CC BY
20
внутри области V на некотором расстоянии от поверхности 5 и вне области V на некотором расстоянии от граничной поверхности располагаем точечные заряды, число которых равно суммарному числу граничных и приграничных узлов. Температурное поле в подобласти 8V представляем в виде ряда (4). Решение задачи будет состоять в получении системы линейных уравнений для значений температуры во внутренних узлах разностной сетки и точечных зарядов внутри и вне области V. Каждому узлу разностной сетки (внутреннему, приграничному и граничному) будет соответствовать одно линейное алгебраическое уравнение. Для внутренних и приграничных узлов эти уравнения получают с помощью разностной аппроксимации уравнения теплопроводности. При этом значения поля в приграничных и граничных узлах, входящие в разностные уравнения, представляются в виде ряда (4). Для граничных узлов с помощью граничных условий получаются уравнения, аналогичные (6). После решения полученной СЛАУ с помощью ряда (4) вычисляют температуры в приграничных и граничных узлах, затем переходят к вычислениям для следующего шага по времени.
В качестве тестового примера для смешанного метода, как и в предыдущем пункте, решалась задача об остывании цилиндра. При решении использовалась неявная разностная схема с точностью порядка
О (т) + О (к2). Установлено, что смешанный метод
позволяет получить решение задачи с удовлетворительной точностью. На рис. 4 приведены зависимости средней относительной погрешности от шага разностной сетки, полученные при двух различных значения шага по времени, равных т = 0,01-к2/а (кривая 1) и т2 = 0,1-к2/а (кривая 2); а - коэффициент температуро-
проводности. Для кривой 1 эта зависимость аппроксимируется выражением е ~ 0,3-й1'6.
s _
410-2
2E0-2 -
0,1 0,2 0,3 h/R
Рис. 4. . Зависимость относительной погрешности от шага по координате h
Таким образом, точность смешанного метода оказалась близкой к точности используемой разностной схемы.
Литература
1. Алексидзе М.А. Фуедаментальные функции в приближенных решениях граничных завдач. - М.: Наука, 1991. -352 с.
2. Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики. М., 1977.
3. Баттерфилд Р., Бенерджи П. Методы граничных элементов в прикладных науках. М., 1984.
4. Зенкевич Ольгерд, Морган Кент. Конечные элементы и аппроксимация. М., 1986.
5. Бахвалов Ю.А., Гречихин В.В., Юфанова Ю.В. Комбинированные модели в расчетах электромагнитных полей // Изв. АН. Серия физическая. 2004. Т. 68. № 7. С. 1019-1022.
Южно-Российский государственный технический университет
(Новочеркасский политехнический институт) 19 июня 2006 г.
УДК 666. 71. 2
ВЛИЯНИЕ ФАЗОВОГО СОСТАВА И СТРУКТУРЫ ДЕКОРАТИВНОЙ СТЕКЛОМОЗАИЧНОЙ ПЛИТКИ НА ЕЁ СВОЙСТВА
© 2006 г. Е.А. Лазарева, А.М. Напрасник, Л.В. Дьяченко, В.В. Кирюшенко
В условиях рыночной экономики исключительно актуальной научно-технической задачей современного материаловедения в области строительства и архитектуры является разработка новых облицовочных материалов с высокими эксплуатационными и эстетико-потребительскими свойствами. В настоящее время к числу таких эффективных отделочных и наиболее востребованных материалов на рынке строительных
материалов относятся декоративная стекломозаичная плитка, которую, как известно [1], можно получать по двум вариантам технологии: стекольной и стеклоке-рамической. Модифицируя строительные стекла введением в их состав катализаторов кристаллизации, красителей или глушителей, можно получать новую облицовочную плитку с заданными функциональными и декоративными свойствами по стекольной техноло-
гии. По стеклокерамической технологии цветную мозаичную стеклоплитку получают спеканием смесей стекла с указанными добавками.
