Прогнозування властивостей глазурного покриттів по методу Аппена
Таблиця 1.1 - Склад глазурі на 100%
| Оксид | Na2O | K2O | CaO | MgO | BaO | SrO | B2O3 | Al2O3 | TiO2 | SiO2 |
| Вміст | 0,83 | 2,44 | 6,2 | 8,36 | 6,8 | 5,24 | 9,1 | 4,5 | 10,53 | 45,99 |
1. Для проведення подальших розрахунків, необхідно складу перерахувати в наступні величини:
- молярні числа
- молярні частки
- молярні відсотки
1 Представлення складу поливи в різних одиницях
1.1 Молярні числа
Зміст окремих компонентів в матеріалі в мольних числах визначають за формулою:
• 𝑃𝑖 – зміст i-го оксиду в матеріалі в мас. %
• 𝑀𝑖 – молярна маса компонента, г/моль
Сума мольних чисел компонентів в складі завжди більше одиниці.
Аналогічним чином були розраховані інші оксиди. Отримані результати наведені в табл. 1.2.
| Na2O | K2O | CaO | MgO | BaO | SrO | B2O3 | Al2O3 | TiO2 | SiO2 | Σ |
| 0,014 | 0,026 | 0,111 | 0,207 | 0,044 | 0,050 | 0,130 | 0,044 | 0,136 | 0,759 | 1,521 |
1.2 Молярні частки
Зміст окремих компонентів в матеріалі в мольних частках визначають за формулою:
• 𝑛𝑖 – число молей i-го оксиду
• Σ𝑛𝑖 – сума чисел молей всіх компонентів
Сума мольних часток компонентів у складі завжди дорівнює одиниці.
Аналогічним чином були розраховані інші оксиди. Отримані результати наведені в табл. 1.3.
Таблиця 1.3 - Хімічний склад глазурі, виражений в мольних частках
| Na2O | K2O | CaO | MgO | BaO | SrO | B2O3 | Al2O3 | TiO2 | SiO2 | Σ |
| 0,009 | 0,017 | 0,073 | 0,136 | 0,028 | 0,033 | 0,085 | 0,029 | 0,089 | 0,499 | 1 |
1.3 Молярні відсотки
Зміст окремих компонентів в матеріалі в мольних відсотках визначають за формулою:
• 𝑛𝑖 – число молей i-го оксиду
• Σ𝑛𝑖 – сума чисел молей всіх компонентів
Аналогічним чином були розраховані інші оксиди. Отримані результати наведені в табл. 1.4.
Таблиця 1.4 - Хімічний склад глазурі, виражений в мольних відсотках
| Na2O | K2O | CaO | MgO | BaO | SrO | B2O3 | Al2O3 | TiO2 | SiO2 | Σ |
| 0,9 | 1,7 | 7,3 | 13,6 | 2,8 | 3,3 | 8,5 | 2,9 | 8,9 | 49,9 | 100 |
2 Прогнозування структурного стану поливи
2.1 Розрахунок коефіцієнта зв’язності кремній-кисневого каркасу
Розрахунок коефіцієнта зв’язності кремній-кисневого каркасу визначають за формулою:
𝑓𝑆𝑖 < 0.5, тобто ступінь пов'язаності не висока.
2.2 Розрахунок коефіцієнта 𝚿𝑩
Розрахунок коефіцієнта Ψ𝐵 визначають за формулою:
З урахуванням множника активності:
Ψ𝐵 > 1, т.е. [AlO4], [BO4]
2.3 Розрахунок коефіцієнта кристалізації
Розрахунок коефіцієнта кристалізації каркаса визначають за формулою:
тому MgO> 8 (виняток), то записуємо в чисельник. Тоді
Висновок:
3 Розрахунок властивостей стеклопокриттів за методом А. А. Аппена
Вміст SiO2 в глазурі 51,10 мол. % - не перевищує 67 мол. %, Тому беремо значення з табл.Х.Х «Приблизно-усереднені парціальні величини властивостей компонентів силікатних стекол»:
− молекулярний об'єм 𝑉̅(𝑆𝑖𝑂2) = 26,1 см3/моль
− показник переломлення 𝑛̅(𝑆𝑖𝑂2) = 1,475
− модуль нормальної пружності 𝐸̅(𝑆𝑖𝑂2)×10−3 = 6,5 кгс/мм2
− середній лінійний коефіцієнт термічного розширення 𝛼̅(𝑆𝑖𝑂2)×107 = 38 К-1
− модуль зсуву 𝐺̅(𝑆𝑖𝑂2)×10−3 = 2,7 кгс/мм2
Розраховуємо коефіцієнт Ψ𝐵 за формулою без урахування множника активності:
Після обчислення Ψ𝐵 наближено - усереднені значення величини для В2О3 визначаємо за формулами, наведеними в таблиці «Формули для розрахунку наближено-усереднених парціальних величин для В2О3».
Розрахунок парціальних величин для TiO2. Рівняння для розрахунку, наступні:
Парциально-наближені величини 𝑉̅ 𝑇𝑖𝑂2, 𝐸̅ 𝑇𝑖𝑂2, 𝐺̅ 𝑇𝑖𝑂2 знаходяться в таблиці ХХ. Використовуючи рівняння вище розраховуємо величини для 𝑇𝑖𝑂2.
