Cam ve alt tabaka bilimi
Gelen camın türünü belirleme: yoğunluk, kırılma indisi ve UV kontrolü
Soda-kireç, borosilikat, alkali alüminosilikat ve kuvars cam neredeyse aynı görünür. Bu makale Arşimet yoğunluğu, kırılma indisi ve UV gözlemiyle hızlı bir tanımlama yöntemi verir, komşu türleri ayırmak için gereken ölçüm doğruluğunu hesaplar ve soda-kireç ile alkali alüminosilikatın neden kırılma indisiyle birlikte değerlendirilmesi gerektiğini açıklar.
Gelen malzemenin etiketinde “borosilikat” yazıyor – kesip baktığınızda gerçekten öyle mi? Yaygın kullanılan dört alt tabaka türü görünüşten neredeyse ayırt edilemez: Kalın parçalar şeffaftır, kenarları hafif yeşilimsidir; çizgiler krom kaplandıktan sonra fark daha da görünmez olur. Ancak yoğunlukları, kırılma indisleri ve UV soğurmaları farklıdır; tezgâh üzerinde yapılabilen birkaç ölçümle temel tür doğrulanabilir. Zorluk şudur: Ölçüm hatası türler arasındaki aralıktan küçük olmalıdır ve komşu türlerin partiler arası dağılımları kendi içinde zaten örtüşebilir.
Dört türün “parmak izi”
Tablo tipik değerleri verir (örnektir, herhangi bir markaya karşılık gelmez, üreticiye göre değişir):
| Tür | Yoğunluk ρ (g/cm³) | Kırılma indisi n_d | UV soğurma kenarı (mertebe) |
|---|---|---|---|
| Erimiş silika | yaklaşık 2,20 | yaklaşık 1,458 | 200–250 nm’nin altında, 254 nm’yi geçirir |
| 3.3 tipi borosilikat | yaklaşık 2,23 | yaklaşık 1,473 | yaklaşık 280–310 nm, 254 nm’yi büyük ölçüde geçirmez |
| Alkali alüminosilikat | 2,4–2,5 | yaklaşık 1,50–1,51 | yaklaşık 280–340 nm, 254 nm’yi geçirmez |
| Soda-kireç | yaklaşık 2,50 | yaklaşık 1,52 | yaklaşık 310–340 nm (demir içerir), 254 nm’yi geçirmez |
Silika ile borosilikat arasında yoğunlukta 0,027, kırılma indisinde 0,0145 fark vardır; aralık geniştir. Soda-kireç ile alkali alüminosilikat yoğunlukta örtüşür ve kırılma indisinde 0,014 farklıdır; ayırması en zor çift budur.
Arşimet yöntemi: yoğunluk kaç basamağa kadar ölçülür
Numune havada tartılır (m_a), suya daldırılarak tartılır (m_w); bu durumda
ρ = ρ_w·m_a / (m_a − m_w)
Burada ρ_w suyun yoğunluğudur (20 ℃’de yaklaşık 0,9982 g/cm³, 25 ℃’de yaklaşık 0,9971); ardından yaklaşık 0,0012 g/cm³’lük hava kaldırma kuvveti düzeltmesi yapılır. Hatalar üç kaynaktan gelir: terazi okuması, su sıcaklığı ve askı telindeki yüzey gerilimi. ρ = 2,5 g/cm³ olan bir numune için:
- Terazi 0,1 mg: 20 g’lık numune 8 g su taşırır, bağıl hata yaklaşık 10⁻⁵ – ihmal edilebilir.
- Su sıcaklığı ±0,5 K: Suyun yoğunluğu K başına 2,1×10⁻⁴ g/cm³ değişir, ρ’ya etkisi yaklaşık 0,0003 g/cm³.
