Теплопроводность полнотелого кирпича керамического: Теплопроводность кирпича в сравнении с другими материалами - Стройматериалы в Иркутске

От чего зависит теплопроводность керамического кирпича

Кирпич керамический

Планируя строительство дома, застройщики в первую очередь приступают к выбору оптимального материала, оценивая при этом наиболее приоритетные качества. Одним из таких является способность материала к теплосохранению, обеспечивающее частичную экономию при строительстве и эксплуатации здания.

В данной статье мы будет рассматривать данное свойство одного из самых популярных материалов. Итак, теплопроводность керамического кирпича: насколько важна данная характеристика, как она связана с другими показателями и что влияет на ее изменение?

Что представляют собой изделия из керамики

Для начала вкратце разберемся, что же представляет собой кирпич керамический, и какими свойствами он обладает.

Состав и свойства

Основным компонентом при производстве является мелкозернистая глина. Помимо нее в состав входит песок, вода и добавки, способные повысить исходное качество сырья и готовой продукции.

Например, пластификатор значительно повышает пластичность раствора и препятствует растрескиванию изделий. Соотношение сырья в будущем определяет основной набор свойств изделий, а, точнее, их числовые значения.

Ориентировочные пропорции сырья керамического кирпича

Рассмотрим усредненные показатели при помощи таблицы.

Таблица 1. Характеристики керамического кирпича:

Марка морозостойкости	Морозостойкость – одно из достоинств изделий. Она может достигать 250-300 циклов. Стоит показатель в зависимости от плотности, прочности. Чем они выше, тем большее количество циклов замораживания и оттаивания сможет выдержать изделие.
Теплопроводность	Коэффициент теплопроводности керамического кирпича нельзя назвать его самой сильной стороной. Он – повышен. А с чем это связано, мы рассмотрим чуть ниже.
Плотность и прочность	Марки прочности – М50-М250, 300. Плотность может достигать 2100 кг/м3. Согласитесь, это – завидные показатели для многих материалов.
Усадка	Кирпич усадке подвержен. Точное значение назвать сложно, во многом это зависит от вида изделия. Например, клинкерный кирпич почти не поддается усадке, она составляет не более 3-5%.
Гигроскопичность	Водопоглощение свойственно керамике, значение – около 8-10%. Но, опять же, многое зависит от типа кирпича, его плотности и технологии изготовления.
Экологичность	Об экологичности судить достаточно сложно. Ведь она зависит от месторождения основного сырья. Хотя все производители в один голос заявляют, что изделия абсолютно безопасны и, по сути, так это и должно быть.
Огнестойкость	Не горит. Может противостоять высокой температуре на протяжении длительного периода времени.

Классификация изделий и их основные различия

Существует большое количество различных видов керамического кирпича.

Они отличаются между собой назначением, структурой, размером и другими показателями. Рассмотрим подробнее.

По назначению, изделия могут быть:

Рядовыми. Их применяют при кладке стен и перегородок. Последующая отделка, как правило, требуется. Материал отличается повышенной плотностью и, как следствие коэффициентом теплопроводности.

Рядовое изделие, фото

Лицевыми. Служат они для облицовки строений, возведения заборов и многое другое. К таким изделиям предъявляются повышенные требования в отношении внешнего вида. Сколы и иные дефекты не допустимы.

Лицевое изделие

Структура кирпича определяет существование следующих видов:

Пустотелые изделия. Они – более легковесные и менее плотные, серьезной нагрузке подвергаться не могут.

Пустотелый кирпич

Полнотелые же — наоборот: прочные и тяжелые, а теплопроводность керамического кирпича полнотелого сравнительно завышена.

Полнотелые изделия

На основе размеров изделий также сформирована классификация:

Кирпич с маркировкой 1НФ называется одинарный. Он имеет габариты равные 250*120*65 мм.

Размеры и вес одинарного кирпича

Маркировка 1,4 НФ указывает на то, что перед вами – полуторный, или утолщенный кирпич. Его высота несколько больше и составляет 88 мм.

Утолщенный кирпич

Двойные изделия имеют маркировку 2,1 НФ, высота их – 138 мм.

Кирпич двойной

Особенным размером обладают евро-изделия. Они отличаются не только толщиной, но и высотой, которые составляют 85 и 65 мм соответственно.

Евро изделия

Как уже говорилось выше, керамический кирпич может иметь различную марку по прочности и, в зависимости от нее, определяется область применения изделий при строительстве. Марки могут быть следующими: М50, 75, 100, 125, 150, 175, 200, 250.

М50 – наименее прочны. Применяются обычно при строительстве, например, столбов для ограждений, заборов.
М 75 и М100 могут использоваться при возведении стен почти любых, помимо несущих.

А вот М 125 вполне может быть применена при строительстве несущей конструкции.

Более высокие марки изделий используют при возведении цоколя и иных конструкций, на которые будет оказываться существенная нагрузка.

Значение теплопроводности и ее зависимость от иных характеристик и факторов, понятие теплой керамики

Как становится очевидным, теплоемкость керамического кирпича стоит в прямой зависимости от плотности и прочности изделий. Чем они выше, тем способность к теплосохранению ниже.

Например, теплопроводность керамического полнотелого кирпича плотностью 1800 кг/м3 составляет около 0,85 Вт*мС, а вот пустотелое изделие с показателем средней плотности в 1400 кг/м3 может похвастать более низким значением, равным около 0,55 Вт*мС.

Поризованные изделия обладают самым низким из всех перечисленных коэффициентом, он может составлять около 0,25.
Самой низкой способностью к сохранению тепла обладает клинкерный кирпич. Это опять же связано в его крайне высокой плотностью, которая достигает 2100 кг/м3.

Рассмотрим при помощи таблицы соотношения плотности и теплопроводности различных видов кирпича.

Таблица 2. Кирпич керамический: теплопроводность различных видов изделий:

Вид изделия	Плотность, кг/м3	*Коэффициент теплопроводности в сухом виде, ВтмС.**
Рядовой керамический кирпич полнотелый	1600-1900	0,5-0,7
Клинкерный кирпич	2100	0,8-0,9
Кирпич теплая керамика	1150-1400	0,22-0,35
Печной кирпич керамический	1600-1900	0,5-0,7

Обратите внимание! На данный момент крайне популярным стало строительство кирпичных домов «теплая керамика». Изделия, используемые для их возведения, отличаются высоким показателем плотности и, при этом, пониженным коэффициентом теплопроводности. Привлекает также застройщиков возможность применять изделия самостоятельно. Строительство своими руками поможет значительно сэкономив, компенсировав высокую стоимость на материал, так как цена сравнительно немалая.

Кладка из теплой керамики Готовый дом из теплой керамики Краткая характеристика теплой керамики

Видео в этой статье:

<center><ins class="lazy lazy-hidden adsbygoogle" style="display:inline-block;width:580px;height:400px" data-ad-client="ca-pub-1812626643144578" data-ad-slot="8813674614"></ins> <script>(adsbygoogle=window.adsbygoogle||[]).push({});</script></center>

Пример расчета оптимальной толщины стены, практические способы повышения способности к теплосохранению

Каким образом можно повысить способность стены к сохранению тепла?

Существует несколько способов:

В первую очередь стоит упомянуть о технологии укладки. Соблюдая ее, вы сможете подчеркнуть высокие показатели качеств керамических изделий.
Утепление конструкции, разумеется, значительно снизит коэффициент теплопроводности здания. Важно выбрать наиболее оптимальный метод. Например, создание воздушного зазора при этом будет наиболее эффективным.
Крайне популярным вариантом является применение керамического кирпича в качестве облицовочного материала, а вот основные стены можно выложить с использованием ячеистого бетона, например.

В этом случае, строение будет наиболее теплым.

А как же рассчитать толщину стены, если застройщик все же решил строить здание исключительно из кирпича? Все достаточно просто. Оптимальным вариантом является кладка в полтора или два кирпича – эти виды наиболее распространены.

Толщина стен зависит от региона и климатических условий в первую очередь, поэтому при расчете следует учитывать так называемый коэффициент сопротивления теплоотдаче, который индивидуален для каждого региона. Указан он в СНиП. Среднее значение равно 3,4, поэтому в нашем примере мы и будем его использовать.

Предположим, что кирпич мы применяем рядовой керамический полнотелый, с плотностью в 1600 кг/м3 и теплопроводностью равной 0,5 Вт*мС.

0,5*3,4=1,7. Значение получается крайне большим. Однако, при расчете необходимо учитывать теплопроводность утеплителей и вычитать ее. Чем интенсивнее будет утепление, тем меньшей будет рекомендуемая толщина стены.

В заключение

Коэффициент теплопроводности керамического кирпича, как мы выяснили, зависит от вида изделий и их плотности. И чем последняя выше, тем способностью к теплосохранению ниже.

Однако, несмотря на мало конкурентный показатель, существуют методы повышения данной способности, которые помогут застройщику построить теплый дом.

Плотность кирпича.

Такой показатель как плотность кирпича керамического представляет собой особую физическую величину, что определяется массой кирпича на единицу его объема. Вычисляется средняя плотность отношением массы (в килограммах) ко всему объему (в метрах), сюда также входят и имеющиеся в нем поры и пустоты. Средняя плотность кирпича, как и теплопроводность, бывает обратно пропорциональной пористости, что означает, что плотность способна говорить нам о теплопроводности.

В результате этот показатель применятся в качестве основного (или по-другому марки) теплопроводности стройматериала. Когда вы хотите купить кирпич, на плотность материала следует обращать повышенное внимание.

Плотность кирпича полнотелого 1600 — 1900 килограмм/метр.

Такая плотность гарантирует неплохие теплоизолирующие свойства, по-настоящему качественное сцепление материала с раствором, а кроме того, возможность впитывать влагу при смене погоды. У такого керамического кирпича водопоглощение находится на уровне 8%. Теплопередача же кирпича полнотелого довольно высока, потому если из него возводятся наружные стены, требуется устройство дополнительного утепления. Цена на кирпич полнотелый.

Плотность кирпича пустотелого (щелевого) составляет около 1000 — 1450 килограмм/метр.

Такая плотность говорит о том, что кирпич пустотелый является намного легче керамического кирпича строительного, а кроме того, выделяется своей довольно низкой теплопроводностью. В результате, при помощи дырчатого кирпича можно создать стены гораздо более тонкими и легкими, но при этом на должном уровне сохраняются все теплопоглощающие и звукопоглощающие показатели.

По своей прочности стены из пустотелых кирпичей не уступают возведённым из полнотелого стройматериала. На рынке можно встретить и «сверхэффективный» пустотелый кирпич, обладающий плотностью 1100-1150 килограмм/метр. Купить пустотелый кирпич.

Кирпич глиняный облицовочный имеет плотность от тысячи трёхсот до тысячи четырёхсот пятидесяти килограмм/метр.

Главным образом в его роли выступает пустотелый кирпич, потому теплотехнические свойства его довольно высоки. Облицовочный стройматериал наделен по-настоящему отличной стойкостью к морозам, при этом обладает ещё и поистине выдающимся видом. Выпускается также и необычно сверэффективный лицевой материал, чья плотность составляет 1100 — 1150 килограмм/метр.

Кирпич глазурованный (ангобированный), служащий для облицовки, обладает плотностью 1300 — 1450 килограмм/метр.

Получают такой кирпич, нанося на обожженную глину глазурь, после чего снова производится обжиг, но на этот раз при более низкой температуре. В результате, образуется стекловидный непроницаемый для воды слой, заметно повышающий сцепление кирпича с остальной массой и увеличивает морозостойкость.

Кирпич клинкерный обладает плотностью на уровне 1900 — 2100 килограмм/метр.

Подобная плотность достигается особенным видом спекания, по результатам которого исключается возможность появление всяческих пустот и включений, благодаря чему гарантирована эффективнейшая долговечность и прочность. Клинкерный кирпич наделен поистине выдающимися характеристиками. Морозоустойчивость такого кирпича является одной из наиболее высоких, число пор низкое (в результате исключается возможность начала разрушения при повышенной влажности), а его износоустойчивость вас поразит. Клинкерный кирпич практически не подвергается вредным воздействиям кислот, солей, щелочей и бывает в состоянии выдерживать даже очень большие давления.

Плотность кирпича шамотного от 1700 до 1900 килограмм/метр.

В промышленности, а точнее, там, где температуры доходят до 1500 градусов Цельсия (а то и до тысячи восьмисот), такой огнеупорный кирпич не имеет конкурентов и однозначно занимает лидирующую позицию, к примеру, при постройке металлургических комбинатов (он становится безусловным фаворитом). Чтобы кирпичи огнеупорные при обжиге не давали трещин, их внутренний состав оснащают шамотом до 70-ти % (это огнеупорная обожженная глина).

Основные характеристики кирпича.

Размеры, марка прочности, теплопроводность, морозостойкость, водопоглощение кирпича.

Размеры кирпича

● ГОСТ 530-2012 определил размер кирпича:

стандартный кирпич (одинарный) 250х120х65 мм
полуторный кирпич 250х120х88 мм
двойной кирпич 250х120х138 мм

• Кроме этих основных размеров существуют и другие, например:
кирпич евро 250х88х65 мм
кирпич модульный одинарный 288х138х65 мм
и другие, вариантов может быть существенно больше.

● Размеры кирпича, производимого в других странах, существенно отличаются от размеров, принятых на основной части пространства бывшего СССР.

в Германии	240х115х71	в США	203х102х57
в Англии	215х102,5х65	в Австралии	230х110х76
в Швеции	250х120х62	в ЮАР	222х106х73
в Румынии	240х115х63	в Индии	228х107х69

Марка прочности кирпича

● Прочность кирпича — одна из основных характеристик, обозначается буквой М и следующей за ней цифрой: М50, М75, М100, М125, М150, М175, М200, М250, М300.

Кирпич испытывают на сжатие, изгиб и растяжение. Цифра после буквы М указывает — сколько килограммов на 1 см² может выдержать изделие, сохранив свою форму, т.е. не разрушаясь. Для пустотелого и полнотелого эта цифра остаётся одинаковой; так как в пустотелом кирпиче площадь пустот не вычитается из общей площади поверхности изделия. Для возведения строительных объектов небольшой этажности (2-3 этажа) допустимо использование кирпича относительно невысокой марки прочности: М100, М125. А при строительстве более высотных сооружений следует использовать кирпич с маркой прочности не ниже М150.

Теплопроводность кирпича

● Немаловажной характеристикой кирпича является способность его к передаче тепла при различных температурах снаружи и внутри сооружения. Существует такое понятие — коэффициент теплопроводности.

В числовом выражении это выглядит как соотношение количества тепловой энергии, теряемого за 1 метр толщины конструкции при разнице температур в 1 градус между наружной и внутренней поверхностью. Например полнотелый кирпич имеет теплопроводность 0,5-0,6 Вт/м °С. Полнотелый кирпич обладает довольно высокой теплопроводностью и поэтому гораздо более выгодно применять пустотелый кирпич — его коэффициент 0,32-0,39 Вт/м °С. Воздух в пустотах имеет более низкую теплопроводность и стены можно строить не такими толстыми. Хотя в связи с применением в современном строительстве всё новых и новых теплоизоляционных материалов актуальность теплопроводности несколько упала, не стоит принижать значение этого качества у кирпича, как и не стоит переплачивать лишние деньги и пренебрегать таким показателем, как снижение трудоёмкости при выполнении строительных работ.

