės mineralinės sudėties, vidinės sandaros ir nuo to, kaip šios medžiagos gamybos metu buvo paveiktos.

Statybinių medžiagų sandara labai įvairi ir sudėtinga, tačiau atitinkamai jas sugrupavus, galima nustatyti sandaros ir savybių charakteristikų priklausomybės dėsningumus. Jais remiasi aiškinant šių medžiagų sudėtį, parenkant gamybos procesus ir paskaičiuojant savybių rodiklius.

Nuo mechaninių, fizikinių ar cheminių savybių priklauso medžiagos tinkamumas techniniams tikslams, o nuo technologinių - jos apdirbimo s¹lygos. Tos pačios cheminės sudėties medžiaga gali būti skirtingų savybių. Nuo medžiagos savybių gali priklausyti ir būsimo gaminio matmenys, gamybos būdas bei kai kurie konstrukciniai ypatumai. Parenkant projektuojamajam gaminiui medžiag¹ išanalizuojamos jo darbo s¹lygos (apkrova, aplinka, eksploataciniai reikalavimai) ir parenkama grupė medžiagų, geriausiai atitinkančių eksploatacinius parametrus (technines s¹lygas).

Viso gyvenimo plėtra yra grindžiama naujomis medžiagomis ir informacinėmis technologijomis. Naujos technologijos ir nauji technikos principai atsiranda nuolatos. Medžiagos ir konstrukcijos yra naudojamos visose technikos ir kasdienio gyvenimo srityse – pradedant batais ir baigiant kosminiais laivais, ir be šių medžiagų neįsivaizduojama tolesnė pažanga.

Todėl labai svarbu medžiagas ir žaliavas racionaliai naudoti, tobulinti, gerinti gaminių kokybź.

LITERATŪRA

1. https://lt.wikipedia.org/wiki/Med%C5%BEiagotyra'

2. https://aisis.gf.vu.lt/mg/nr/2001/078/07pm.html

3. A. Naujokaitis. Medžiagų mokslas. - Vilnius, 2005-2007.

4. L. Galkutė. V. Valentinavičius. Fizika. – Kaunas, 2002.

5. V. Valentinavičius. Fizika. – Kaunas 1996.



Politica de confidentialitate | Termeni si conditii de utilizare



DISTRIBUIE DOCUMENTUL

Comentarii


Vizualizari: 2689
Importanta: rank

Comenteaza documentul:

Te rugam sa te autentifici sau sa iti faci cont pentru a putea comenta

Creaza cont nou

Termeni si conditii de utilizare | Contact
© SCRIGROUP 2024 . All rights reserved