Yoğunluk Ölçümü

Amaç: Bazı sinterlenmiş seramik numunelerin yığınsal (bulk)ve görünen yoğunluklarının ve açık porozite miktarlarının hesaplanması.

Açıklama:Hemen hemen tüm seramik sistemlerde özellikle yüksek mukavemet yada yüksek sıcaklık

uygulamalarında malzemelerin yoğunluğu büyük öneme sahiptir. Bunun nedeni; porozite, bir malzemenin mekanik özelliklerini (mukavemet ve elastisite), termal özelliklerini (özellikle ısı transferini) ve ortam içinde bulunan malzemelerden dolayı korozyon ve mekanik aşınma davranışlarını etkiler. Yoğunluk ölçümü metodu Archimedes prensibine dayanır ve katı malzemelerin yoğunluklarının ölçümünde yaygın olarak kullanılır.

Prensipte, bir numunedeki porların hacmi, onları doldurmak için gerekli sıvının (bu deneyde su kullanılacak) ağırlığından hesaplanır. Her ne kadar porların çoğu kullanılan sıvı tarafından doldurulabilir ise de (açık porlar), bazı porlar kapalıdır ve sıvı onları dolduramadığı için bu porlar hesaplanan değer içinde yer almazlar. Bu yüzden hesaplanan porozite ve katı yoğunluk değerleri görünen porozite ve görünen katı yoğunluğu olarak adlandırılır.

Ölçülecek parametreler;

Yığınsal(bulk) yoğunluk: numune kütlesi/yığınsal hacim=[Wa/(Wc-Wb)]xDH2O

Yığınsal hacim : katı hacmi+ tüm porların ( açık ve kapalı) hacmi

Görünen katı yoğunluğu: numune kütlesi/görünen katı hacmi= [Wa/(Wa-Wb)]xDH2O

Görünen katı hacmi: katı hacmi + kapalı porların hacmi% Görünen porozite: (açık porların hacmi/bulk hacmi)x100=[(Wc-Wa)/(Wc-Wb)]x100

Burada;DH2O= Suyun yoğunluğuWa = Kuru numunenin havadaki ağırlığıWb = Su emdirilmiş numunenin su içindeki asılı ağırlığıWc = Su emdirilmiş numunenin havadaki ağırlığı

Deneyin Yapılışı:

Hassas terazide numuneleri tartın (Wa). Numuneler 110oC sıcaklığa çıkarılır ve kaynayan su içerisine atılır, 10 dakika süresince kaynatma işlemi devam ettirilir, daha sonra oda sıcaklığına indirilir. Numuneler deney için özel hazırlanmış düzenekte su içerisinde asılı ağırlıkları tartılır (Wb). Daha sonra numune sudan çıkarılır, yüzeyindeki su kağıt havlu yardımıyla silinir ve hızlı bir şekilde terazide tartılır (Wc).

Elde ettiğiniz bu verileri kullanarak yığınsal yoğunluk, görünen yoğunluk ve açık porozite değerlerini hesaplayınız. Elde ettiğiniz sonuçlar üzerinde yorumlar yapınız.

Not: Eğer katının teorik yoğunluğu biliniyorsa toplam porozite (Pt) hesaplanabilir;

Pt= 100x(1-Db/Dt) buradan da kapalı por miktarı hesaplanabilir.

Piknometre ile teorik yoğunluk ölçümü

Bilinen miktarda He gazı referans bir hacimden (VR), numuneyi içeren bir hücre içine gönderilir. Önce tozun bulunduğu hücreye He gazı gönderilir ve gazın bir taraftan birip diğer taraftan çıkması sağlanır. Bu durumda sistem atmosfer basıncındadır.

Pa(Vc-Vp)=naRtaVp=toz hacmiVc=hücre hacmina=gazın mol sayısı

Pa=atmosfer basıncı (1 atm)Ta=atmosfer sıcaklığı

Sonra referans hacmi (VR) yaklaşık olarak 17 psi basınca ulaşacak kadar doldurulur.

Sıvı piknometresiyle teorik yoğunluk ölçümü:

Wo= boş ağırlıkW1= toz doldurulmuş ağırlıkW2= toz ve sıvı doldurulmuş ağırlıkW3= sadece sıvı doldurulmuş ağırlık

W1-Wo=tozların ağırlığıW3-W0=sıvının ağırlığıYer değiştiren sıvının ağırlığı=ML=(W3-W0)-( W2-W1)

ML=qLVL

Toz hacminin bulunması,Toz hacmi VT=V.L

VT=V.L=ML/qL ise VT=ML/qL

qT=(W1-W0)qL/[(W3-W0)-( W2-W1)]

havanın yoğunluğu çok küçük olduğu için hesaplamada ihmal edilebilir.

Bu yöntemle 0.005 gr/cm3 hassasiyetle görünen yoğunluk hesaplanması yapılabilir. Eğer tozlar iyice ufalanırsa teorik yoğunluğu bulmak mümkündür. Yöntemin hassaslığı sıvının tozları ıslatma kabiliyetine bağlıdır. Kullanılan sıvının ıslatma kabiliyeti köpük önleyici katkılarla artırılabilir.

Gaz piknometresiyle de aynı prensibe dayalı olarak, özellikle 10 m den ince tanelerin yoğunluğunu ölçmede kullanılabilir. Buradan elde edilen yoğunluk, sıvı piknometresiyle yapılan ölçümlerden yüksek çıkabilir, çünkü küçük gaz molekülleri sıvının erişemeyeceği porlara girebilir.