Морозостойкость кирпича

● При определении морозостойкости кирпича используется число циклов заморозки и оттаивания кирпича в насыщенном водой состоянии до появления существенных изменений в структуре материала.

Морозостойкость кирпича обозначается F и следующим за ней числом — т.е. количеством циклов заморозки и оттаивания данного вида изделия. Согласно ГОСТ 530-2012 устанавливаются марки керамического кирпича по морозостойкости: F15 (кроме лицевого кирпича, F25, F35, F50. Для силикатного кирпич существует ГОСТ 379-95. Чем больше число, тем более устойчив данный вида изделия к перепадам температур. Этот показатель присваивается кирпичу при экстремальных условиях испытаний — какие в природе случаются весьма редко, однако в Центральной полосе России рекомендуется применять кирпич с маркой по морозостойкости не ниже F35.

Водопоглощение кирпича

● Водопоглощение кирпича — величина в процентах, которая показывает сколько влаги данный вид кирпича способен впитать и удержать.

Чтобы узнать водопоглощение, кирпич выдерживают в печи при температуре 105-110 °С определённое время, остужают и производят его взвешивание. После этого кирпич помещают в воду на определённый промежуток времени и вновь подвергают взвешиванию. Разница между этими двумя взвешиваниями в процентном соотношении и есть водопоглощение кирпича.

• Водопоглощение очень сильно сказывается на морозостойкость кирпича — к примеру изделие с водопоглощением выше 9% имеет низкую морозостойкость.

• У силикатного кирпича водопоглощение может достигать и 15%, поэтому его не рекомендовано использовать в местах с повышенной влажностью (цокольные помещения, фундаменты), так же как и керамический кирпич, произведённый методом полусухого прессования.

• Приемлемым следует считать водопоглощение 6-12%.

Силикатный тёплый кирпич | АО «Силикат»

Теплопередача и паропроницаемость ограждающих конструкций из газобетона с облицовкой из силикатного кирпича

Ограждающие стены из газобетона с облицовкой из силикатного кирпича, поэтажно опирающиеся на перекрытие, широко применяются в конструкциях монолитных и каркасно-монолитных жилых зданий. И сметные расчеты, и практика строительства показали экономическую эффективность и технологичность.

Конструкция ограждающей стены

Коэффициент теплопроводности сухого полнотелого силикатного кирпича — 0,56 Вт/(м • ºС), а кладки из него — 0,69 Вт/(м•ºС). Теплопроводность кладки полнотелых керамическихкирпичей составляет 0,98 Вт/(м • ºС). Как видно, коэффициент теплопроводности полнотелого силикатного кирпича меньше коэффициента теплопроводности полнотелого керамического кирпича, значит, тепло он держит лучше. Поэтому для строительства фасадов зданий целесообразно использовать силикатный кирпич, который имеет лучшие теплоизолирующие свойства. Силикатный кирпич превосходит керамику, по морозостойкости, и в варианте полнотелой окраски привлекает архитекторов возможностями выразительного оформления фасадов.

Газобетон как теплоизоляционный материал получил широкое распространение в каркасно-монолитном строительстве.

Комбинированная конструкция из кирпича и газобетона находится подвнешними климатическими воздействиями, с одной стороны, и под воздействием пара, возникающего внутри помещений и движущегося наружу, с другой стороны. Стеновые заполнения из газобетона с наружной облицовкой кирпичом выполняют как с воздушной прослойкой, так и без нее.Прослойку используют для предупреждения переувлажнения газобетонногослоя ограждающей стены.

Сопротивление передаче

Требуемое сопротивление теплопередаче

Определим требуемое сопротивление теплопередаче R˳ᵐᵖжилого здания, например, в Санкт-Петербурге или каком-либо другом районе Северо-Запада с нормальным влажностным режимом помещения. При проектировании ограждающих конструкций должны соблюдаться нормы строительной теплотехники согласно СНиП 11-3-79 «Строительная теплотехника».

Исходя из санитарно-гигиенических и комфортных условий:

Здесь n=1 — коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности стены по отношению к наружному воздуху;
t_B= 20 ^OC— расчетная температура внутреннего воздуха согласно ТСН 23-340-2003 «Энергетическая эффективность жилых и общественных зданий. Нормативы по энергопотреблению и теплозащите»;
t_H= -26 ^OC— расчетная зимняя температура наружного воздуха, равная средней температуре наиболее холодной пятидневке с обеспеченностью 0,92;
Dt^H=-4 ^OC — нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности;
a_B— коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности стены.

Напомним, что число градусо-суток отопительного периода для Санкт-Петербурга будет ГСОП= 7796 ^oC /сут.. Здесь, согласно СНиП 23-01-99 «Строительная климатология», z= 220 дней — продолжительность периода со средней суточной температурой меньше 8 градусов С, а 1,8 С — средняя температура этого периода.

В результате получаем значение сопротивления теплопередаче наружных стен, рассчитанное по предписываемому подходу, — 3,08. Выбирая наибольшее значение, окончательно получаем R˳ᵐᵖ =3,08 м²*ºС/Вт.

Термическое сопротивление ограждающей конструкции

Требуемое сопротивлениетеплопередаче применительно к рассматриваемой конструкции стены будет определять лишь минимальную толщину теплоизолирующего газобетонного слоя. Выбор проектной толщины слоя должен являться результатом технико-экономических расчетов. При этом подход к таким расчетам зависит от задач инвестора и заказчика-застройщика в инвестиционном проекте строительства здания. Если задача заключается в минимизации себестоимости квадратного метра площади, то требуется и минимальная толщина газобетона. Если инвестор и заказчик-застройщик исходят из интересов собственника или пользователя жилых помещений, то увеличение толщины газобетона следует рассматривать как инвестиционный проект, направленный на экономию теплопотерь. Для расчетов необходимо задаться вопросами внутренней нормы рентабельности, прогнозируемой цены на тепловые ресурсы и многими другими.

Ни первая (относительно простая), ни вторая задача не являлись целью вопросами работы. Чтобы показать возможность обеспечения приемлемых характеристик ограждающей конструкции, выберем толщину газобетонной кладки, исходя из сложившейся практики. Толщину кладки силикатного лицевого пустотелого кирпича определим по его геометрическими размерам, толщину воздушной прослойки между кирпичем и газобетоном — технологической реализуемостью.

Н.И. ВАТИН, д. т. н.,проф., зав. кафедрой «Технология, организация и экономика строительства» инженерно-строительногофакультета ГОУ СПбГПУ,Г.И. ГРИНФЕЛЬД,начальник отдела техническогоразвития

компании «АЭРОК», О. Н. ОКЛАДНИКОВА, инженер ГОУ СПбГПУ,С.И. ТУЛЬКО, генеральный директор Павловского завода строительных материалов

Журнал «СтройПРОФИль»

19/05/2018

Ещё статьи:

Теплопроводность керамического кирпича

Появление новых технологий и стеновых материалов не снизило популярности обычного керамического кирпича. Этот материал используется человечеством не одну сотню лет, из него строили древние замки, мости и другие сооружения. Преимуществом рассматриваемых изделий, считается способность выдерживать значительные нагрузки, а также долговечность. Одним из основных свойств керамического кирпича является теплопроводность. О ней мы и поговорим в нашей статье.

Глиняный кирпич служит для возведения несущих стен, монтажа межкомнатных перегородок. Отделочные материалы позволяют украсить фасад вашего дома, делают его уникальным. При использовании отделочного кирпича можно не только улучшить внешний вид строения, но и увеличить теплопроводность стены за счёт воздушной прослойки, что позволяет сэкономить на теплоносителях.

Теплопроводность пустотелого керамического кирпича

Такое свойство стенового материала как теплопроводность, указывает как или с какой скоростью кирпич проводит тепло через свою толщину, обозначается символом λ (лямбда). Количество теплоты измеряется Ваттами, оно уменьшается через прохождение определённой толщи материала, поэтому изделия, которые имеют небольшую теплопроводность считаются самыми тёплыми.

Следует заметить, что теплопроводность керамического кирпича зависит от его плотности. Так, в структуре пустотелого кирпича присутствуют сквозные отверстия, которые при кладке стен заполняются воздухом. Как известно, кислород в совмещении с другими элементами способен задерживать тепло, поэтому теплопроводность керамического кирпича с пустотами будет равняться 0,56 Вт/м*ºС.

Теплопроводность полнотелого керамического кирпича

Красный кирпич полнотелой структуры используется для кладки несущих стен высотных зданий. При проектировке любого сооружения, рассчитывают толщину несущих стен по специальному теплотехническому расчёту. Следует заметить, что такой материал нуждается в дополнительной теплоизоляции, ведь его теплопроводность находится в пределах от 0,6 до 0,8 Вт/м*ºС.

Конечно, для комфортного проживания людей можно сделать стены зданий толщиной в три метра, но это невыгодно с экономической точки зрения, поэтому при проектировании зданий учитывают только несущую способность кирпича, а потери тепла компенсируют укладкой утеплителя или отделкой фасада различными теплоизолирующими материалами.

Полнотелый керамический кирпич — СТРОЙ САМ

Керамический полнотелый кирпич – это искусственный камень правильной формы, полый внутри, то есть не содержащий пустот. Изготавливается из красной глины путем формовки и обжига.

Используется полнотелый кирпич, благодаря своим свойства, преимущественно для устройства фундаментов, цоколей домов, возведении подвальных помещений, для возведения стен зданий, облицовки здания, кладке печей и каминов, там, где нужна повышенная прочность и огнеупорность.

Из-за того что материал имеет широкое применение, его также называют керамический рядовой полнотелый кирпич.

Прочность полнотелого кирпича

Полнотелый кирпич соответствует стандартным маркам прочности. Прочность кирпича обозначается соответствующей маркой, например М100, где М- это марка, а 100 – это нагрузка в килограммах которую может выдержать полнотелый кирпич при давлении на 1 см квадратный, то есть при сжатии. Полнотелый керамический кирпич бывает следующих марок плотности М-75, М-100, М-125, М-150, М-175, М-200, М-250, М-300. Марки 75-100 используют для кладки стен двух и трех этажных домов, прочность такого кирпича позволяет выдерживать вес всего здания. Марки от 125 до 200 уже можно смело использовать для сооружения фундаментов и цокольных этажей. Полнотелый кирпич М200 и М300 используется даже для устройства фундаментов многоэтажных домов.

Теплопроводность полнотелого кирпича

Кирпич как и любой стеновой материал обладает свойством проводить температуру от нагретой поверхности внутренней средой дома во внешнюю среду, более холодную. Процесс происходит в результате электромагнитного взаимодействия атомов, электронов и квазичастиц (фононы). Показатель величины теплопроводности – это коэффициент теплопроводности λ, Вт/. Это количество теплоты, которое проходит через единицу площади сечения изделия за единичный промежуток времени.

Значения коэффициентов теплопроводности: ≤ 0.20 – высокая теплопроводность; 0.2 < λ ≤ 0.24 – повышенная теплопроводность; 0.24 — 0.36 – эффективная теплопроводность; 0.36 — 0.46 – условно-эффективная теплопроводность; ˃ 0.46 – малоэффективная теплопроводность.

У полнотелого керамического кирпича высокая теплопроводность до 0,56-0,81 Вт/м, и он хорошо отдает полученное тепло, в отличие от пустотелого кирпича, который держит тепло благодаря внутренним пустотам. Потому полнотелый кирпич и используется для устройства печей и стараются не использовать для возведения стен здания.

Морозостойкость полнотелого кирпича

Морозостойкость кирпича, в общей стандартизации изделия, обозначается буквой F. Под морозостойкостью полнотелого керамического кирпича понимается его способность в насыщенном водой состоянии выдерживать без разрушений многократные циклы заморозки и оттаивания. Морозостойкость измеряется количеством циклов замораживания и оттаивания, проводимых в Самыми распространённые марки по морозостойкости это F-15, F-25, F-35, F-50, F-100, где цифра после буквы F обозначает количество циклов заморозки и разморозки. Такие испытания проводятся над искусственным камнем по 8 часов в одном температурном цикле.

Показатель морозостойкости не зависит от полнотелости или пустотелости кирпича, на этот показатель влияет сырье из которого изготовили кирпич и технология производства. Самой распространенной маркой по морозостойкости является не ниже F-35, для климата с умеренной зимой и летом.

Размер и вес полнотелого кирпича

Стандартный размер кирпича 250х120х65 мм, и вес 4,3 килограмма и 1 600 – 1 900 кг/куб.м, такой кирпич его называют одинарным. Такой размер удобен в работе каменщика. Изготавливают кирпич и больших размеров, например полуторный и двойной (двушка), с соответствующими увеличенными размерами в высоте и большим весом. В сравнении с пустотелым искусственным камнем, полнотелый кирпич более тяжелее, а значит, стены возведенные из него будут оказывать большую нагрузку на фундамент. Это еще одна причина не использовать полнотелый кирпич для кладки коробки дома.

Огнестойкость полнотелого керамического кирпича

Огнестойкость кирпича это его способность ограничивать распространение огня и не менять своих технических свойств под воздействием высоких температур.

Огнестойкость полнотелого кирпича характеризуют такие показатели как

— негорючесть, то есть он не подвержен возгоранию и поддержанию огня;

— сохранение механической прочности при нагреве до высоких температур;

— низкая теплопроводность, то есть при контакте одной стороны с высокой температурой, вторая сторона должна сохранять температуру ниже температуры возгорания материалов с которым контактирует кирпичная стена, например если это пластик, бумажные и картонные изделия, а так же материалы из дерева. Но как правило, такие материалы могут контактировать с кирпичной стеной только внутри дома и не снаружи и причиной их возгораний очевидно не будет является нагретый кирпич.

Стены и конструкции, элементы зданий выполненные из кирпича, в частности полнотелого кирпича являются самыми огнеупорными, потому то из них и складывают печи, камины и дымоходные трубы. Такое свойство обеспечивает безопасность жильцам дома из кирпича.

Во время случайных пожарах внутри кирпичного дома и рядом с ним, можно с уверенностью утверждать что дом не сгорит и не лишит его владельца жилья, стены и целостность дома сохранится.

Водопоглощение полнотелого керамического кирпича

Водопоглощение кирпича — это способность данного изделия впитывать в себя и сохранять влагу. Это соотношение объема впитанной влаги и веса материала. Показатель водопоглощения определяется в процентах к объему материала. Чем выше будет показатель водопоглощения, тем ниже уровень прочности кирпича и соответственно устойчивости к низким температурам, поскольку замерзшая внутри кирпича влага будет разрушать его изнутри.

Для полнотелого керамического кирпича показатель водопоглощения устанавливается на уровне 8%-14%, низкий уровень водопоглощения, потому его используют для возведения цоколей и облицовки стен домов.

Рассмотрев основные характеристики полнотелого керамического кирпича можно сделать вывод что основными его достоинствами являются высокая прочность, водостойкость, устойчивость к высоким температурам, потому его используют для возведения цоколей и несущих стен, печей и использовать в качестве облицовочного материала. А основными недостатками являются высокая теплопроводность и масса , потому его редко используют как основной кладочный материал для дома.

