Керамических материалов

Цель работы: определение теплопроводности и термического расширения керамического материала.

Теоретическая часть

Теплопроводность – свойства материала передавать тепло через толщу от одной поверхности к другой. Теплопроводность l характеризуется количеством тепла, проходящего через стену из испытуемого материала толщиной в 1 м, площадью в 1 м² за время 1 ч (3600с) при разности температур на противоположных поверхностях стены 1^оС. В системе СИ l выражается в Вт/(м·^оС), а в метрической системе единиц – в ккал/(м·ч·^оС) [1 ккал/(м·ч·^оС) = 1,1630 Вт/(м·^оС)].

Теплопроводность материала зависит от его химического состава структуры, степени и характера пористости, влажности и температуры, при которых происходит процесс передачи тепла.

l=а·с·ρ_ср, (1)

где а ─ коэффициент температуропроводности. Коэффициент температуропроводности а, характеризующий скорость распространения температуры в строительных материалах при сменяющихся условиях нагрева.

с - теплоемкость в ккал/кг·град. Теплоемкость ─ свойство материала аккумулировать тепло при нагревании и выделять тепло при остывании, или теплоемкость – свойство материала поглощать при нагревании тепло. Есть и другое определение теплоемкости – это свойство материала поглощать при нагревании определенное количества тепла.

ρ_ср - средняя плотность, кг/м³.

Кажущаяся пористость определяется по формуле (2)

П_каж=W•ρ_ср, (2)

где W ─ водопоглощение, %.

Относительная плотность равна:

ρ_от= ρ_ср/ρ_ист, (3)

где ρ_ист─ истинная плотность, г/см³.

Теплопроводность с определенной пористостью равна

l_пор=l•ρ_от(4)

Термическое расширение. Строительные материалы, так же как слагающие их кристаллы и стекло, при нагревании расширяются. Расширение это обратимо, и при охлаждении материал приобретает свой первоначальный объем. Это изменение объема с температурой обусловлено увеличением расстояний между атомами при растет амплитуды их колебаний. Величина термического расширения отдельных кристаллов и стекол различна и зависит, в общем, от их строения, от прочности химических связей. С повышением температуры это различие в расширении, как правило, уменьшается.

Термические расширения в строительных материалах в значительной степени зависят от однородности материала и коэффициента теплового расширения составляющих его веществ. Коэффициент линейного расширения характеризует удлинение 1 м материала при нагревании его на 1^оС, коэффициент объемного расширения характеризует увеличение объема 1 м³ материала при нагревании его на 1^оС. Чем меньше эти коэффициенты и выше однородность материала, тем выше и его термическая стойкость, т.е. больше количество циклов резких смен температуры он может выдержать. Термическое расширение строительных материалов можно характеризовать следующим показателем:

L_t=α•t•100%, (5)

где L_t ─ термическое расширение, %; α ─ коэффициент термического расширения, 10^-6; t ─ температура, ^оС.

В таблице 1 приведены физико-механические и физико-термические показатели некоторых керамических материалов.