Основні теоретичні відомості

Механічна міцність керамічних виробів характеризує їх здатність чинити опір впливу різних зовнішніх зусиль. Тому міцність є одним з важливих властивостей керамічних матеріалів. Для більшості видів промислових керамічних матеріалів визначення механічної міцності є обов'язковим випробуванням. Воно дозволяє оцінити якість отриманої продукції і вплив на неї різноманітних факторів.

Випробування для виявлення механічної міцності керамічних матеріалів і виробів можна поділити на дві основні групи:

1) визначення межі міцності при статистичних навантаженнях: стиснені, розтягненні і вигині;

2) визначення межі міцності при дії динамічних зусиль, таких як ударному вигину, удару, а також зношуваності під дією різного роду зусиль стирання.

Випробування на міцність проводять на готових виробах та на спеціально виготовлених зразках. Для порівняльної оцінки міцності різних матеріалів випробування повинні проводитися на зразках, однакових за розміром і формою.

При виконанні даної лабораторної роботи студенти вивчають методику визначення межі міцності при стиснені і вигині.

Межею міцності при стиснені називають максимальне напруження стиснення, яке витримує випробуваний зразок певної форми до його руйнування. Для керамічних виробів межа міцності на стиск виражається в кілограмах на 1см² площі поперечного перерізу зразка.

Показання межі міцності керамічних виробів залежно від гранулометричного складу сировинних матеріалів, їх способи підготовки, змішування, зволоження, методу формування і умов випалу коливаються в межах від 75 до 600 кг/см².

Значення міцності може бути різним для зразків одного і того ж виду матеріалу, що обумовлено неоднорідністю будови кожного зразка, а також методичними похибками, що виникають при випробуваннях. Тому при дослідженнях завжди перевіряють кілька зразків (не менше трьох).

При випробуванні керамічних зразків найбільш високі показники межі міцності при стисненні дають ті, які мають правильну геометричну форму. Поверхні, до яких прикладають тиск, повинні бути строго паралельні і ретельно пришліфовані. Навіть при невеликих відхиленнях виникають згинальні напруження і зсувні зусилля, що помітно знижують значення міцності. Поверхня зразків не повинна мати жорсткостей і нерівностей, так як вони служать концентраторами напружень, що призводять до руйнування зразка при зниженому тиску. Для усунення цього недоліку застосовують прокладки з гуми, картону, каучуку та інших матеріалів, завдяки чому можна отримати результати, які досить точно відображають властивості матеріалів.

Показники границі міцності при стисканні сильно залежать від співвідношення висоти випробуваного зразка до його ширині або діаметру. Як правило, чим менше це відношення, тим вище показники межі міцності при стискуванні. Приймають висоту рівній ширині, щоб уникнути похибок, що виникають при випробуванні високих зразків.

При дослідженні керамічної сировини і мас в якості зразків використовують:

а) для тонко керамічних виробів застосовують циліндричні зразки висотою від 10 до 30мм, в залежності від товщини виробів, для яких призначена випробувана маса.

б) для виробів будівельної кераміки та вогнетривів використовують кубики з висотою ребра від 40 до 1900мм в залежності від товщини готового виробу.

Межею міцності при згині називають максимальну згинаючу напругу, яку витримує зразок до руйнування. Межа міцності при вигині керамічних виробів виражається в кг/см². Це випробування є обов'язковим для будівельної кераміки, фарфоро-фаянсових та вогнетривких виробів. По зміні межі міцності при згині визначають зв'язність та зв’язуючу здатність глинистих матеріалів.

Згинаюча дія набагато складніша, ніж стискуюча, оскільки в межах перетину зразка діє і розтягуючи (в нижніх шарах) і стискуючи (у верхніх шарах) напруги. Максимальна напруга виникає на верхніх і нижніх поверхнях зразка, тому на межу міцності при вигині (σ_виг) впливає відстань від нейтрального шару до поверхні зразка.

Підготовка маси і спосіб формування зразків для аналізу повинні бути, по можливості, близькі до умов виготовлення відповідних виробів. Найбільшого поширення набули випробування зразків прямокутного перерізу при використанні триточкового і чотирьохточкового вигинів. Дані отримані при триточковому вигині приблизно на 25% вище, ніж при чотирьохточковому. Це пов'язано з тім, що максимальне зусилля при триточковому вигині діє на зразок в одному перерізі, а при чотирьохточковому у двох. Таким чином, вірогідність попадання дефекту в проміжки між перетинами максимальних напружень набагато вище.

При оцінці міцності керамічних матеріалів рекомендується випробування проводити на 6 - 8 зразках.