Кирпич керамический полнотелый и пустотелый | Кирпич, блоки керамические поризованные пустотелые

ДЛЯ ОБЛИЦОВКИ ФАСАДА (лицевой кирпич)
	Наименование		Описание
ПУСТОТЕЛЫЙ М 100-175	КРАСНЫЙ	ВЕЛЮРОВЫЙ	ГОСТ530-2012 Размер одинарного 25012065 Размер утолщеного 25012088 Морозостойкость: 50-75 циклов Водопоглощение: 16 % Вес: 3,3 кг. Теплопроводность: 0.299 Вт/(м*С°) Удельная эффективная активность радионуклидов: 42 Бк/кг
		РУСТИРОВАННЫЙ	ГОСТ530-2012 Размер одинарного 25012065 Размер утолщеного 25012088 Морозостойкость: 50-75 циклов Водопоглощение: 16 % Вес: 3.3 кг. Теплопроводность: 0.299 Вт/(м*С°) Удельная эффективная активность радионуклидов: 42 Бк/кг
		КРАСНЫЙ	ГОСТ530-2012 Размер одинарного 25012065 Размер утолщеного 25012088 Морозостойкость: 75 циклов Водопоглощение: 16.8 % Вес: 3,4 кг. Теплопроводность: эффективный Удельная эффективная активность радионуклидов: 42 Бк/кг
	СВЕТЛЫЙ	АБРИКОС	ГОСТ530-2012 Размер одинарного 25012065 Размер утолщеного 25012088 Теплопроводность 0,299 — 0,37 Вт/(м*С) Масса 3,2-3,6 кг Используется для облицовки зданий. Отлично смотрится под расшивку и с добавлением других оттенков (шоколад или красный)
		СОЛОМЕННЫЙ	ГОСТ530-2012 Размер одинарного 25012065 Размер утолщеного 25012088 Теплопроводность 0,299 — 0,37 Вт/(м*С) Масса 3,2-3,6 кг Используется для облицовки зданий. Отлично смотрится под расшивку и с добавлением других оттенков (шоколад или красный)
		АГАПОВСКИЙ	ГОСТ530-2012 Размер одинарного 25012065 Размер утолщеного 25012088 Теплопроводность 0,299 — 0,37 Вт/(м*С) Масса 3,2-3,6 кг Используется для облицовки зданий. Отлично смотрится под расшивку и с добавлением других оттенков (шоколад или красный)
		СИМАТ	ГОСТ530-2012 Размер одинарного 25012065 Размер утолщеного 25012088 Теплопроводность 0,299 — 0,37 Вт/(м*С) Масса 3,2-3,6 кг Используется для облицовки зданий. Отлично смотрится под расшивку и с добавлением других оттенков (шоколад или красный)
		СВЕТЛЫЙ	ГОСТ530-2012 Размер одинарного 25012065 Размер утолщеного 25012088 Теплопроводность 0,299 — 0,37 Вт/(м*С) Масса 3,2-3,6 кг Используется для облицовки зданий. Отлично смотрится под расшивку и с добавлением других оттенков (шоколад или красный)
	КОРИЧНЕВЫЙ	КОРОЛЕВСКИЙ ДВОР ФЛЕШ	ГОСТ530-2012 Размер одинарного 25012065 Размер утолщеного 25012088 Морозостойкость, циклов 50-75 Водопоглощение, % 16 Вес, кг 2.1 Теплопроводность, Вт/(м*С) 0.29 Удельная эффективная активность радионуклеидов, Бк/кг 42
	КОРИЧНЕВЫЙ	ШОКОЛАД гладкий	ГОСТ530-2012 Кирпич коричневого цвета используется для облицовки фасадов. В основном комбинируется с более светлыми оттенками либо применяется для выделения отдельных архитектурных элементов. Размер одинарного 25012065 Размер утолщеного 25012088 Марка по прочности, кг/см2 125-150 Морозостойкость, циклов 50-75 Водопоглощение, % 16 Вес, кг 2.6 Теплопроводность, Вт/(м*С) 0.29 Удельная эффективная активность радионуклеидов, Бк/кг 42
ПОЛНОТЕЛЫЙ М 100-200	КРАСНЫЙ	ВЕЛЮРОВЫЙ (пустотность 0%)	ГОСТ530-2012 Размер одинарного 25012065 Размер утолщеного 25012088 Морозостойкость: 25-50 циклов Водопоглощение: 15.8 % Вес: 3.5 кг. одинарный и 4,7 кг утолщенный Теплопроводность: 0,46 Вт/(м*С°) Удельная эффективная активность радионуклидов: 42 Бк/кг

Об анизотропии теплопроводности керамического кирпича

https://doi.

org/10.1016/j.jobe.2020.101418Получить права и содержание

Основные моменты

•: Исследована анизотропия теплопроводности кирпича кладки.
•: Были исследованы два типа красного обожженного кирпича и один тип силикатного кирпича.
•: Использовались методы SEM, DSC, лазерной вспышки и ИК-термографии.
•: Анизотропия теплопроводности связана с микроструктурой.
•: Термоанизотропия красного кирпича была больше, чем у силикатного кирпича.

Реферат

В данном исследовании представлены результаты исследования анизотропии теплопроводности кирпичной кладки. В литературе представлено немного результатов по анизотропным термическим свойствам. Большинство из них были ориентированы на измерение теплопроводности только по толщине образца или дополнительно в одном направлении. В этой работе теплопроводность трех типов кирпичей была определена косвенным методом, который включал измерения температуропроводности, удельной теплоемкости и плотности. Температуропроводность керамических кирпичей была измерена с использованием метода вспышки, в то время как дифференциальная сканирующая калориметрия применялась для измерения удельной теплоемкости. Кажущиеся плотности определялись геометрически. Измерения, проведенные в трех направлениях, перпендикулярных основным плоскостям кирпича, показали, что коэффициент температуропроводности кирпичей является анизотропным. Исследования были повторены на нескольких кирпичах от разных местных производителей. Различия в значениях теплопроводности, определенных для образцов, вырезанных в разных направлениях, составили до 36%.Связь между основными направлениями тензора температуропроводности и микроструктурой материала также была исследована с помощью сканирующей электронной микроскопии и инфракрасной термографии. Было обнаружено, что силикатные кирпичи более изотропны, чем обожженные красные кирпичи. Исследование подтвердило более ранние сообщения о связи микроструктурного выравнивания с анизотропией теплопроводности. Обнаружена интересная разница в степени анизотропии на двух разных глубинах. Точно рассчитанный тензор теплопроводности может иметь значение при моделировании явлений переноса тепла и влаги в строительных материалах.

Ключевые слова

Строительный материал

Обожженный красный кирпич

Силикатный кирпич

Анизотропия

Теплопроводность

Рекомендуемые статьиЦитирующие статьи (0)

Цитирующие статьи

(PDF) Об анизотропии теплопроводности в керамических кирпичах

[26] Коуэн Р. Д. Импульсный метод измерения температуропроводности при высоких температурах, J.Прил. Phys.

Том 34, 1963 г., стр. 926–7. DOI: 10,1063 / 1,1729564.

[27] О’Нил М. Дж. Измерение функций удельной теплоемкости с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии,

Anal. Chem., Vol. 38, выпуск 10, 1966 г., стр. 1331–1336. doi: 10. 1021 / ac60242a011

[28] ASTM C20, Стандартные методы испытаний на кажущуюся пористость, водопоглощение, кажущуюся удельную плотность

и объемную плотность обожженного огнеупорного кирпича и формы под действием кипящей воды, ASTM

International, West Conshohocken, PA, 2015.DOI: 10.1520 / C0020-00R15.

[29] Flegler SL, Heckman, JW Klomparens KL, Сканирующая и просвечивающая электронная

микроскопия: введение, Oxford University Press, 1993.

[30] Баларас К.А., Аргириу А.А., Инфракрасная термография для диагностики зданий, Energy Build .

Том. 34, 2002, стр. 171–183.

[31] Литти Г., Хошдел С., Оденаерт А., Брет Дж., Оценка гигротермических характеристик традиционной кирпичной кладки

в исторических зданиях, Energy Build.Vol. 105, 2015, стр. 393–411.

[32] Реншоу Дж. Б., Гимараес М., Скотт Д. Б., Термографическое обследование массивных конструкций, AIP

Conference Proceedings, Vol. 1581, выпуск 33, 2014 г. , стр. 978–984.

[33] Паолетти Д., Амброзини Д., Сфарра С., Бисенья Ф., Профилактическая термографическая диагностика исторических

зданий для консолидации, J. Cult. Herit., Vol. 14. 2013. С. 116–121.

[34] Килили А., Фокайдес П. А., Кристу П., Калогиру С.A., Инфракрасная термография (IRT)

приложений для диагностики зданий: обзор, Applied Energy Vol. 134, 2014. С. 531–549.

[35] Меола К. Инфракрасная термография каменных конструкций // Инфракрасная физика. Technol., Vol. 49, 2007,

с. 228–233.

[36] Уайлд У., Бюшер К. А., Виггенхаузер Х., Амплитудно-чувствительная модуляционная термография для измерения влажности в строительных материалах

, Proc. SPIE, Vol. 3361, 1998, стр. 156–163.

[37] Донателли А., Аверса П., Лупрано В. А. М., Установка экспериментальной процедуры для

измерения теплопередачи с помощью инфракрасной термографии на лабораторных прототипах стен,

Infrared Phys. Technol. Vol. 79, 2016. С. 135–143.

[38] Чампа Ф., Махмуди П., Пинто Ф., Мео М., Последние достижения в активной инфракрасной термографии

для неразрушающего контроля аэрокосмических компонентов, Датчики Vol. 18, 2018, pp. 609.

Коэффициент температуропроводности изоляционного кирпича, полученного из опилок и глины

В данной статье представлен экспериментальный результат по влиянию размера частиц смеси шариковой глины, каолина и опилок на температуропроводность керамического кирпича.Смесь сухих порошков шаровой глины, каолина с одинаковым размером частиц и опилок с различным размером частиц смешивалась в разных пропорциях и затем прессовалась до высокого давления перед обжигом до 950 ° C. Затем определялась температуропроводность косвенным методом, включающим измерение теплопроводности, плотности и удельной теплоемкости. Исследование показывает, что коэффициент температуропроводности увеличивается с уменьшением размера частиц каолина и шаровой глины, но уменьшается с увеличением размера частиц опилок.

1. Введение

В недавнем исследовании Манукаджи [1] температуропроводность очень важна во всех задачах неравновесной теплопроводности в твердых объектах. Скорость изменения температуры во времени зависит от численного значения коэффициента температуропроводности. Физическое значение температуропроводности связано с диффузией тепла в среду при изменении температуры со временем. Неравновесная теплопередача важна из-за большого количества проблем нагрева и охлаждения, возникающих в промышленности [2].В металлургических процессах необходимо прогнозировать скорости охлаждения и нагрева для проводников различной геометрии, чтобы прогнозировать время, необходимое для достижения определенных температур. Материалам с высокой тепловой массой потребуется больше времени, чтобы тепло переместилось от горячей поверхности кирпича к холодной, а также потребуется много времени для выделения тепла после удаления источника тепла [3, 4]. В статье Арамида [5] указывается, что при обжиге образцов кирпича, изготовленных из опилок, примесь опилок выгорает при температуре 450–550 ° C [6], оставляя поры (воздушные пустоты) в кирпиче, что препятствует тепловому потоку. .

Одной из проблем, с которыми сталкивается строительная промышленность Уганды, является высокое потребление электроэнергии из-за плохих систем вентиляции и кондиционирования воздуха. В основном это связано с отсутствием в зданиях методов теплоизоляции [7, 8]. Тем не менее, в Уганде не производятся классифицированные теплоизоляторы. Страна зависит от импортных изоляционных материалов, которые очень дороги и труднодоступны для местной промышленности, и, тем не менее, в разных частях страны имеются обширные месторождения полезных ископаемых, которые могут обеспечить потенциальное сырье для производства различных керамических изделий, таких как теплоизоляция. кирпичи.Таким образом, в данной статье представлены результаты экспериментального исследования влияния размера частиц на температуропроводность глиняных кирпичей состава, показанного в таблице 1, которые были изготовлены из комбинации каолина, шаровой глины и древесных опилок с различными частицами. размеры.


Образец	Размер частиц (мкм)
Образец	Каолин (90 г) + шариковая глина (70 г)	Добавка опилок (40 г)

A ₁		0–125	125–154	154–180
A ₂	63–90	0–125	125–154	154–180	53–63	0–125	125–154	154–180
A ₄	45–53	0–125	12514–154
A ₅	0–45	0–125	125–154	154–180

Образец	Размер частиц (мкм)
Образец	Опилки (40 г)	Каолин (90 г) + шариковая глина (70 г) добавка

B ₁		63–90	90–125	125–154
B ₂	125–154	63–90	90–125	125–154
125–154
154–180	63–90	90–125	125–154
B ₄	180–355	63–90	9014–125
B ₅	355–425	63–90	90–125	125–154

2.

Экспериментальные процедуры

2.1. Обработка материалов

Сырьем, используемым в этом исследовании, были каолин, шариковая глина и опилки твердых пород древесины. Опилки получали из красного дерева. Твердая древесина была предпочтительнее, потому что при включении в глиняные кирпичи она образует однородные поры, имеет высокую теплотворную способность и не вызывает вздутие живота [9]. Каолин собирали в Мутаке на юго-западе Уганды, а глину в виде шариков собирали в Нтаво (Муконо), в 25 км к востоку от столицы Кампалы.Шариковую глину и каолин по отдельности замачивали в воде на семь дней, чтобы дать им полностью раствориться, чтобы отделить коллоиды от тяжелых частиц, таких как камни, песок и корни. Затем глину сушили и измельчали в виде порошка в электрической шаровой мельнице. Порошки просеивали через испытательные сита, склеенные вместе на механическом встряхивателе сит для испытаний. Диапазон размеров частиц 0–45 мкм м, 45–53 мкм м, 53–63 мкм м, 63–90 мкм м, 90–125 мкм м и 125–154 мкм По каолину и шаровой глине отдельно добыто м. Точно так же порошки опилок с диапазоном размеров частиц 0–125 мкм мкм, 125–154 мкм мкм, 154–180 мкм мкм, 180–355 мкм мкм и 355–425 мкм мкм. также подготовлен.

Исследование проводилось с использованием двух наборов серийных составов. В первой части составы партий A ₁ –A ₅ имели композиции каолина и шариковой глины с одинаковыми диапазонами размеров частиц, которые были смешаны с равными массами опилок трех разных диапазонов размера частиц в соотношении 9: 7: 4 по весу, как показано в таблице 1.Смесь этих порошков сначала сушили на солнце, а затем прессовали до давления 50 МПа в прямоугольные образцы с размерами 10,51 см × 5,25 см × 1,98 см. Образцы для испытаний обжигали в электропечи до 950 ° C в два этапа. На первом этапе их сушили при скорости нагрева 2,33 ° C мин. ^-1 до 110 ° C, и эту температуру поддерживали в течение четырех часов, чтобы удалить любую воду из образца. На втором этапе образцы обжигались со скоростью 6 ° C мин. От ^-1 до 950 ° C.При этой температуре время выдержки составляло один час перед выключением печи, чтобы дать образцам возможность естественным образом остыть до комнатной температуры.

Во второй части исследования составы серий B ₁ –B ₅ имели каждый из диапазонов размеров частиц 0–125 мкм м, 125–154 мкм м, 154–180 мкм м, 180–355 мкм м и 355–425 мкм мкм опилок, смешанных с каолином и шаровой глиной с теми же диапазонами размеров частиц в соотношении 4: 9: 7, как показано в (Таблица 1), перед их уплотнением при давлении 50 МПа в прямоугольные образцы размером 10.51 см × 5,25 см × 1,98 см. Процесс обжига был аналогичен процессу обжига первой партии. Каждый из составов образцов имел общую массу 200 г (90 г каолина, 70 г шариковой глины и 40 г опилок).