Для спрощення подальших розрахунків складаємо зведену табл.1.5. Значення для інших оксидів беремо з таблиці «Приблизно-усереднені парціальні величини властивостей компонентів силікатних стекол».
Таблиця 1.5 – Зведена таблиці властивостей склопокритій
| Назва оксидів | Показник заломлення 𝑛𝑖 | Молекуляр-ний об'єм,см3/моль 𝑉𝑖×10−3 | Середній лінійний коефіцієнт термічного розширення 𝛼𝑖×107𝐾−1 | Модуль пружності, кгс/мм2 𝐸𝑖×10−3 | Модуль зсуву, кгс/мм2 𝐺𝑖×10−3 | Середня дисперсія 𝛿𝑖×105 | Хімічний склад, мол. %, Ni |
| Na2O | 1,590 | 20,2 | 395 | 5,95 | 1,75 | 1420 | 0,86 |
| K2O | 1,575 | 34,1 | 465 | 4,1 | 1,1 | 1300 | 2,44 |
| CaO | 1,730 | 14,4 | 130 | 11,15 | 4,95 | 1480 | 6,2 |
| MgO | 1,610 | 12,5 | 60 | 9,2 | 3,8 | 1110 | 8,36 |
| ВаO | 1,880 | 22,0 | 200 | 6,25 | 1,75 | 1890 | 6,8 |
| SrO | 1,770 | 18,0 | 160 | 9,65 | 4,5 | 1630 | 5,24 |
| B2O3 | 1,658 | 21,817 | -36,625 | 18 | 7,5 | 841,15 | 9,1 |
| Al2O3 | 1,520 | 10,4 | -30 | 11,4 | 4,95 | 850 | 4,5 |
| TiO2 | 2,250 | 20,5 | 36,02 | 17,1 | 6,95 | 6360 | 10,53 |
| SiO2 | 1,475 | 26,1 | 38 | 6,5 | 2,7 | 675 | 45,99 |
Для розрахунку щільності використовуємо таку формулу
де 𝑃𝑖 – зміст i-го оксиду в склі, мас. % (якщо склад стекол приведений до 100%, то Σ𝑃𝑖 = 100)
𝑉𝑖 – наближено-усереднена парциальная величина мольної обсягу i-го компонента скла.
Для розрахунку інших властивостей за методом Аппена використовуємо таку формулу:
де 𝑔 – розрахункова величина якого-небудь властивості (𝛼,𝑛,𝛿,𝐺,𝐸)
𝑔𝑖 – наближено-усереднена парціальна величина цієї властивості для кожного компонента скла
4 Оцінка ступені знепрозорення поливи при використанні глушника заданого складу
В даному прикладі в складі глазурі глушником є TiO2. Наводимо склад глазурі до 100% без урахування даного оксиду.
Таблиця 1.6 - Склад глазурі на 100%
| Оксид | Na2O | K2O | CaO | MgO | BaO | SrO | B2O3 | Al2O3 | SiO2 |
| Содержание | 0,93 | 2,73 | 6,93 | 9,34 | 7,60 | 5,86 | 10,17 | 5,03 | 51,41 |
Як і в попередньому розрахунку, спочатку необхідно складу перерахувати в молярні числа, потім в молярні частки, а після вже в молярні відсотки.
Отримані результати надані в табл. 1.7.
| Найменування оксиду | ||||||||||
| Вміст | Na2O | K2O | CaO | MgO | BaO | SrO | B2O3 | Al2O3 | SiO2 | Σ |
| мол.ч. | 0,015 | 0,029 | 0,124 | 0,234 | 0,050 | 0,056 | 0,145 | 0,049 | 0,857 | 1,559 |
| мол.д. | 0,010 | 0,019 | 0,079 | 0,150 | 0,032 | 0,036 | 0,093 | 0,032 | 0,550 | 1,0 |
| мол.% | 0,960 | 1,861 | 7,939 | 14,987 | 3,187 | 3,613 | 9,322 | 3,164 | 54,966 | 100 |
Ступінь заломлення розраховуємо за формулою:
Висновок: інтенсивність глушіння тим вище, чим більша різниця між коефіцієнтами заломлення основний глазурі і глушника. Для складу даної глазурі TiO2 є не дуже хорошим глушником, тому що різниця становить 0,058.
Контрольні питання
1. На якому принципі базується метод розрахунку властивостей стекол по Аппену?
2. Які властивості можливо розрахувати за методом Аппена?
3. Групи оксидів, що враховуються методикою розрахунку по Аппену. Які оксиди включені в кожну групу?
4. Принципові відмінності методу розрахунку Аппена від інших методів.
5. Для стекол якого складу при розрахунку за методом Аппена похибка при визначенні щільності не перевищує ± 0,4%, за показником заломлення ± 0,13%, за середньою дисперсії показника заломлення ± 0,9%?
6. Для яких складів при розрахунку за методом Аппена похибка при визначенні щільності не перевищує ± 0,5%, за показником заломлення ± 0,25%, за середньою дисперсії показника заломлення ± 1,6%?
7. Яка точність визначення ТКЛР і пружних властивостей при наявності в склі не більше одного лужного оксиду і в випадках, коли їх кількість більше двох?
8. Правила розрахунку парціальних величин для В2О3, PbO, CdO, TiO2, SiO2 .