ХИМИЧЕСКАЯ технология керамики и огнеупоров

2

ПРЕДИСЛОВИЕ

Основной задачей лабораторного практикума является ознакомление будущих инженеров-технологов, а также инженернотехнических работников предприятий с методиками, приборами и оборудованием, применяемыми для контроля и исследования сырья, керамических материалов и изделий.

Настоящее издание содержит общие сведения о методологии, стандартизации, контроле качества продукции, лабораторной аппаратуре, измерительной технике, используемой для проведения лабораторных исследований. В нем приведены методики контроля свойств сырья для керамической промышленности и изучения фи- зико-технических керамических масс и шликеров, а также методики определения свойств, фазового состава и структуры керамических материалов и изделий.

Практикум составлен в соответствии с требованиями действующих в настоящее время ГОСТов и ТУ на методы контроля сырья и испытания керамических материалов и изделий.

При рассмотрении методик приводятся теоретические основы исследуемого параметра, его взаимосвязь с составом, строением и технологическими характеристиками, описание методов, приборов и установок, последовательность проведения анализа или измерения, приемы расчета и обработки полученных результатов.

Внекоторые лабораторные работы внесены элементы исследования, позволяющие установить взаимосвязь между свойствами материалов и их составом, строением или другими факторами. В ряде работ перечисленные зависимости изображаются графически.

Влабораторном практикуме приводится методика статистической обработки данных и расчет погрешности измерений.

Вприложении даются сведения об единицах измерения физических величин и их соотношения для разных систем измерения.

3

Раздел 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

ОЛАБОРАТОРНОЙ АППАРАТУРЕ, ПРИБОРАХ

ИМЕТОДАХ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ СВОЙСТВ КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

1.1.Основные понятия о метрологии, стандартизации

иконтроле качества продукции

Метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Метрология базируется на комплексе терминов и понятий, главные из которых приводятся ниже.

Физическая величина – свойство, в качественном отношении общее многим физическим объектам, но в количественном отношении индивидуальное для каждого объекта. Физическими величинами являются длина, масса, плотность, сила, давление и др.

Единице физической величины по определению присвоено числовое значение, равное 1. Например, масса 1 кг, сила 1 Н, давление 1 Па. Единицы одной физической величины в различных системах единиц могут отличаться по размеру, например для силы 1 кгс ≈ 10 Н.

Значение физической величины – численная оценка физической величины конкретного объекта в принятых единицах. Например, значение массы кирпича – 3,5 кг.

Техническими измерениями называется определение значений различных физических величин специальными техническими методами и средствами. При лабораторных испытаниях используют измерения геометрических размеров, массы, температуры, давления, силы и др. Важнейшие требования, предъявляемые к техническим измерениям, – единство и точность измерений.

Единство измерений – состояние измерений, когда их результаты выражены в узаконенных единицах и погрешности измерений известны с заданной вероятностью. Единство измерений необходимо, чтобы можно было сопоставлять результаты измерений, выполненные в разных местах, в различное время, с помощью разнообразных приборов.

Точность измерений – качество измерений, отражающее близость результатов к истинному значению измеряемой величины.

Значение физической величины Хизм, полученное при измерении, находят по формуле

4

X изм = А,

u

где А – числовое значение; и – единица физической величины.

В метрологии различают истинное и действительное значения физических величин.

Истинное значение физической величины идеальным образом отражает в качественном и количественном отношениях соответствующие свойства объекта. Истинное значение свободно от ошибок измерения. Так как все значения физической величины устанавливают опытным путем и они содержат ошибки измерений, то истинное значение остается неизвестным.

Действительное значение физической величины находят экспериментальным путем; оно настолько приближается к истинному значению, что для определенных целей может быть использовано вместо него. При технических измерениях значение физической величины, найденное с допустимой техническими требованиями погрешностью, принимают за действительное значение.