2.2. Определение коэффициента температуропроводности

Коэффициент температуропроводности определяли из измеренных значений удельной теплоемкости, теплопроводности и плотности с использованием следующего уравнения, полученного из закона теплопроводности Фурье через твердое тело: где — коэффициент температуропроводности, — теплопроводность, — плотность, — удельная теплоемкость [10].

Теплопроводность измерялась быстрым измерителем теплопроводности (QTM-500) с сенсорным датчиком (PD-11), в котором для исследования теплопроводности образцов используется переходный метод (нестационарное состояние) [11, 12]. Удельную теплоемкость определяли методом смесей [13], а плотность определяли путем измерения размеров и массы образца. Измерения теплопроводности, плотности и удельной теплоемкости проводились при комнатной температуре.

2.3. Химический состав

Химический состав обожженных образцов был определен с помощью рентгенофлуоресцентного (XRF) спектрометра, модель X ‘Unique ll [14], чтобы установить химический состав основных соединений, которые влияют на термические свойства изоляционный глиняный кирпич Таблица 2.

% Вес98 9032us Влияние размера частиц на коэффициент температуропроводности

Коэффициент температуропроводности определяли косвенным методом, включающим измерение теплопроводности, удельной теплоемкости и плотности обожженных образцов [2, 10]. Влияние размера частиц на теплопроводность, плотность, удельную теплоемкость и температуропроводность обсуждается ниже.

3.1.1. Влияние размера частиц на теплопроводность

Результаты (рис. 1) показывают, что теплопроводность увеличивается с уменьшением размера частиц каолина и шариковой глины при фиксированном размере частиц опилок. Это связано с тем, что более крупные частицы создают большие поры из-за плохого заполнения пустот, содержащих воздух после обжига, по сравнению с мелкими частицами [15, 16].Теплопроводность керамического материала зависит от путей теплопроводности, на которые влияют микроструктура, гранулометрический состав и количество воздушного пространства или пустот, создаваемых во время обжига тела [17]. Рисунок 2 показывает, что теплопроводность уменьшается, когда размер частиц опилок, включенных в глиняную смесь, увеличивается. Это связано с тем, что размер частиц горючих органических отходов определяет количество воздушных пространств, создаваемых в изоляционном глиняном кирпиче [18–20]. Кроме того, теплопроводность дополнительно снижается, когда размер частиц смеси каолина и шаровой глины увеличивается из-за меньшего контакта между частицами [21]. Сцепление частиц глины зависит от гранулометрического состава и диапазона размеров мелких и крупных частиц, а также от того, состоит ли тело из частиц одного или нескольких размеров.

3.1.2. Влияние размера частиц на плотность
Плотность образцов увеличивается с уменьшением размера частиц смеси каолина и шаровой глины при фиксированном размере частиц опилок (рис. 3).Меньшие размеры частиц имеют больше точек контакта, что обеспечивает большую когезию и смазку каолина шариковыми глинами. Множественные размеры частиц в керамическом теле увеличивают упаковку частиц и создают тело с высокой плотностью, поскольку более мелкие зерна проникают в межчастичные пустоты более крупных частиц и, таким образом, увеличивают плотность упаковки. Это исследование также показывает, что наблюдается дальнейшее снижение плотности с увеличением размера частиц опилок при фиксированном размере частиц каолина и шаровой глины [20].

На рисунке 4 плотность образцов уменьшается с увеличением размера частиц опилок при фиксированном размере частиц каолина и шариковой глины.Маленькие поры, которые создаются мелкими частицами опилок, имеют тенденцию закрываться во время уплотнения в результате образования межкристаллитных контактных областей, в то время как большие поры остаются в матрице глины во время обжига и созревания [18]. Это объясняется достаточной длиной опилок, которая улучшает сцепление на границе раздела опилки-глина, чтобы противодействовать деформации и усадке глины во время сушки и обжига [9].

3.1.3. Изменение удельной теплоемкости в зависимости от размера частиц
Удельная теплоемкость образцов от A ₁ до A ₅ обычно ниже, чем у образцов от B ₁ до B ₅ (рисунки 5 и 6).Это означает, что более низкий коэффициент температуропроводности может быть достигнут за счет использования опилок большего размера [9]. Удельная теплоемкость увеличивается с увеличением размера частиц используемых глиняных материалов (Рисунок 5) и увеличением размера частиц добавленных опилок (Рисунок 6).

3.1.4. Коэффициент температуропроводности
Коэффициент температуропроводности увеличивается по мере уменьшения размера частиц смеси каолина и шаровой глины при фиксированном размере частиц добавленных опилок (рис. 7).Основное влияние размера частиц на коэффициент температуропроводности твердого материала связано с количеством твердого тела и воздушного пространства, которое тепло должно проходить поперек при прохождении через материал. Это объясняется большим размером частиц, что приводит к высоким уровням пористости из-за плохого заполнения пустот между частицами большого размера по сравнению с мелкими частицами, создавая, таким образом, большие воздушные пространства [21]. Большая доля воздуха дает низкое значение коэффициента температуропроводности из-за его низкой теплопроводности. Уменьшение размера частиц увеличивает содержание частиц на единицу объема, что уменьшает среднее расстояние между частицами глинистой матрицы. Это приводит к плотной упаковке частиц, что приводит к уплотнению глиняных кирпичей, что увеличивает температуропроводность [16, 20]. Следовательно, мелкозернистый материал с закрытой текстурой (малый размер частиц) имеет гораздо больший коэффициент температуропроводности, чем материал с более крупной открытой текстурой (крупный размер частиц). Небольшие размеры частиц увеличивают низкое тепловое сопротивление, поскольку точки контакта для теплопроводности очень плотно упакованы.Большой размер зерна каолина и шаровой глины позволяет получить кирпичи, которые более пористые и, следовательно, более устойчивы к резким перепадам температуры по образцу [1, 22]. Низкие значения температуропроводности подходят для минимизации теплопроводности. Наблюдается (рис. 7), что увеличение размера частиц добавленных опилок дополнительно снижает температуропроводность.

Температуропроводность уменьшается с увеличением размера частиц опилок при фиксированном размере частиц комбинации каолина и шаровой глины (рис. 8).Это происходит потому, что частицы опилок выгорают при температуре 450-550 ° C [6], оставляя поры или пустоты в образцах. Во время сушки и обжига происходит уплотнение, и небольшие поры, создаваемые мелкими частицами опилок, имеют тенденцию закрываться глинистыми минералами в результате образования межкристаллитных контактных областей, в то время как большие поры сохраняются в глинистой матрице [18].

Включение опилок в керамическое тело, которое удаляется на этапе обжига, оставляет поры, размер которых зависит от размеров органических частиц.Более мелкие опилки образуют более мелкие поры, большинство из которых может быть устранено во время уплотнения, в то время как частицы большого размера образуют большие поры. Опилки большого размера улучшают сцепление на границе раздела опилки-глина, что препятствует деформации и усадке глины. Это обеспечивает высокую пористость, низкую плотность, низкую теплопроводность и низкую скорость изменения температуры на образце. Следовательно, коэффициент температуропроводности уменьшается с увеличением размера частиц опилок. Как правило, значения температуропроводности от B ₁ до B ₅ ниже, чем у A ₁ до A ₅.Это результат мультипликативной пористости, создаваемой добавлением глины и опилок.
3.2. Химический состав
Процентный состав SiO ₂ составляет 68,0%, а процентный состав Al ₂ O ₃ составляет 22,0%. Согласно отчету Бюро энергоэффективности [23] о шамотных огнеупорах, шамотные огнеупоры низкой плотности состоят из силикатов алюминия с различным содержанием кремнезема от 67 до 77% и содержанием Al ₂ O ₃ от 23 до 33%.Химический состав глинозема в разработанных образцах может быть улучшен либо путем обогащения сырья (каолина и шаровой глины), либо путем увеличения процентного состава каолина в образцах. Образцы глины содержат менее 9,0% флюсовых компонентов (K ₂ O, Na ₂ O и CaO).
3.3. Значение
Физическое значение низких значений температуропроводности связано с низкой скоростью изменения температуры в материале в процессе нагрева.Таким образом, образцы имеют низкие значения коэффициента температуропроводности и подходят для использования в качестве теплоизоляторов. Подходящим теплоизолятором является образец, содержащий комбинацию каолина и шариковой глины с размером частиц 125–154 мкм мкм с опилками с размером частиц 355–425 мкм мкм. Эта комбинация характеризовалась наименьшим значением температуропроводности 1,16 × 10 ⁻⁷ м ² с ⁻¹ и ее легко подготовить для промышленного производства теплоизоляционного кирпича.
4. Выводы
Результаты исследования показывают, что все проанализированные образцы являются хорошими теплоизоляторами, а на коэффициент температуропроводности напрямую влияет размер частиц комбинации минералов каолина и шаровой глины, а также размер частиц опилок. добавление. Таким образом, из проведенного общего экспериментального анализа было обнаружено следующее: (1) Коэффициент температуропроводности увеличивается с уменьшением размера частиц смеси каолина и шаровой глины при фиксированном размере частиц добавленных опилок.Добавление опилок с частицами большего размера снижает коэффициент температуропроводности даже при очень малых размерах частиц каолина и шариковой глины. (2) Коэффициент температуропроводности уменьшается с увеличением размера частиц добавленных опилок до фиксированного размера частиц каолина и шариковой глины. Включение каолина и шариковой глины с гораздо большим размером частиц дополнительно снижает коэффициент температуропроводности из-за мультипликативного эффекта более высокой пористости, создаваемой опилками и глинистыми минералами. (3) Образцы содержат подходящие композиции кремнезема и глинозема, которые подходят для легкие жаропрочные теплоизоляционные кирпичи.(4) Таким образом, образцы имеют низкие значения коэффициента температуропроводности и подходят для использования в качестве теплоизоляторов.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи.
Благодарности
Авторы хотели бы поблагодарить сотрудников Университета Кямбого за их руководство и поддержку в ходе исследования. Также выражаем благодарность руководству и персоналу Института промышленных исследований Уганды, UIRI (Департамент керамики), за предоставленные лаборатории и оборудование для использования в исследованиях, а также Департаменту физики Университета Макерере.Авторы особенно хотели бы выразить признательность за финансовую поддержку, полученную от г-жи Наньямы Кристин, доктора Майеку Роберта и его жены г-жи Кейт Майеку.
Научные принципы
Научные принципы
Введение:
Керамика обладает характеристиками, позволяющими использовать ее в широкий спектр применений, в том числе:
высокая теплоемкость и низкая теплоемкость проводимость
коррозионная стойкость
электрически изолирующие, полупроводниковые или сверхпроводящие
немагнитные и магнитные
твердый и прочный, но хрупкий
Разнообразие их свойств проистекает из их связи и кристаллические структуры.
Атомная связь:
В керамических материалах встречаются два типа механизмов связывания: ионный и ковалентный. Часто эти механизмы сосуществуют из того же керамического материала. Каждый тип связи приводит к разным характеристики.
Ионные связи чаще всего возникают между металлическими и неметаллическими элементами. элементы, которые имеют большие различия в своей электроотрицательности. Ионно-связанный конструкции, как правило, имеют довольно высокие точки плавления, так как связи прочные и ненаправленные.
Другим важным механизмом соединения в керамических структурах является Ковалентная связь. В отличие от ионных связей, по которым переносятся электроны, ковалентно связанные атомы разделяют электроны. Обычно элементы вовлечены неметаллические и имеют небольшую электроотрицательность различия.
Многие керамические материалы содержат как ионные, так и ковалентные связи. Общие свойства этих материалов зависят от доминирующего склеивающий механизм. Соединения, которые являются либо в основном ионными, либо в основном ковалентные имеют более высокие температуры плавления, чем соединения, в которых ни один из видов связи не преобладает.
Таблица 1: Сравнение% ковалентного и ионного характера с несколькими температурами плавления керамического компаунда.


Компаунд	SiO ₂	Al ₂ O ₃	Fe 9014 ₂ O TiO ₂	Na ₂ O	MgO	K ₂ O	MnO ₂	P ₂ O ₅
22,29	1,87	1,15	0,48	2,04	1,04	2,54	0,05	0,57

Керамическое соединение	Точка плавления	% Ковалентный характер	% Ионный символ
Оксид магния	2798	27%	73%
Оксид алюминия	2050	37%	63%
9023 9023 9022 9022 Диоксид кремния 6 51%
Нитрид кремния	1900	70%	30%
Карбид кремния	2500	89%	11%

Классификация:

Керамические материалы можно разделить на два класса: кристаллические и аморфные (некристаллические). В кристаллическом материалы, точка решетки занята либо атомами, либо ионами в зависимости от механизма связывания. Эти атомы (или ионы) расположены в регулярно повторяющемся узоре в трех измерений (т.е. имеют дальний порядок). Наоборот, в аморфных материалах атомы обладают только ближним порядком. Некоторые керамические материалы, например диоксид кремния (SiO ₂), могут существуют в любой форме. Кристаллическая форма SiO ₂ результаты когда этот материал медленно охлаждается от температуры (T> T _MP @ 1723 ° C).Способствует быстрому охлаждению некристаллическое образование, так как время не отводится на заказ договоренности сформировать.