С целью изучения формирования структуры и фазового состава стеклоплитки, синтезированной по керамической технологии, был применен комплекс физико-химических методов исследования - микроскопических и рентгенофазовый анализ (РФА). При изучении структуры и фазового состава стеклоплит-ки различных цветов были использованы такие её образцы, пресс-массы которых включают в себя сырьевые компоненты при следующих соотношениях: стеклобой : песок : краситель = 100:0:2, 95:5:2 и 90:10:2. Функциональные свойства стеклоплитки представлены в таблице.
Б-ХЗ-5 Б-Бл-5
Б-Ж-10
Г
I
к
Б-Р-10 Б-М-10
Рис. 1. Микроструктура декоративной стекломозаической плитки (х500)
При этом было сделано предположение, что при формировании структуры различных плиток должны образовываться такие кристаллические фазы, как а-8Ю2, а также шпинели типа ЯО-К2О3, твёрдые растворы и кристаллические фазы, обусловливающие тот или иной цвет в процессе спекания стеклоплиток, а также их низкое водопоглощение и высокие показатели прочности, морозостойкости и термостойкости.
При исследовании структуры полученных стекло-плиток методом оптической микроскопии установле-
но, что в образцах плиток, синтезированных из пресс-масс с соотношением стеклобой : песок : краситель = = 100 : 0 : 2, пористость практически отсутствует, оказывает положительное влияние на водопоглощение и другие функциональные свойства плитки. При введении в состав плиточных пресс-масс песка за счет стеклобоя до 5 % она обусловливает образование в структуре незначительного количества микропор. При этом размер и характер расположения микропор в структуре разноцветных плиток отличаются (рис. 1).
Это свидетельствует о существенной роли красителей в формировании структуры декоративной стек-лоплитки. Так, при спекании стеклоплитки, содержащей 5 % песка и 2 % хромово-зелёного красителя (Б-ХЗ-5) образуется однородная беспористая структура, обеспечивающая высокие показатели ее функциональных свойств.
При введении в составы плиточных пресс-масс 10 % песка размер пор несколько увеличивается - плитки марок Б-Ж-10, Б-Кр-10, Б-Р-10 и Б-М-10 (рис. 1). Однако значение водопоглощения плиток при этом практически не изменяется.
Особый научный и практический интерес представляет установление фазового состава цветной стек-лоплитки, предопределяющего ее функциональные и декоративные свойства. С целью объяснения механизма окрашивания стеклоплитки методом РФА были исследованы следующие представительные образцы цветной архитектурно-строительной стекломозаичной плитки: голубой Б-Г-5; Б-Г-10, синий Б-С-10, зеленый Б-З-5, желтый Б-Ж-10, бежево-песочной Б-Бп-5, красно-коричневой Б-Кр-5, малиновой Б-М-5 и розовой Б-Р-5.
Проведенные исследования позволили установить следующее. При введении песка в составы плиточных пресс-масс в количестве 5 и 10 % степень закристал-лизованности плиток практически одинакова. В структуре всех плиток находится кристаллическая фаза а-кварца (0,334; 0,246; 0,226 нм). Образование в стек-лоплитке голубого цвета основано формированием твердых растворов на основе системы 2гО2 - У2О5 - 8Ю2 (0,409; 0,324; 0,300 нм) (рис. 2). В стеклоплитке синего цвета обнаружена шпинель СоА12О4 (0,264; 0,213; 0,150 нм) (рис. 3).
Причиной образования желтого цвета является формирование кристаллической фазы - Рг2О3 (0,349; 0,300; 0,224 нм) (рис. 2). При получении розовой плитки в ее структуре образуется несколько кристаллических фаз, основными из которых являются циркон 2гёЮ4 (0,443; 0,330; 0,252; 0,175нм) и гематит а-Бе2О3 (0,269; 0,207; 0,184 нм), который обнаружен также в плитке Б-Кр-5 (рис. 3).