Погрешность измерения – отклонение результата измерений от истинного значения измеряемой величины. Поскольку истинное значение измеряемой величины остается неизвестным, на практике лишь приближенно оценивают погрешности измерений, сравнивая результаты измерения со значением этой же величины, полученным с точностью в несколько раз более высокой. Например, погрешность измерения размеров образца линейкой, которая составляет ±1 мм, можно оценить, измерив образец штангенциркулем с погрешностью не более ±0,05 мм. Различают погрешность абсолютную, выражаемую в единицах измеряемой величины, и относительную, представляющую собой отношение абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой величины.

Средства измерений – технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические свойства. Средства измерений делят на меры и измерительные приборы.

Мера – средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера (например, гиря – мера массы).

Измерительный прибор – средство измерений, которое служит для воспроизведения измерительной информации в форме, доступной для восприятия наблюдателем. Простейшие измерительные

5

приборы (например, линейка, штангенциркуль) называют измерительным инструментом.

Основные метрологические показатели приборов: цена деления шкалы – разность значений измеряемой величины, соответствующая двум соседним отметкам шкалы; начальное и конечное значе- ние шкалы – соответственно наименьшее и наибольшее значения измеряемой величины, указанные на шкале; диапазон измерений – область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые погрешности.

Погрешности измерения – результат взаимного наложения ошибок, вызываемых различными причинами: погрешностью самих измерительных приборов, погрешностями, возникающими при пользовании прибором и считывании результатов измерений, и погрешностью от несоблюдения условий измерения.

При достаточно большом числе измерений среднее арифметическое результатов измерений приближается к истинному значению, а погрешность уменьшается.

Иногда при измерениях появляется так называемая грубая по- грешность измерения, которая существенно повышает погрешность, ожидаемую при данных условиях. Результаты измерений, содержащие грубые погрешности, исключают из рассмотрения как недостоверные.

Средства измерений выбирают таким образом, чтобы их допускаемая погрешность в заранее определенных условиях применения, т. е. с учетом всех дополнительных погрешностей, не превышала погрешности, установленной стандартом или техническими условиями (ТУ) на данный вид измерения (испытания) материала. Использовать средства измерения, погрешность которых значительно ниже требуемой стандартом, нерационально, особенно при комплексном испытании материала, когда другие измерения проводятся с большей погрешностью. Например, измерение массы и объема пробы материала при расчете его плотности нужно выполнять средствами измерения, имеющими приблизительно одинаковую погрешность.

Единство измерений обеспечивается установлением единиц измерений и разработкой их эталонов. На XI Генеральной конференции по мерам и весам (1960) была принята Международная система единиц (СИ), которая заменила сложную совокупность систем единиц и отдельных внесистемных единиц, сложившихся на основе

6

метрической системы мер. Основные единицы физических величин и их соотношения представлены в приложении 1.

Допуск – допускаемое отклонение числовой характеристики какого-либо параметра от его номинального (расчетного) значения в соответствии с определенным классом точности. Допуск задают на геометрические размеры деталей и изделий, на механические, физико-химические и другие величины (например, прочность, твердость, химический состав).

Допуски указывают в стандартах, технических требованиях или чертежах изделий в виде двух предельных размеров (наибольшего и наименьшего), между которыми находится действительный размер, т. е. размер, определяемый измерением. Вместо предельных размеров в технической документации обычно отмечают номинальный размер, полученный при расчетах данного изделия, и два предельных отклонения – верхнее и нижнее отклонения, равные соответственно алгебраической разности наибольшего и наименьшего предельных размеров и номинального размера. Например, при производстве керамических плиток для внутренней облицовки стен разница между наибольшими и наименьшими размерами по длине и ширине не должна превышать

±1,5 мм (ГОСТ 27180).

Допуски устанавливают для достижения необходимого качества материалов, изделий и взаимозаменяемости деталей и сборочных единиц машин, аппаратов и сооружений.

Взаимозаменяемость – свойство одинаковых деталей и сборочных единиц, позволяющее осуществлять сборку или заменять их без предварительной подгонки. Взаимозаменяемость имеет большое народнохозяйственное значение и является одной из предпосылок организации массового и крупносерийного производства.

Проблема взаимозаменяемости особенно остро встала в связи с развитием сборного строительства, когда различные детали и сборочные единицы одного здания или сооружения производятся различными предприятиями. В этом случае эффективная сборка здания возможна лишь при обеспечении взаимозаменяемости и соблюдении требуемых допусков.