 Диоксид кремния кристаллический Аморфный диоксид кремния
(обычный узор) (случайный узор)

Рисунок 1 : Сравнение физического строения обоих кристаллический и аморфный диоксид кремния
Тип связи (ионная или ковалентная) и внутренняя структура (кристаллическая или аморфная) влияет на свойства керамические материалы. Механические, электрические, тепловые и оптические Свойства керамики будут рассмотрены в следующих разделах.
Тепловые свойства:
Важнейшие термические свойства керамических материалов: теплоемкость, тепловое расширение коэффициент и теплопроводность. Многие приложения керамика, например, ее использование в качестве изоляционных материалов, относится к эти свойства.
Тепловая энергия может храниться или передаваться твердым телом.Способность материала поглощать тепло из окружающей среды составляет его теплоемкость. В твердых материалах при T> 0 K атомы постоянно вибрирует. На колебания атомов также влияют колебания соседних атомы через связь. Следовательно, колебания могут передаваться через твердое тело. Чем выше температура, тем выше частота вибрации и тем короче длина волны связанной с ней упругой деформации.
Потенциальная энергия между двумя связанными атомами может быть схематично представлено схемой:
Рисунок 2: График, изображающий потенциальную энергию между двумя связанными атомы
Расстояние, на котором минимальная энергия (потенциальная яма) представляет собой то, что обычно называют длиной связи. Хороший аналогия — сфера, прикрепленная к пружине, с равновесием положение пружины, соответствующее атому на длине связи (потенциальная яма). Когда пружина сжимается или растягивается из положения равновесия, сила, тянущая его обратно к положение равновесия прямо пропорционально смещению (Закон Гука). После смещения частота колебаний равна наибольшая, когда есть большая жесткость пружины и шар с малой массой. Керамика обычно имеет прочные связи и легкие атомы.Таким образом, они могут иметь высокочастотные колебания атомов с малыми возмущения в кристаллической решетке. В результате они обычно имеют как высокую теплоемкость, так и высокую температуру плавления температуры.
С повышением температуры амплитуда колебаний связей увеличивается. Асимметрия кривой показывает, что межатомная расстояние также увеличивается с температурой, и это наблюдается как тепловое расширение. По сравнению с другими материалами керамика с сильные связи имеют глубокие и узкие кривые потенциальной энергии и, соответственно, малые коэффициенты теплового расширения.
Проведение тепла через твердое тело связано с передачей тепла энергия между колеблющимися атомами. Продолжая аналогию, рассмотрим каждая сфера (атом) должна быть связана со своими соседями сетью из пружины (связки). Вибрация каждого атома влияет на движение соседних атомов, и в результате упругие волны, которые распространяются через твердое тело. При низких температурах (примерно до 400), энергия проходит через материал преимущественно через фононы, упругие волны, которые проходят через скорость звука.Фононы — это результат колебаний частиц, которые увеличение частоты и амплитуды при повышении температуры. Фононы путешествуют по материалу, пока не рассеются, либо за счет фонон-фононного взаимодействия *, либо на дефектах решетки. Фононная проводимость обычно уменьшается с повышением температуры в кристаллическом материалов по мере увеличения количества рассеяния. Аморфная керамика которые не имеют упорядоченной решетки, испытывают еще большее рассеяние, и поэтому плохие проводники. Те керамические материалы, которые состоит из частиц одинакового размера и массы с простыми структуры (такие как алмаз или BeO) подвергаются наименьшему количеству рассеивают и поэтому обладают наибольшей проводимостью.
При более высоких температурах фотон проводимость (излучение) становится преобладающим механизмом передача энергии. Это быстрая последовательность поглощения и испускания фотонов, которые путешествовать со скоростью света. Этот режим проведения особенно важно в стекле, прозрачный кристаллическая керамика и пористая керамика.В этих материалах теплопроводность увеличивается с повышением температуры.
Хотя на теплопроводность влияют неисправности или дефекты кристаллической структуры, изолирующие свойства керамика существенно зависит от микроскопических дефектов. В передача любого типа волны (фононной или фотонной) прерывается границами зерен и поры, поэтому более пористые материалы являются лучшими изоляторами. Использование керамических изоляционных материалов для печей и промышленных печи — одно из применений изоляционных свойств керамические материалы.
Электронный механизм переноса тепла относительно не имеет значения в керамике, потому что заряд локализован. Этот механизм очень важен, однако, для металлов, которые имеют большое количество свободные (делокализованные) электроны.
* Фонон-фононные взаимодействия — еще одно следствие асимметрия потенциала взаимодействия между атомами. Когда разные фононы перекрываются в месте расположения конкретного атома, колебательные амплитуды накладываются друг на друга.В асимметричном потенциале ну, кривизна меняется в зависимости от смещения. Этот означает, что жесткость пружины, с помощью которой удерживается атом, также изменения. Следовательно, атом имеет тенденцию колебаться с другая частота, что дает другой фонон.
Таблица 2 : Сравнение термических свойств различных керамические материалы. 9023 9023
Материал Плавка Температура () Теплоемкость
(Дж / кг · К) Коэффициент линейного расширения
1 / Cx10 ^-6 Теплопроводность
(Вт / м K)
Алюминий металлический 660 900 23. 6 247
Медь металлическая 1063 386 16,5 398
Глинозем 2050 775 8,8 740 0,5 2,0
Натриево-известковое стекло 700 840 9,0 1,7
Полиэтилен 120 6 2100 602223 038
Полистирол 65-75 1360 50-85 0,13
Одно из самых интересных высокотемпературных приложений керамические материалы — их использование на космическом корабле. Почти весь экстерьер шаттла покрыт керамической плиткой. из волокон аморфного кремнезема высокой чистоты. Те, кто подвергается при самых высоких температурах добавлен слой стекла с высоким коэффициентом излучения. Эта плитка выдерживает температуру до 1480 C в течение ограниченное количество времени.Некоторые из испытанных высоких температур шаттлом во время входа и подъема показаны на рисунке 3.
Рисунок 3: Схема подъема и спуска космического челнока. температуры
Температура плавления алюминия 660 C. Плитка сохраняет температура алюминиевой оболочки челнока не ниже 175 C, а внешняя температура может превышать 1400 C. Плитка быстро остывает, поэтому после воздействия такой высокой температуры они достаточно прохладные, чтобы их можно было держать голыми руками в около 10 секунд.Удивительно, но толщина этих керамических плитки варьируются от 0,5 до 3,5 дюймов.
Рисунок 4: График внутренней температуры плитки по сравнению с плиткой толщина.
Челнок также использует керамические аппликации в тканях для зазоров. наполнители и термобарьеры, армированные углерод-углеродные композиты для носового обтекателя и передних кромок крыла, а также высокотемпературные стеклянные окна.
Оптические свойства:
Оптическое свойство описывает то, как материал реагирует на воздействие света.Видимый свет — это форма электромагнитного излучение с длинами волн от 400 до 700 нм соответствует диапазону энергий от 3,1 до 1,8 электрон-вольт (эВ) (от E = hc /, где c = 3 x 10i ¹⁷ нм / с и h = 4,13 · 10 ^-15 эВ · с).
Когда свет падает на объект, он может пропускаться, поглощаться или размышлял. Материалы различаются по способности пропускать свет и обычно описываются как прозрачные, полупрозрачные или непрозрачные.Прозрачные материалы, такие как стекло пропускает свет с небольшим поглощением или отражением. Материалы, пропускающие свет диффузно, например, матовое стекло, полупрозрачны. Непрозрачные материалы не пропускают свет.
Два важных механизма взаимодействия света с частицы в твердом теле — это электронные поляризации и переходы электронов между различными энергетическими состояниями. Искажение электронное облако атома электрическим поле, в данном случае электрическое поле света, равно описывается как поляризация.В результате поляризации некоторые энергия может быть поглощена, т.е. преобразована в упругие деформации (фононы) и, следовательно, тепло. С другой стороны, поляризация может распространяться как связанная с материалом электромагнитная волна со скоростью, отличной от скорости света. Когда свет поглощается и переизлучаемый с поверхности на той же длине волны, он называется отражение. Например, металлы обладают высокой отражающей способностью, а те с серебристым внешним видом отражают весь видимый свет.Уровни энергии электронов квантуются, т.е. каждый электрон переход между уровнями требует определенного количества энергия. Поглощение энергии приводит к смещению электронов из основного состояния в высшее, возбужденное состояние. Электроны затем вернуться в основное состояние, сопровождаемое повторной эмиссией электромагнитного излучения.
В неметаллах нижние энергетические связывающие орбитали составляют то, что называется валентной зоной, а разрыхляющие орбитали с более высокой энергией образуют зону проводимости.В разделение между двумя зонами — это ширина запрещенной зоны, и обычно она велика. для неметаллов, меньшего размера для полупроводников и отсутствующего в металлах.
Диапазон энергий для видимого света от 1,8 до 3,1 эВ. Материалы с запрещенной зоной в этом диапазоне будут поглощать эти соответствующие цвета (энергии) и передать другим. Они будут прозрачными и цветными. Для Например, ширина запрещенной зоны фотоэлементов из сульфида кадмия составляет около 2.4 эВ, поэтому он поглощает компоненты видимого света с более высокой энергией (синий и фиолетовый). Оно имеет желто-оранжевый цвет в результате переданных участков спектр. Этот тип световой проводимости называется фотопроводимостью.
Материалы с энергией запрещенной зоны менее 1,8 эВ будут непрозрачными. потому что весь видимый свет будет поглощаться электронными переходами от валентности к зоне проводимости. Рассеяние этого поглощенная энергия может быть прямым возвратом в валентную зону или более сложные переходы с участием примесей.Чистые материалы с энергией запрещенной зоны более 3,1 эВ не будет поглощать свет в видимый диапазон и будет казаться прозрачным и бесцветным.
Свет, излучаемый переходами электронов в твердых телах, равен называется люминесценцией. Если это произойдет для короткое время это флуоресценция, а если длится дольше это фосфоресценция.
Свет, который передается из одной среды в другую, например из воздуха в стекло, преломляется.Это явный изгиб световых лучей, возникающих в результате изменения скорости света. Показатель преломления (n) материал — это отношение скорости света в вакууме (c = 3 x 10 ⁸ м / с) до скорости света в этом материале (n = резюме). Изменение скорости является результатом электронной поляризации. Поскольку эффект поляризации увеличивается с увеличением размера атомы, стекла, содержащие ионы тяжелых металлов (например, свинца кристалл) имеют более высокие показатели преломления, чем составленные из более мелкие атомы (например, натриево-известковое стекло).
Рисунок 5: На этом рисунке показано преломление света, переходит от среды с низкой оптической плотностью (например, воздуха) к среде с более высокой оптической плотностью (например, вода или стекло). Свет поддерживает его частота, но его скорость изменяется в более плотной среде. Следовательно, длина волны должна соответственно измениться. Закон Снеллиуса (n ₁ sin q ₁ = n ₂ sin q ₂) можно использовать для связи показателей преломления (n), углов (q) падения и преломления, а также скорости (v) света в двух СМИ: n ₁ / n ₂ = q ₂ / q ₁ = v ₁ / v ₂)
Внутреннее рассеяние света в прозрачной по своей природе материал может сделать материал полупрозрачным или непрозрачным.Такой рассеяние происходит на флуктуациях плотности, границах зерен, фазовых границах и поры.
Многие приложения используют преимущества оптических свойств материалы. Прозрачность очков делает их полезными для окна, линзы, фильтры, посуда, лабораторная посуда и предметы искусства. Преобразование света в электричество — основа для использования полупроводниковых материалов, таких как арсенид галлия в лазерах и широкое использование светодиодов (светодиодов) в электронике устройств.Флуоресцентная и фосфоресцентная керамика используется в электрические лампы и телевизионные экраны. Наконец, оптические волокна передавать телефонные разговоры, сигналы кабельного телевидения и компьютерные данные, основанные на полном внутреннем отражении света сигнал.
Механические свойства:
Механические свойства описывают реакцию материала силам, нагрузкам и ударам. Керамика — прочный, твердый материал которые также устойчивы к коррозии (долговечны).Эти свойства, вместе с их низкой плотностью и высокой температурой плавления делают керамика привлекательные конструкционные материалы.
Применение современной керамики в конструкциях включает компоненты автомобильных двигателей, брони для военной техники и самолетов конструкции. Например, карбид титана имеет примерно в четыре раза больше прочность стали. Таким образом, стальной стержень в конструкции самолета может быть заменен стержнем из TiC, который будет выдерживать ту же нагрузку на половину диаметр и 31% веса.
Другие приложения, использующие преимущества механических свойства керамики включают использование глины и цемента в качестве конструкционные материалы. И то, и другое можно формовать и формовать во влажном состоянии, но при высыхании получается более твердый и прочный предмет. Очень твердые материалы такие как оксид алюминия (Al ₂ O ₃) и карбид кремния (SiC) используются в качестве абразивов для шлифовка и полировка.
Основным ограничением керамики является ее хрупкость, т.е.е., склонность к внезапному выходу из строя с небольшой пластической деформацией. Это особенно беспокойство, когда материал используется в конструкционных приложениях. В металлов, делокализованные электроны позволяют атомам изменять соседи, не нарушая полностью структуру связи. Этот позволяет металлу деформироваться под нагрузкой. Работа сделана как узы смещение при деформации. Но в керамике из-за комбинированного ионный и ковалентный механизм связывания, частицы не могут сдвигаться с легкостью.Керамика ломается при приложении слишком большого усилия, и работа, проделанная по разрыву связей, при растрескивании создает новые поверхности.
Рисунок 6 : Напряжение-деформация диаграммы для типичных (а) хрупких и (б) пластичных материалов
Хрупкое разрушение происходит образование и быстрое распространение трещин. В кристаллических твердых телах трещины прорастают сквозь зерна (межзерновые) и по спайности плоскости в кристалле. Полученная изломанная поверхность может иметь зернистая или грубая текстура.Аморфные материалы не содержат зерен и правильные кристаллические плоскости, поэтому изломанная поверхность более вероятно, будет гладким на вид.
Теоретическая прочность материала — это напряжение при растяжении. что было бы необходимо, чтобы разорвать связи между атомами в идеальном твердое тело и разведите предмет. Но все материалы, в том числе керамика, содержат незначительные структурные и производственные дефекты, которые сделать их значительно слабее идеальной прочности.Любой недостаток, такие как поры, трещины или включения, вызывают напряжение концентрация, которая усиливает приложенное напряжение. Поры также уменьшить площадь поперечного сечения, по которой действует нагрузка. Таким образом, более плотные, менее пористые материалы обычно прочнее. Сходным образом, чем меньше размер зерна, тем лучше механические свойства.
На самом деле керамика — это самый прочный из известных монолитных материалов, и они обычно сохраняют значительную часть своих прочность при повышенных температурах.Например, нитрид кремния (Si ₃ N ₄, = 3,5 г / см ³) роторы турбокомпрессора имеют прочность на излом 120 тысяч фунтов на квадратный дюйм при 70 F и 80 тысяч фунтов на квадратный дюйм при 2200 F.
Рис. 7 : Испытания на растяжение, сжатие и изгиб для материалы
Прочность на сжатие (раздавливание) важна для керамики, используемой в конструкции, такие как здания или огнеупорный кирпич. Сжимающий прочность керамики обычно намного превышает их предел прочности на разрыв.Чтобы компенсировать это, керамику иногда подвергают предварительному напряжению в сжатом состоянии. Таким образом, когда керамический объект подвергается растягивающей силе, приложенная нагрузка должна преодолевать сжимающие напряжения (внутри объекта) прежде, чем дополнительные растягивающие напряжения могут увеличиться и нарушить объект. Безопасное стекло (термически закаленное) стекло) является одним из примеров такого материала. Керамика обычно довольно неэластичны и не гнутся, как металлы. Жесткость зависит от состав и структура.Способность к обратимой деформации есть измеряется модулем упругости. Материалы с прочным сцеплением требуют больших усилий для увеличения пространство между частицами и имеют высокие значения модуля упругости эластичность. Однако в аморфных материалах больше свободных пространство для перемещения атомов под приложенной нагрузкой. Как результат, аморфные материалы, такие как стекло, легче изгибаются, чем кристаллические материалы, такие как оксид алюминия или нитрид кремния.