Фазовый состав малиновой стеклоплитки отличается наличием фазы СаСг2О4 (0,361; 0,315; 0,266; 0,187 нм), обусловливающей высокие показатели декоративных и функциональных свойств плитки. При получении бежево-песочной стеклоплитки Б-Бп-5 образуются а-кварц и у-Бе2О3 (0,386; 0,350; 0,307 нм) (рис. 3).
Таблица
Свойства стекломозаичной плитки, полученной по стеклокерамической технологии
Характеристика Показатель цветной стеклоплитки составов
Б-Г-5 Б-С-5 Б-З-5 Б-ХЗ-5 Б-Бз-5 Б-Ж-5 Б-Р-5 Б-М-5 Б-Кр-5 Б-К-5 Б-Бд-5 Б-Тс-5
Предел прочности на сжатие, МПа 47,0 70,0 60,0 70,0 63,0 58,0 52,0 52,0 52,0 60,5 52,0 55,0
Плотность, кг/м3 2620 2680 2600 2850 2630 2560 2500 2500 2630 2600 2620 2580
Водопоглощение, % 0,9 0,3 0,8 0,4 0,40 1,0 0,5 0-,5 0,8 0,9 0,9 1,0
Химическая стойкость, гидролитический класс Стекломозаичная плитка относится к III гидролитическому классу
Термостойкость, °С 85 90 90 90 90 90 80 80 80 80 80 85
Морозостойкость, цикл: -15 (воздух)...+15...20 °С (вода) 39 40 40 40 40 40 37 37 37 35 35 35
Цвет голубой синий зелёный хромово-зелёный бирюзовый лимонно -жёлтый розовый светло-малиновый красно-коричневый светло-коричневый бежево-песочный тёмно-серый
Состояние поверхности гладкая матовая гладкая с блеском гладкая матовая гладкая матовая гладкая с блеском гладкая матовая гладкая с блеском гладкая с блеском гладкая с блеском гладкая с блеском гладкая с блеском гладкая с блеском
100 х
80
60
40
20 х
4 16 24 32 40 48 56 2©
100 х
80
60
40 х Б-Г-10
20
4 16 24 32 40 48 56 2©
Рис. 2. Рентгенограммы декоративной стеклоплитки. Условные обозначения: х - а-8Ю2 (Р-кварц); А - СоЛ1204; О - Рг203; ■ - твёрдые растворы на основе системы 2г02-У205-8Ю2
I, балл
1
0,8 0,6 0,4 0,2 0
4 8
16
24
32
Б-Г-5
40
48 2©
I, балл 1
0,8 0,6
0,4
0,2
^t-
''HvNfji.'UM'
4 8
16
24
00 IN
Б-М-5
32
40
48 2©
I, балл
1
0,8 0,6 0,4 0,2 0
4 8
16
Б-Кр-5
24
32
40
48 2©
I, балл
1
0,8
0,6
0,4
0,2
4 8
Б-Бп-5
16
24
32
40
48 2©
I, балл
40
48 2©
1
0,8 0,6 0,4 0,2 0
Б-Р-5
4 8
16
24
32
40
48
2©
Рис. 3 Рентгенограммы декоративной стеклоплитки Условные обозначение: х - а-БЮ2; □ - у-Ге203; ▼ - 7г02; ◊ - 7гБЮ4; г - ТЮ2;^ - твердые растворы на основе системы 7г02-У205-8Ю2; ▲ - а - Ге203 ; • - СаСг20 (хромит)
На основании вышеизложенного можно заключить, что в основе получения декоративной архитектурно-строительной стекломозаичной плитки лежит сложный механизм формирования ее структуры, сопровождающийся образованием вышеперечисленных кристаллических фаз, предопределяющих высокие
показатели декоративных и функциональных свойств стеклоплитки.
Литература
1. Лясин В. Ф., Саркисов П.Д. Новые облицовочные материалы на основе стекла. М., 1987.
Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)
13 июля 2006 г.
0
0