Стандартизация – деятельность, которая заключается в нахождении решений для повторяющихся задач в сфере науки, техники и экономики, направленная на достижение оптимальной степени упорядочения в определенной области.

7

Стандарт – документ, устанавливающий комплекс норм, правил и требований к объекту стандартизации. Стандарт разрабатывают и утверждают компетентные органы; после утверждения он приобретает силу закона.

Стандарты устанавливаются на все виды массовой и серийной продукции. Они предусматривают типы, виды, марки и размеры изделий и материалов, а также методы испытаний, правила упаковки, хранения и транспортирования. Процесс установления и применения стандартов называется стандартизацией. Она основывается на объединенных достижениях науки, техники и практического опыта и определяет основу не только настоящего, но и будущего развития. Стандартизация способствует улучшению качества продукции, повышению уровня унификации и взаимозаменяемости, развитию автоматизации производственных процессов, росту эффективности эксплуатации и ремонта изделий.

Объектами стандартизации в области строительства служат материалы, изделия и конструкции, санитарно-техническое и инженерное оборудование зданий, сооружения и здания разных типов, строительная оснастка и инструмент.

Стандартизируется не вся производимая продукция, а лишь та ее часть, которая предназначена для массового производства и применения.

На каждый объект стандартизации разрабатывают несколько видов стандартов (иногда их объединяют в один стандарт). Для строительных материалов и изделий создают стандарты типа «общие технические требования», «технические условия» и «методы испытаний». Стандарты на методы испытаний и контроль качества необходимы потому, что каждому показателю качества продукции, включенному в стандарты «технические требования» и «технические условия», должен отвечать единый метод оценки этого показателя. Только в таком случае можно получить объективные данные о качестве продукции, выпускаемой различными предприятиями, и оценить ее соответствие требованиям стандарта.

Унификация – один из методов стандартизации в современном индустриальном строительстве. Под унификацией подразумевают приведение различных видов продукции и средств ее производства к минимально возможному числу типоразмеров, марок, форм. Унификация в строительстве состоит в том, что группу близких по размерам изделий или конструкций одного назначения заменяют

8

одной унифицированной. Это, например, относится к конструкциям фундаментов, перекрытий, лестниц, санитарно-технических узлов и т. п.

Унификация возможна только на основе ранее проведенной стандартизации; она приводит к существенному экономическому эффекту на всех стадиях строительства – от проектирования до монтажа зданий.

Стандартизация дает как бы ближайшую перспективу развития производства того или иного материала, обязывая все предприятия поднять качество своей продукции до уровня передовых.

Контроль качества продукции. Эффективное действие стан-

дартов невозможно без всестороннего контроля, начиная от контроля качества сырьевых материалов и заканчивая контролем готовой продукции. И здесь большая роль принадлежит стандартизации, дающей эффективные научно обоснованные и объективные методы испытаний материалов и изделий.

Испытание материалов и изделий, а также контроль технологических режимов производства выполняют в лабораториях и отделах технического контроля (ОТК).

Различают следующие основные виды производственного контроля на предприятиях строительной индустрии: входной, операционный, приемочный и инспекционный. Объектами контроля служат качество сырьевых материалов, качество труда, соблюдение технологических режимов и качество готовой продукции. Весь контроль осуществляется на основании требований стандартов.

Входному контролю подвергают сырьевые материалы, полуфабрикаты, элементы технологического оборудования. Контроль материалов выполняет лаборатория.

Операционный контроль – проверка соблюдения нормативных требований, реализуемых в ходе выполнения той или иной технологической операции. Цель контроля – обнаружение и устранение дефектов в процессе изготовления изделий. Его осуществляют персонал цеха и ОТК.

Приемочный контроль проводят лаборатория и ОТК на готовой продукции и реже на полуфабрикатах. Контролю подвергают каждое изделие или конструкцию, а при производстве материалов и мелкоштучных изделий (вяжущие материалы, кирпич) берут пробы от каждой партии материала, причем размер проб и правила их отбора указываются в стандарте.

9