Вязкость разрушения — способность противостоять разрушению при наличии трещины.Это зависит от геометрия объекта и трещины, приложенное напряжение, и длина трещины. Разрабатываются композиты, которые сохраняют желаемые свойства керамики, уменьшая их склонность к разрушению. Например, введение углерода усы волокна препятствуют распространению трещин по керамике и повышает прочность.
Стеклокерамика, такая как используются для изготовления посуды, состоящей из стеклянной матрицы в какие крошечные керамические кристаллы растут, так что конечная матрица фактически состоит из мелких кристаллических зерен (средний размер <500 нм).Поскольку размер их зерен очень мал, эти материалы прозрачный для света. Кроме того, поскольку прочность на излом обратно пропорционально квадрату размера зерна, материалы прочные. Другими словами, наличие кристаллов улучшает механические и термические свойства стекла - стеклокерамика прочна, устойчива к термическому удару и хороша теплопроводники.
Электрические свойства:
Электрические свойства керамических материалов сильно различаются. с характерными мерами, охватывающими многие порядки величины (см. Таблицу 3).Керамика, вероятно, больше всего известна как электрическая. изоляторы. Некоторые керамические изоляторы (например, BaTiO ₃) могут быть поляризованными и использоваться в качестве конденсаторов. Прочая керамика проводит электроны, когда достигается пороговая энергия, и поэтому называются полупроводники. В 1986 году был открыт новый класс керамики, высокий T _c сверхпроводников. Эти материалы проводят электричество практически с нулевым сопротивлением. Наконец, керамика известные как пьезоэлектрики могут генерировать электрический ответ на механическую силу или наоборот.
Таблица 3 : Удельное электрическое сопротивление различных материалы. 10 _{2 _{2 9015}}
Тип Материал Удельное сопротивление (-см)
Металлические проводники: Медь 1,7 x 10 ^-6
CuO
Полупроводники: SiC 10
Германий 40
Изоляторы: Кирпич из огнеупорной глины N 903 ₄ > 10 ¹⁴
Полистирол 10 ¹⁸
Сверхпроводники: YBa ₂ Cu _{_{3 7159 x} 22 (ниже Т _с)}
Любой, кто использовал портативный кассетный плеер, личный компьютер или другое электронное устройство использует керамические диэлектрические материалы.Диэлектрик Материал представляет собой изолятор, который может поляризоваться на молекулярном уровне. уровень. Такие материалы широко используются в конденсаторах, устройствах, которые используются для хранения электрического заряда. Строение конденсатора показан на схеме.
Рисунок 8 : Схема конденсатора.
Заряд конденсатора хранится между двумя его пластинами. Количество заряда (q), которое он может удерживать, зависит от его напряжения. (В) и его емкость (С).
q = CV
Диэлектрик вставлен между пластинами конденсатора, увеличение емкости системы в раз, равное ее диэлектрической проницаемости k.
q = (кКл) V
Использование материалов с большой диэлектрической проницаемостью позволяет большие количества заряда должны храниться на очень маленьких конденсаторах. Это значительный вклад в продолжение миниатюризация электроники (например, портативных компьютеров, портативных CD-плееры, сотовые телефоны, даже слуховые аппараты!).
Диэлектрическая прочность материал — это его способность постоянно удерживать электроны на высоком Напряжение. Когда конденсатор полностью заряжен, практически нет ток, проходящий через него.
Но иногда очень сильные электрические поля (высокое напряжение) возбуждают большое количество электронов из валентной зоны в зона проводимости. Когда это происходит, ток течет через диэлектрик и часть накопленного заряда теряется.Это может быть сопровождается частичным разрушением материала плавлением, горение и / или испарение. Магнитный напряженность поля, необходимая для разрушения материала, составляет его диэлектрическая прочность. Некоторые керамические материалы имеют чрезвычайно высокую диэлектрическая прочность. Например, электрический фарфор может обрабатывать до 300 вольт на каждые 0,001 дюйма (мил) материала!
Таблица 4 : Константы электрических свойств различных керамических материалов материалы. 83 Электрический ток в твердых телах чаще всего является результатом поток электронов (электронная проводимость).В металлах, мобильных, проводящие электроны рассеиваются на тепловых колебаниях (фононах), и это рассеяние наблюдается как сопротивление. Таким образом, в металлах удельное сопротивление увеличивается с повышением температуры. Наоборот, валентные электроны в керамических материалах обычно не находятся в зона проводимости, поэтому большинство керамических материалов считаются изоляторами. Однако электропроводность можно увеличить, допировав материал примеси. Тепловая энергия также продвигает электроны в зона проводимости, так что в керамике проводимость увеличивается (и удельное сопротивление уменьшается) при повышении температуры.
Хотя керамика исторически считалась изоляционной материалы, керамические сверхпроводники были открыты в 1986 году. сверхпроводник может передавать электрический ток без сопротивления или потеря мощности. Для большинства материалов удельное сопротивление постепенно уменьшается. при понижении температуры. У сверхпроводников есть критический температура, Т _c, при которой сопротивление резко падает практически до нуля.
Рисунок 9 : Зависимость удельного электрического сопротивленияТемпература для сверхпроводящие и несверхпроводящие материалы.
Чистые металлы и металлические сплавы были первыми известными сверхпроводники. Все они имели критические температуры на уровне 30К или ниже и требовалось охлаждение жидким гелием. Новая керамика сверхпроводники обычно содержат плоскости оксида меди, такие как YBa ₂ Cu ₃ O ₇ обнаружен в 1987 г. T _c = 93 К. У них критические температуры выше температура кипения жидкого азота (77.4 К), что делает многие потенциальные применения сверхпроводников гораздо более практичны. Это связано с более низкой стоимостью жидкого азота и более легким проектирование криогенных устройств.
Рисунок 10 : Элементарная ячейка для YBCO сверхпроводник.
Помимо их критической температуры, два других параметра Определите область, в которой керамический материал является сверхпроводящим: 1) критический ток и 2) критическое магнитное поле. Пока условия находятся в пределах критических параметров температуры, ток и магнитное поле, материал ведет себя как сверхпроводник.Если любое из этих значений превышено, сверхпроводимость разрушена.
Применение сверхпроводников, зависящих от их тока грузоподъемность включает выработку, хранение и хранение электроэнергии распределение. СКВИДЫ (сверхпроводящие квантовые интерференционные устройства) электронные устройства, которые используют сверхпроводники как чувствительные детекторы электромагнитного излучения. Возможные применения в область медицины включает разработку передовых МРТ (Магнитно-резонансная томография) на основе магнитов из сверхпроводящие катушки.
Магнитное применение сверхпроводников также является одним из основных важность. Сверхпроводники — идеальные диамагнетики, а это значит, что они отталкивают магнитные поля. Это исключение приложенного магнитного поля называется эффектом Мейснера и является основой предлагаемого использования сверхпроводники для магнитной левитации поездов.
Некоторые керамические изделия обладают необычным свойством пьезоэлектричества или давление электричество. Это часть класса, известного как «умный» материалы, которые часто используются в качестве датчиков.В пьезоэлектрике материал, приложение силы или давления на его поверхность индуцирует поляризацию и создает электрическое поле, т.е. превращает механическое давление в электрический импульс. Пьезоэлектрические материалы используются для изготовления преобразователей, которые встречается в таких распространенных устройствах, как звукосниматели для фонографов, эхолоты, микрофоны и различные типы датчиков. В керамических материалах, электрический заряд также может переноситься ионами. Это свойство может быть адаптированным с помощью химического состава, и является основой для многих коммерческих приложений.Они варьируются от химических датчики для крупных генераторов электроэнергии. Один из самых Известная технология — это топливные элементы. Он основан на способность определенной керамики пропускать кислородные анионы, в то же время являясь электронными изоляторами. Цирконий (ZrO ₂), стабилизированный кальцием (CaO), является примером такой твердый электролит.
Топливные элементы были впервые использованы в космических кораблях, таких как Аполлон. капсулы и космический корабль.Ночью использовались топливные элементы. для выработки электроэнергии путем сжигания водорода и кислорода из газовые баллоны. В течение дня солнечные батареи взяли верх, и избыточная мощность использовалась для очистки и регенерации кислорода из выхлопных газов. и атмосфера, выдыхаемая космонавтами. Лямбда-зонд в выпускной коллектор автомобилей работает по такому же принципу и является используется для контроля эффективности двигателя.
Обработка керамики:
Обработка керамических материалов описывает способ, которым керамические предметы (например,г., стеклопакеты, лопатки ротора турбокомпрессора, световоды, конденсаторы).
Обработка начинается с сырья, необходимого для производства готовых компонентов, и включает в себя множество отдельных шагов, которые отличаются существенно зависит от типа керамического материала, кристаллический против стекла.
Материал Диэлектрическая проницаемость при 1 МГц Электрическая прочность диэлектрика (кВ / см)
Воздух 1.00059 30
Полистирол 2,54 — 2,56 240
906 22 Стекло
Глинозем 4,5 — 8,4 16-63
Фарфор 6,0 — 8,0 16 — 157
Диоксид титана 3 14 — 11013 — 14 — 11013 —
Обработка кристаллической керамики Обработка стекла
Выбор сырья Сырье Выбор материала
Подготовка Плавление
Консолидация Заливка
Спекание Отжиг
Выбор сырья включает в себя получение и подготовку правильные материалы для конечного продукта.Традиционное использование керамики различные формы глины. Производители стекла начинают с кремнезема. В современной керамике используется несколько различных материалов в зависимости от приложения (т. е. необходимые свойства).
Материал Использует
Al ₂ O ₃ (алюминий оксид) Изолирующие тела свечей зажигания,
подложки для микроэлектронной упаковки
MgO (оксид магния) электроизоляторы, огнеупорный кирпич
SiO ₂ (диоксид кремния) посуда, оптические волокна
2 оксид циркония цирконий, датчики кислорода
SiC (карбид кремния) печь детали, нагревательные элементы, абразивы
Si ₃ N ₄ (кремний нитрид) роторы турбокомпрессора, поршневые клапаны
Для кристаллической керамики характеристики необработанной материалы (порошки), такие как размер частиц и чистота, очень важны, поскольку они влияют на структуру (например,г., крупность) и свойства (например, прочность) конечного компонента. Поскольку сила увеличивается с уменьшением размера зерна, большинство исходных порошков измельченный (или измельченный) для получения тонкого порошка (диаметр <1 м). Поскольку сухие порошки трудно придавать форму, технологические добавки, такие как вода, полимеры и т. д., добавляются в улучшить их пластичность. Консолидация предполагает формирование керамической смеси в заданную форму. Есть много техник доступны для этого шага:
Рис. 11 : Вспомогательные средства для обработки керамики.
Спекание — последний этап процесса. Спекание при высоком температуры (от 800 до 1800 C) вызывают уплотнение, которое придает керамическому изделию прочность и другие свойства. Во время этого процесса отдельные керамические частицы сливаются в образуют непрерывную сплошную сетку, а поры устраняются. Обычно микроструктура спеченный продукт содержит плотные зерна, где отдельные зерна состоит из множества исходных частиц.
Рисунок 12 : Микроструктура необработанного, формованного и спеченного керамические изделия
Обработка стекла отличается от обработки кристаллов. Один из соображений, которые необходимо изучить, является укрепление поведение стекла. Очки чаще всего производятся быстрым закалка расплава. Это означает, что элементы, составляющие стекло материалы не могут перемещаться в положения, которые позволяют им образовывать кристаллическая закономерность.В результате стеклянная структура неупорядоченный или аморфный.
Одна из самых заметных характеристик очков — это способ они изменяются между твердым и жидким состояниями. В отличие от кристаллов, которые внезапно преобразуются при определенной температуре (т. е. их плавление точка) очки претерпевают постепенный переход. Между таянием температура (Т _м) вещества и так называемая температура стеклования (Т _г), вещество считается переохлажденной жидкостью.Когда стекло работал между Т _г и Т _м, можно добиться практически любой формы. Техника выдувания стекла — увлекательная демонстрация невероятной способности деформировать стекло.
Рисунок 13 : График зависимости удельного объема от температуры для типичный керамический материал
Обработка стекла не требует частиц оптимального размера (хотя мелкие кусочки тают быстрее). Выбор стекольного сырья материалы и химические добавки (которые, например, могут изменить цвет стекла) нагреваются (700 — 1600 С), растапливается и, наконец, выливается в форму или тарелку для быстрого охлаждения.Существует четыре различных метода формования, используемых для изготовления стакан.
9013 Формование волокна 906 оптика
Техника Применение
Прессование Столовая посуда
Выдувание Банки
Чертеж Окна
Во время формирования стекла могут возникать напряжения, введены быстрым охлаждением или специальной обработкой, чтобы стекло потребности (например, наслоение или укрепление).Дополнительное тепло лечение нужно, чтобы «залечить» стекло. Отжиг, при котором стекло нагревается до точки отжига (температура чуть ниже температуры размягчения точка, в которой вязкость составляет приблизительно 10 ⁸ Пуаз), а затем медленно охлаждают до комнатной температуры, является одним из таких процесс. Закалка также является последующей термообработкой стекла. обработка, при которой стекло повторно нагревается и охлаждается в масле или струя воздуха, так что внутренняя и внешняя части имеют разные характеристики.Закалка снижает склонность стекла к разрушению. Закаленное стекло можно использовать в условиях, подверженных нагрузкам. как окна машины.
Резюме:
Термин «керамика» когда-то относился только к материалам на основе глины. Однако новые поколения керамических материалов чрезвычайно расширили сферу и количество возможных приложений. Многие из эти новые материалы оказывают большое влияние на нашу повседневную жизнь и на наше общество.
Керамические материалы представляют собой неорганические соединения, обычно оксиды, нитриды или карбиды. Связь очень прочная — ионная или сеть ковалентная. Многие принимают кристаллические структуры, но некоторые формы очки. Свойства материалов являются результатом склеивание и структура.
Керамика выдерживает высокие температуры, хорошо термически изоляторы и не сильно расширяются при нагревании. Это делает их отличные тепловые барьеры, начиная от футеровки промышленные печи для покрытия космического шаттла, чтобы защитить его от высоких температур на входе.
Стекла — это прозрачная аморфная керамика, широко применяемая. в окнах, линзах и многих других знакомых приложениях. Свет может вызывают электрический отклик в некоторых керамических изделиях, называемый фотопроводимость. Волоконно-оптический кабель быстро заменяет медь для связи, так как оптические волокна могут нести больше информации для больших расстояний с меньшими помехами и потерями сигнала, чем традиционные медные провода.
Керамика прочная, твердая и долговечная.Это делает их привлекательные конструкционные материалы. Единственный существенный недостаток: их хрупкость, но эта проблема решается разработка новых материалов, таких как композиты.
Керамика по своим электрическим свойствам отличается от отличных изоляторов. сверхпроводникам. Таким образом, они используются в широком диапазоне Приложения. Некоторые из них конденсаторы, другие полупроводники в электронные устройства. Пьезоэлектрические материалы могут преобразовывать механические давление в электрический сигнал и особенно полезны для датчики.В настоящее время ведутся активные исследования по открытию новых высот T _c сверхпроводников и разработка возможных приложений.
Обработка кристаллической керамики осуществляется в соответствии с основными этапами которые веками использовались для изготовления глиняных изделий. Материалы отбираются, подготавливаются, формуются в желаемую форму и спекаются при высоких температурах. Стекла обрабатываются заливкой в расплавленный состояние, придание формы в горячем состоянии, а затем охлаждение. Новые методы такие как химическое осаждение из паровой фазы и золь-гель обработка. в настоящее время разрабатывается.Керамика далеко вышла за рамки своего начал в глиняной посуде. Керамическая плитка покрывает космический шаттл а также наши кухонные полы. Керамические электронные устройства делают возможные высокотехнологичные инструменты для всего, от медицины до развлечение. Ясно, что керамика — наше окно в будущее.
Следующая тема: Ссылки

Керамика Содержание
MAST Home Страница
Быстрый ответ: Какова теплопроводность керамики
Теплопроводность керамики Результаты измерений Средняя теплопроводность 5.Для оксида алюминия, обожженного бисквитом, было получено 077 Вт / мК, что точно находится в пределах принятого диапазона теплопроводности от 5 до 5,25 Вт / мК для этого материала.
Обладает ли керамика высокой теплопроводностью?
Теплопроводность легко передает тепло Среди тонкой керамики (также известной как «современная керамика») некоторые материалы обладают высокими уровнями проводимости и хорошо передают тепло, в то время как другие обладают низким уровнем проводимости и передают меньше тепла. Особенно хорошо передают тепло нитрид алюминия и карбид кремния.
Какая керамика имеет самую высокую теплопроводность?
Керамика из нитрида алюминия является наиболее широко используемым материалом с высокой теплопроводностью. Теоретическая теплопроводность монокристалла нитрида алюминия может достигать 3200 Вт / м • К.

Какой изолятор лучше — деревянный или керамический?
Во многих ситуациях мы хотим задержать тепло и замедлить его поток или остановить поток электричества и предотвратить поражение электрическим током. Пластик, резина, дерево и керамика — хорошие изоляторы.Пластиковое покрытие также используется для покрытия большинства электрических проводов в приборах. Воздух также является хорошим изолятором тепла.
Каковы термические свойства керамики?
Наиболее важными тепловыми свойствами керамических материалов являются теплоемкость, коэффициент теплового расширения и теплопроводность. С этими свойствами связаны многие области применения керамики, например ее использование в качестве изоляционных материалов. Тепловая энергия может храниться или передаваться твердым телом.
Является ли керамика хорошим проводником тепла?
Как правило, вещества, которые являются хорошими проводниками тепла, также являются хорошими проводниками электричества.Таким образом, все металлы — проводники, а воздух, (чистая) вода, пластмассы, стекло и керамика — изоляторы.

Является ли высокая теплопроводность хорошим изолятором?
Кроме того, изоляционные материалы, такие как аэрогель и изоляция, используемые в домах, имеют низкую теплопроводность, что указывает на то, что они не пропускают тепло через них легко. Таким образом, низкая теплопроводность указывает на хороший изоляционный материал. Значения для обычных материалов.
Материал Электропроводность при 25 ^o C
Вакуум 0
Вода 0.58
Обладает ли пластик высокой теплопроводностью?
Как показывает практика, теплопроводность увеличивается на несколько процентов в диапазоне от 0 до 100 ° C. Теплопроводность ненаполненных пластиков.
Алмаз является ведущим теплопроводным материалом, и его значения проводимости, измеренные в 5 раз выше, чем у меди, самого производимого металла в Соединенных Штатах.

Какие бывают 3 вида керамики?
Есть три основных типа гончарных изделий / керамики.Это фаянс, керамогранит и фарфор.
У бумаги высокая теплопроводность?
Поскольку проводимость материалов может изменяться в зависимости от температуры, не существует единого значения для проводимости бумаги. Однако при стандартной температуре и давлении 25 градусов по Цельсию и 1 атмосфере теплопроводность бумаги составляет 0,05 Вт на метр по Кельвину.
Керамика — хороший изолятор?
Помимо Fine Ceramics, к другим изоляторам относятся парафин, резина, пластик, бумага и мрамор.Поскольку керамика обжигается в печи, ей можно придавать самые разные формы с превосходной термостойкостью и долговечностью. По этим причинам керамика издавна использовалась как изолятор.

Почему керамика плавится при таких высоких температурах?
Керамические материалы обладают высокой теплоемкостью и имеют как ионные, так и ковалентные связи. Способность материала поглощать тепло от окружающей среды — это его теплоемкость. Поскольку ионные связи прочные и однонаправленные, температура плавления керамики выше.
Обладает ли керамика низкой теплопроводностью?
В отличие от металлов керамика имеет низкую теплопроводность из-за ионно-ковалентной связи, которая не образует свободных электронов.
Почему керамика — плохой проводник?
Две наиболее распространенные химические связи для керамических материалов — ковалентные и ионные. Связь атомов друг с другом при ковалентной и ионной связи намного сильнее, чем при металлической. Отсутствие свободных электронов приводит к тому, что большая часть керамики плохо проводит электричество и тепло.

Имеет ли ткань высокую теплопроводность?
Ключевым свойством следующего текстиля является его высокая теплопроводность, которая позволяет теплу тела проходить через ткань за счет теплопроводности в окружающую среду.
Керамика — это теплопроводник или изолятор?
Как правило, вещества, которые являются хорошими проводниками тепла, также являются хорошими проводниками электричества. Таким образом, все металлы — проводники, а воздух, (чистая) вода, пластмассы, стекло и керамика — изоляторы.
Какой материал имеет наименьшую теплопроводность?
Теплопроводность [БТЕ / (ч · фут⋅ ° F)] Как видите, из наиболее распространенных металлов медь и алюминий имеют самую высокую теплопроводность, а сталь и бронза — самую низкую. Теплопроводность — очень важное свойство при выборе металла для конкретного применения.

Является ли керамика лучшим изолятором, чем стекло?
Керамика легче стекла, но обычно потому, что она пористая.Одним из больших преимуществ керамики над классом является то, что керамика является хорошим теплоизолятором благодаря своей пористости.
Почему керамика легко ломается?
Керамика хрупкая, потому что в ней неравномерно распределены поры. Эти воздушные карманы делают керамику легче, но они являются структурными слабыми местами. Некоторые керамические изделия, например кирпичи, имеют большие поры. «Чем больше пора, тем легче ее сломать», — говорит Грир.
Почему керамика — хороший изолятор?
Керамика, используемая в качестве изолятора, не имеет свободных электронов (однако это не идеальный изолятор), поэтому это хороший изолятор.Фактически, именно это делает керамику хорошим теплоизолятором: в ней нет свободных электронов! Твердые тела можно классифицировать по ширине запрещенной зоны.

Может ли керамика проводить электричество?
Большинство керамических материалов сопротивляются прохождению электрического тока, и по этой причине керамические материалы, такие как фарфор, традиционно использовались в качестве электрических изоляторов. Однако некоторая керамика отлично проводит электричество. В керамике ионные связи, удерживающие атомы вместе, не допускают свободных электронов.
Почему керамика имеет низкий коэффициент теплового расширения?
Поскольку Fine Ceramics обладает низкими коэффициентами теплового расширения, их значения деформации при изменении температуры низкие. Ковалентные материалы, такие как алмаз, карбид кремния и нитрид кремния, имеют прочные связи между атомами, что приводит к низким коэффициентам теплового расширения.
Керамика устойчива к износу?
Как известно, керамика имеет более высокую износостойкость при скользящем истирании, чем при ударе абразивной среды [2], [3], поскольку вязкость разрушения и ударная вязкость керамики не очень высоки.
Измерение теплопроводности керамики с помощью TLS-100
Возможность точного измерения теплопроводности материалов имеет решающее значение для определения областей применения, для которых их свойства идеально подходят. Существует множество способов проведения испытаний на теплопроводность керамики, однако не все методы одинаковы. Точность каждого метода является важным решающим фактором в дополнение к более практическим соображениям, таким как длина измерения и простота настройки тестирования.
Портативная измерительная система
Thermtest, TLS-100 (рис. 1), выполняет измерения теплопроводности и удельного сопротивления почвы, твердых тел и порошков в диапазоне от 0,1 до 5 Вт / мК. Измерения выполняются в соответствии со стандартом ASTM D5334 и имеют воспроизводимость 2% и точность 5%. Это оборудование является отличным и удобным выбором для использования в лаборатории и в полевых условиях и может работать при температурах от -40 до 100 ° C. На этой странице приложения мы продемонстрируем способность Thermtest TLS-100 проверять теплопроводность керамического стеатита и глинозема, обожженного бисквитом, двух важных материалов в промышленных приложениях.
Рис. 1. Thermtest TLS-100 — это мощный инструмент для тестирования измерителей теплопроводности в удобном портативном корпусе.
Стеатит, также известный как мыльный камень, высоко ценится за свои термостойкие изоляционные свойства. Он широко используется в электрических панелях, строительстве дровяных печей, столешницах и в качестве форм для расплавленного металла из-за его способности поглощать и медленно выделять тепло, которому он подвергается, не становясь нестабильным или не разрушаясь. Физические свойства этого материала могут различаться в разных карьерах в результате различного минерального состава и условий давления и температуры во время формации.Как и стеатит, глинозем, обожженный бисквитом, используется в аэрокосмической, автомобильной и крупномасштабной промышленности благодаря своим изоляционным свойствам при высоких температурах. Это материал, который легко поддается обработке и обработке, поэтому он является удобным выбором.
Рисунок 2 . Фотография стеатитовых форм для создания металлических предметов. Стеатит отлично подходит для использования в качестве форм, поскольку он обладает высокой термостойкостью. ¹
Методика испытания теплопроводности керамики
TLS-100 работает путем введения игольчатого зонда в образец и выполняет измерения в течение заданного периода времени, когда образец нагревается и остается охлаждаться.Такая установка приводит к минимальному повреждению образца во время испытания. Для этого конкретного испытания ученые Thermtest разрезали образцы глинозема, обожженного бисквитом, и стеатита пополам. Игольчатый зонд TLS-100 был покрыт тонким слоем термопасты, и две части каждого образца были зажаты вокруг зонда, обеспечивая отличный тепловой контакт (Рисунки 3 и 4). Для каждого образца было проведено в общей сложности пять измерений со временем тестирования 120 секунд. TLS-100 одновременно измеряет как теплопроводность, так и тепловое сопротивление.
Рис. 3. Схема, иллюстрирующая метод, используемый для размещения игольчатого датчика TLS-100 между двумя образцами глинозема, подвергнутого обожженному бисквитом, и стеатита.
Рис. 4. Фотографии, показывающие испытательную установку, используемую для измерения теплопроводности керамического стеатита и глинозема, обожженного бисквитом, в лаборатории Thermtest.
Результаты измерений теплопроводности керамики
Значения теплопроводности и теплового сопротивления, измеренные TLS-100, перечислены в таблице 1.Средняя теплопроводность 5,077 Вт / мК была получена для оксида алюминия, обожженного бисквитом, что точно находится в пределах принятого диапазона теплопроводности от 5 до 5,25 Вт / мК для этого материала. Значение 3,107 Вт / мК, полученное для образца стеатита, также хорошо соответствует стандартным материалам, которые обеспечивают теплопроводность стеатита 3 Вт / мК.
Таблица 1. Теплопроводность керамики: теплопроводность и тепловое сопротивление стеатита и глинозема, обожженного бисквитом, полученные с помощью TLS-100 в лаборатории Thermtest Lab.
Акрилонитрил-бутадиен-стирол ABS 0,14-0,21
Полиэтилен L Низкая плотность 0,33
-0,52
Полиимид Каптон 0,10-0,35
Полиметилметакрилат ПММА, акрил, плексиглас, плексиглас 0,17-0,19 9 9137
Бисквитный оксид алюминия Стеатит
Тест № Теплопроводность (Вт / мк) Термическое сопротивление (мК / Вт) Тест № Теплопроводность (Вт / мК) Термическое сопротивление (мК / Вт)
1 5,005 0,199 1 3.098 0,322
2 4,953 0,201 2 3,076 0,325
3 5,137 0,194 3 3,203 0,312
4 5,181 0,192 4 3,085 0,324
5 5,108 0,195 5 3.075 0,325
Среднее значение 5,077 0,196 Среднее значение 3,107 0,322
Эти тесты демонстрируют способность Thermtest TLS-100 быстро и точно измерять теплопроводность керамики с минимальным повреждением самого образца. При поиске оборудования для измерения теплопроводности TLS-100 — отличный выбор, который можно использовать как в лаборатории, так и в полевых условиях для анализа широкого спектра образцов.
Влияние добавок угля и шелухи пшеницы на физические, термические и механические свойства глиняных кирпичей
Введение
Пакистан — аграрная страна, и 70% ее населения прямо или косвенно зависит от сельского хозяйства [1]. Пакистан обладает богатыми месторождениями угля, оцениваемыми более чем в 185 миллиардов тонн [2]. В настоящее время уголь обычно используется в качестве топлива в печах для обжига кирпича и черепицы, поскольку он является идеальным топливом для печей, особенно для тяжелых глиняных изделий. В Пакистане около 50% добываемого угля используется в кирпичной промышленности, что делает его огромным рынком для местного угля, особенно для частных инвесторов [3,4].
В строительстве используется ряд материалов. Выбор и пригодность конкретного материала зависит главным образом от его доступности, характера проекта, индивидуальных предпочтений, долговечности, близости и экономических соображений. Использование возобновляемых сельскохозяйственных побочных продуктов и других отходов в качестве добавок, повышающих производительность в кирпичной промышленности, со временем получает все большее распространение [5–7]. Добавки, смешанные с кирпичной глиной, выгорают в процессе обжига, генерируя дополнительную энергию внутри кирпича и уменьшая общую потребность промышленной печи в энергии.Вначале использовались опилки, древесная щепа и другие материалы на основе древесины, но в последнее время полимеры и возобновляемые сельскохозяйственные отходы, такие как рисовая шелуха или семенная оболочка, также использовались в качестве добавок в производстве кирпича и плитки. Сегодня переработка экологически чистых материалов и энергосбережение являются важными областями исследований. Кроме того, из-за экологических норм растет спрос на глиняный кирпич с более высокой изоляционной способностью. Теплопроводность рассматривается как ключевой фактор теплотехнической концепции теплоизоляционных материалов.Один из способов увеличить изоляционную способность кирпича — увеличить его пористость. Горючие органические порообразующие материалы являются наиболее часто используемыми добавками для этой цели. Rimpel и Scmedders [8] определили возможность использования остатков соломы и тростника, образующихся при производстве выщелоченной крафт-целлюлозы, при производстве глиняного кирпича. Сообщалось, что, помимо состава отходов, осуществимость зависит от пористости и структуры глиняного тела. В первом порядке плотность глиняного тела определяет теплопроводность [8,9].
Стандартная промышленность должна уметь описывать теплопроводность и другие параметры в первую очередь как функцию концентрации добавки. Теплопроводность — это измеримый технологический параметр, который можно легко изменить в процессе производства. Банхиди и Гомзе [10] провели серию экспериментов, чтобы измерить влияние типа и концентрации использованных отходов на теплопроводность и механические свойства обожженных кирпичей. Ряд смесей был приготовлен с использованием добытых глинистых минералов с массой 0, 4 и 7 мас.% добавок (опилки, рисовая шелуха и шелуха). Процесс, использованный при подготовке образцов продуктов для этих измерений, соответствовал производственным процедурам, чтобы оценить изменение свойств из-за типа материала, используемого в качестве добавки. Полные измерения проводились при средней температуре 61 ° C и фиксированной разнице температур 12 ° C. Это позволило сравнить результаты. Результаты измерений теплопроводности показали, что увеличение количества органических побочных продуктов в глине значительно снижает теплопроводность продукта.При добавлении 7 мас.% Побочных продуктов теплопроводность может быть снижена на 16–37% от первоначального значения. Это свидетельствует об улучшении тепловых свойств по сравнению с промышленным кирпичом [10].
Целью настоящего исследования была обработка глиняных кирпичей низкой плотности с высокой пористостью без слишком большого ущерба для механической прочности. В качестве добавок использовали уголь и шелуху пшеницы и исследовали их влияние на микроструктуру и свойства обожженного кирпича.
Материалы и методы
Глиняные кирпичи получали смешиванием 5, 10, 15, 20, 30, 40 и 50 мас.% Угля и шелухи пшеницы по отдельности с исходными ингредиентами. Образцы кирпича были изготовлены с использованием формы из нержавеющей стали ручным формованием, формованием и ручным прессованием. Образцы, полученные с помощью этих методов формования, представляли собой прямоугольные стержни размером 20 мм × 15 мм × 10 мм. Техника формовки представляла собой моделирование промышленной обработки, выполняемой в лабораторном масштабе. После формирования образцы для испытаний подвергали сушке и обжигу.Для изучения влияния скорости нагрева образцы свежей формы помещали в сушильный шкаф при 110 ° C на более чем 4 часа для достижения равновесного содержания остаточной влаги в глиняных телах. Высушенные образцы помещали непосредственно в электрическую печь, спекали при скорости нагрева 10 ° C / мин до максимальной температуры 1000 ° C и выдерживали в течение 1 часа. Обожженным кирпичам давали остыть до комнатной температуры естественным путем внутри печи. В настоящих исследованиях была сделана попытка понять влияние добавок на такие свойства, как теплопроводность, микроструктура, прочность на сжатие и водопоглощение спеченных кирпичей.
Метод Архимеда использовался для определения водопоглощения и кажущейся пористости различных образцов [9]. Для этого формованные образцы сушили при 105 ° C до постоянного веса. Образцы взвешивали в сухом состоянии (W1), затем кипятили в воде в течение 5 часов, охлаждали и взвешивали в воде (W2). Образцы снова взвешивали в насыщенном влажном состоянии на воздухе (W3). Кажущуюся пористость и водопоглощение образцов рассчитывали по формулам. (1) и (2):
Микроструктуру образцов исследовали с использованием сканирующего электронного микроскопа (SEM) JSM-5910 (JEOL, Япония), работающего при 20 кВ.Для SEM образец был отполирован, термически травлен и затем покрыт золотом, чтобы избежать зарядки под электронным лучом. Химический состав образцов определяли с помощью спектрометра рентгеновской флуоресценции с дисперсией по длине волны (XRF) (Bruker AXS GmbH — S4 Pioneer, Германия), оснащенного рентгеновской трубкой высокой мощности (рентгеновская трубка (правый анод, окно из Ве 75 мкм). )) максимальной мощности 4 кВт и восемь дифрагирующих кристаллов с различным d-расстоянием, в PCSIR Laboratories Complex, Пешавар. Условия измерения и настройки были запрограммированы с помощью компьютерной программы.Для элементов с низким атомным номером использовалось низкое напряжение на лампе, и наоборот. Измерения проводились в вакууме.
Механическую прочность кирпичей измеряли с помощью универсальной испытательной машины 100–500 кН (UTM, Testometric Co. Ltd., Великобритания). Теплопроводность (κ) и температуропроводность (α) образцов были измерены с использованием метода нестационарного плоского источника (TPS) [11,12] калиброванным термометром Pt-100 в Лаборатории прикладной теплофизики Института информации COMSATS. Технологии, Исламабад.В этом методе плоский спиральный элемент источника тепла помещается между половинами образца в качестве нагревателя и в качестве датчика повышения температуры. Элемент был выбран по габаритам образца.
Результаты и обсуждениеХимический состав сырья
Основным сырьем, используемым в кирпичной промышленности, является глина и уголь, которые, в свою очередь, содержат кремнезем, глинозем, оксид кальция и оксид железа. Состав сырья, использованного в настоящем исследовании, представлен в таблице 1.Известно, что оксиды, такие как Fe2O3, CaO, K2O и Na2O, действующие как эффективные флюсы, обладают хорошими огневыми свойствами. Глина считается известковой, если она содержит более 6 мас.% CaO [13]. Если концентрация K2O, Fe2O3, CaO, MgO и TiO2 составляет более 9 мас.%, Глина считается низкоуглеродистой, а если концентрация этих оксидов ниже 9 мас.%, Глина считается сильно огнеупорной. С этой точки зрения сырье, обычно используемое в кирпичной промышленности, можно рассматривать как известняковое с низкими огнеупорными свойствами.Пшеничная шелуха действует как порообразующая добавка или изоляционный материал при производстве кирпича из-за входящего в ее состав целлюлозного волокна. Результаты химического анализа шелухи пшеницы приведены в таблице 2.
Микроструктура
На рис. 1 показана микроструктура обожженных кирпичей, содержащих 0 мас.%, 5 мас.%, 10 мас.% И 15 мас.% Добавки угля, а на рис. 2 показана микроструктура. обожженных кирпичей, содержащих 5 мас.%, 10 мас.%, 15 мас.% и 20 мас.% шелухи пшеницы. Оба типа образцов обжигались при 1000 ° C. Микроструктура угля, а также кирпичей, содержащих шелуху, содержала более крупные пустоты / поры, чем кирпичи, не содержащие добавок.Эти пустоты появляются из-за полного сгорания присадок. Эти изображения продемонстрировали, что по мере увеличения содержания угля увеличивается концентрация пустот и, следовательно, водопоглощение. В таких случаях водопоглощение можно уменьшить, увеличив температуру обжига. Было замечено, что прочность на сжатие уменьшается с увеличением содержания угля, очевидно, из-за повышенной пористости. Кроме того, сравнение микроструктуры образцов с добавлением угля и шелухи показало, что кирпичи с добавлением шелухи пшеницы имели более крупные поры / пустоты, чем кирпичи с добавлением угля.
Оценка образцов показывает, что пористость зависит от характеристик образца, а также размера и характера добавки. Как видно на рис. 2, самые большие пустоты / поры (∼70–100 мкм) сосуществуют с небольшими микропустотами / порами (≤70 мкм). Пустоты имеют неправильную форму, а поры обычно имеют круглую форму. Эти изображения продемонстрировали, что концентрация пор увеличивается с увеличением количества добавок. Поры, вероятно, образовались в результате разложения CaCO3 и сжигания добавок, как сообщалось при дифракции рентгеновских лучей на глине, использованной в этом исследовании [14].Добавление шелухи пшеницы было более эффективным с точки зрения пористости, скорее всего, из-за большого размера зерна. С экономической точки зрения стоимость производства контролируется за счет производства кирпича относительно более низкой плотности. Более того, пористая микроструктура предлагает преимущества для конкретных применений, таких как изоляция или даже термостойкость, что позволяет кирпичам выдерживать быстрые изменения температуры из-за улучшенного допуска на расширение и определенного снижения модуля упругости [15].
Теплопроводность
Теплопроводность зависит не только от свойств кирпичной глины, но также от размера, формы и количества добавок [16]. На рис. 3 показаны результаты теплопроводности образцов, исследованных в настоящей работе. Текущие результаты показали, что теплопроводность значительно снижается с увеличением количества добавок. Теплопроводность образцов кирпича без каких-либо добавок составила λ = 0,68Вт / мК, которая уменьшилась на 27% и даже 68% при добавлении 5 и 50 мас.% угля соответственно. Эти измерения также показали, что шелуха пшеницы была относительно более эффективной добавкой для улучшения изоляционных свойств глиняного кирпича, что привело к снижению теплопроводности на 48–92% при увеличении содержания шелухи пшеницы с 5 до 50 мас.%. Наблюдаемое снижение теплопроводности было даже больше, чем у обычных пустотелых кирпичей, потому что во время строительства стен раствор может попасть в отверстия кирпича, что нежелательно из-за последующего увеличения плотности стены и, следовательно, теплопроводности [17].Добавки оставляют пустоты и поры в структуре при горении во время обжига. Это кажется наиболее вероятной причиной наблюдаемого снижения теплопроводности и улучшения теплоизоляционных свойств. Наличие пор снижает концентрацию путей теплопроводности; следовательно, чем выше доля воздуха внутри кирпичного тела, тем выше будут теплоизоляционные свойства материала, поскольку воздух является хорошим изолятором по сравнению с твердыми телами. Микроструктура, гранулометрический состав и количество воздушного пространства или пустот, образовавшихся во время обжига тела, определяют теплопроводность этих материалов [16].Взаимосвязь между изоляционной способностью и текстурой или пористостью не может быть описана простыми словами. При этом необходимо учитывать влияние пористости, поскольку теплопроводность зависит от отношения твердого вещества к воздуху, которое тепло должно проходить при прохождении через материал [18].
Температуропроводность
Температуропроводность (α) — это термофизический параметр, уникальный для каждого материала, который является мерой скорости теплового потока через среду и зависит от состава и структуры материала.Физически коэффициент температуропроводности выражает скорость распространения тепла по материалу, являясь важной переменной в переходных условиях теплопередачи [19]. Скорость изменения температуры во времени зависит от численного значения коэффициента температуропроводности. Физическое значение температуропроводности связано с диффузией тепла в среду при изменении температуры со временем. Глиняным кирпичам с высокой термальной массой потребуется больше времени, чтобы тепло переместилось от более горячей поверхности кирпича к более холодной поверхности [17].На рис. 4 показано уменьшение коэффициента температуропроводности с увеличением количества добавок. Температуропроводность образцов кирпича без добавок составляла α = 0,65 м 2 / с, что уменьшалось на 15–60% для добавок угля 5–50 мас.%. Настоящие измерения также показали, что добавление шелухи пшеницы существенно повлияло на температуропроводность глиняного кирпича и снизило температуропроводность на 44–92% при увеличении содержания шелухи пшеницы с 5 до 50 мас.%. Низкие значения температуропроводности необходимы для минимизации теплопроводности.Физическое значение низкой температуропроводности связано с низкой скоростью изменения температуры материала в процессе нагрева. Наблюдаемые низкие значения коэффициента температуропроводности в настоящей работе показали, что исследованные образцы пригодны для использования в качестве теплоизоляторов [19].
Усадка
Фиг. 5 и 6 показаны наблюдаемые усадки во время циклов сушки и обжига глиняных кирпичей, содержащих различные концентрации добавок.Усадка при сушке зависит от количества воды, присутствующей в тестируемом материале. Обычно качество кирпича считается хорошим, если его усадка при высыхании ниже 8% (стандартный диапазон) [20]. Следовательно, при концентрации добавок ≥5% расчетные значения попадают в стандартный диапазон. Из рис. 6 видно, что процент усадки при обжиге увеличивается с увеличением количества угля, а также шелухи пшеницы. Наблюдаемые относительно более низкие значения усадки при обжиге могут быть связаны с удалением остаточной и химически объединенной воды, а также с преобразованием добавок в золу, которая, очевидно, уменьшает объем, но более высокие значения могут быть связаны с миграцией газов в результате разложение карбонатов, хлора и сульфатов (SO3) [21].Эти химические реакции во время обжига вместе с перестройкой зерен / частиц и ориентационным упорядочением в кристаллической решетке образуют более компактную твердую текстуру по сравнению с исходным состоянием, которое вызывает «усадку» [22,23].
Водопоглощение
Водопоглощение глиняных кирпичей без добавок варьируется примерно от 8 до 21%, и это колебание в основном связано с небольшими различиями в сырье и процессе производства [24]. Однако водопоглощение кирпича хорошего качества не должно превышать 20% от его сухого веса при погружении в воду в течение 24 часов [25].Как показано на рис. 7, водопоглощение глиняных кирпичей с добавками, обожженных при 1000 ° C в настоящем исследовании, находилось в диапазоне 14–35% для добавления угля и 16–37% для добавления шелухи пшеницы. Было отмечено, что добавки более 15% превышают допустимый предел (20%) водопоглощения. Водопоглощение тесно связано с кажущейся пористостью. Внутренняя структура кирпича должна быть достаточно плотной, чтобы препятствовать проникновению воды. Для увеличения плотности и уменьшения водопоглощения кирпича температуру обжига необходимо повысить.Таким образом, пористость обожженных образцов возникла вследствие сгорания добавок во время обжига.
Кажущаяся пористость
Пористость означает долю пустот (или пор) на единицу объема пористого твердого тела. Обычно пористость связана с минералогией, внутренней структурой и геометрией кирпича. Во время обжига изделий на основе глины образование жидкой фазы начинается при температурах выше 900 ° C, что помогает устранить пустоты и поры за счет заполнения внутри- и межкристаллитных областей. Настоящие результаты показали, что обожженные кирпичи демонстрируют различные значения кажущейся пористости в зависимости от количества добавок.Таким образом, пористость или пустоты в обожженных испытательных образцах сильно зависели от количества конкретной добавки, которая сгорела во время процесса обжига и привела к наблюдаемой пористости. Эти пустые пространства или пустоты (хотя могут содержать воздух) изолируют тепловой поток, вызывая снижение теплопроводности образцов по мере увеличения количества угля или шелухи пшеницы. Рис. 8 показал, что самая высокая пористость составила 65% при добавлении 50% шелухи пшеницы, а самая низкая пористость ∼24% при добавлении 5% угля.Высокие значения пористости и водопоглощения обусловили высокое термическое сопротивление [26].
Механическая прочность
На рис. 9 показано наблюдаемое изменение механической прочности глиняных кирпичей с добавлением угля и шелухи пшеницы. Настоящие результаты показали, что прочность образцов для испытаний зависит от количества добавок. Наблюдаемая прочность на сжатие показала, что прочность на сжатие образцов, обожженных при 1000 ° C, уменьшалась с увеличением количества угля, а также шелухи пшеницы.Предел прочности на сжатие снизился с 15 до 4 МПа и с 14 до 3 МПа, когда содержание угля и шелухи пшеницы увеличилось с 5 до 50 мас.% Соответственно. Обычно в керамических системах на основе глины прочность уменьшается с увеличением пористости.
Целью настоящего исследования была обработка высокопористых глиняных кирпичей низкой плотности без слишком большого ущерба для механической прочности. Добавление больших количеств добавок к кирпичной глине нежелательно из-за его неблагоприятного воздействия на физические свойства спеченных кирпичей из-за плохого контакта между различными ингредиентами тела, препятствующего их взаимной реакции.Более того, увеличение концентрации добавок за счет глины также отрицательно сказалось на прочности из-за дефицита основного содержания глины. Это, в свою очередь, привело к уменьшению количества стекловидной или жидкой фазы, что снизило механическую прочность. Кроме того, миграция газов через матрицу, образовавшуюся из-за сжигания добавок, создала высокопористое глиняное тело, что отрицательно сказалось на механической прочности. Поэтому количество добавок необходимо контролировать, чтобы избежать побочных эффектов.Как правило, средняя прочность на сжатие глиняных кирпичей местного производства без добавок составляла ~ 25 МПа. Характеристики уплотнения некоторых образцов хорошо согласуются с Британским институтом стандартов [27] для кирпичей хорошего качества, т. Е. 15 МПа. Прочность на сжатие каждого отдельного кирпича не должна опускаться ниже минимальной средней прочности на сжатие, указанной для соответствующего класса кирпича, более чем на 20%. Технологические свойства образцов с добавлением 5 и 15 мас.% Угля и лузги пшеницы сравниваются с литературными (таблица 3).Следовательно, механическая прочность глиняных кирпичей, содержащих 5-15 мас.% Добавок, находится в допустимых пределах для большинства рекомендуемых стандартных спецификаций [9,27].
Выводы
Были приготовлены и охарактеризованы образцы глиняного кирпича, содержащие в качестве добавок уголь и шелуху пшеницы. Микроструктурный анализ образцов выявил более крупные пустоты / поры в образцах с добавлением угля и шелухи пшеницы, чем в обычных кирпичах при обжиге при 1000 ° C. Теплопроводность значительно снизилась на 27% и даже на 68% при добавлении 5 и 50 мас.% угольной добавки соответственно. Низкий коэффициент температуропроводности наблюдался при увеличении добавок, что свидетельствует о пригодности исследуемых образцов для использования в качестве теплоизоляторов.
Добавить комментарий Отменить ответ
Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *
Комментарий *
Имя *
Email *
Сайт
Сохранить моё имя, email и адрес сайта в этом браузере для последующих моих комментариев.

Лучшие
Последние
Рубрики
Без рубрики
Бетон
Битум
Битумная грунтовка
Дсп
Кирпич
Пенопласт
Пенополистирол
Полезные советы
Применение пенополистирола
Применение шлакоблока
Разное
Раскрой ДСП
Строительство кирпичом
Тёплый фундамент
Утепление пенобетоном
Утепление пенопластом
Фундамент
Шлакоблок
akson-quick.ru © 2019