- Askı teli: Su yüzeyinden geçen φ0,1 mm telde yüzey gerilimi kuvveti F = π·d·γ ≈ 2,3×10⁻⁵ N’dur, yaklaşık 2,3 mg’a eşdeğerdir; küçük numunelerde etkisi en büyüktür.
| Numune kütlesi | 2 g | 5 g | 10 g | 20 g | 50 g |
|---|---|---|---|---|---|
| δρ (g/cm³) | 0,007 | 0,003 | 0,0015 | 0,0008 | 0,0004 |
Bu nedenle numune 10 g veya daha ağır olmalı ya da daha ince tel ve eser miktarda yüzey aktif madde kullanılmalı; ayrıca sabit sıcaklıkta su kullanılmalı ve kabarcıklar giderilmelidir.
Birlikte tanımlama: ne kadar doğruluk gerekir
İki türün partiler arası dağılımlarının standart sapmaları σ₁ ve σ₂ olsun (örnek değerler: silika 0,003 / 0,0003, borosilikat 0,004 / 0,001, alkali alüminosilikat 0,025 / 0,004, soda-kireç 0,010 / 0,002; ilki ρ, ikincisi n için). Δ aralığının birleşik standart sapmanın 3 katına ulaşması istenirse, izin verilen en büyük ölçüm standart sapması
σ_m = √[(Δ/3)² − σ₁² − σ₂²]
| Tür çifti | Yoğunluk σ_m üst sınırı | Kırılma indisi σ_m üst sınırı |
|---|---|---|
| Silika / borosilikat | 0,0075 g/cm³ | 0,0047 |
| Soda-kireç / alkali alüminosilikat | çözüm yok (partiler zaten örtüşüyor) | 0,0013 |
Silika ve borosilikat ±0,003’lük Arşimet yoğunluğuyla ayrılabilir; kırılma indisi için Brewster açısı yöntemi de neredeyse yeterlidir: tanθ_B = n, δn = (1+n²)·δθ; ±0,1° açı okumasında δn ≈ 0,0057 olur, 0,0047’lik sınırın biraz üstündedir. Soda-kireç ile alkali alüminosilikatta yoğunluk tek başına yetmez: Partiler arası standart sapmalar nedeniyle iki yoğunluk dağılımının z değeri yalnızca 1,9’dur. Kırılma indisi ±0,0013 içinde olmalıdır; daldırma yöntemi (örnek ±0,002) yetmez, ancak Abbe refraktometresi (örnek ±0,0005) güvenilirdir (Şekil 3). İkisinin birleşik z değeri yaklaşık 3,6’dır; Şekil 1’deki numune ancak kırılma indisi doğruluğu ±0,0005 içine girdiğinde alkali alüminosilikat olarak sınıflandırılır.
UV gözlemi nicel bir ölçüt değil, tamamlayıcıdır. 254 nm lamba altında (UV koruyucu gözlük takın) yalnızca silika ışığı geçirir, diğer üç tür geçirmez. Silikanın floresan rengi ve şiddeti eritme yöntemine ve safsızlıklara göre değişir; bilinen numunelerle karşılaştırın, mutlak ölçüt olarak kullanmayın. Kalay içeren float camın kalay yüzü floresan verir; bu kütüphanedeki kalay yüzü makalesine bakınız.
Giriş kontrol akışı
- Görünüş ve 254 nm UV: önce silikayı diğer üç türden ayırın.
- Arşimet yoğunluğu (numune ≥ 10 g, su sıcaklığı ±0,5 K): 2,20 ve 2,23’ü 2,4 ve üzeri gruptan ayırın.
- Refraktometre veya daldırma: soda-kireç ile alkali alüminosilikatı ayırın; doğruluk ±0,0013’ten iyi olmalıdır.
- Şüphe sürerse bileşim analizi veya genleşme katsayısı kullanın (bu kütüphanedeki ayrı makaleye bakınız).
Mühendislik notları
- Önce hangi çiftin ayrılması gerektiğini sorun: silika/borosilikat için yoğunluk artı kırılma indisi; soda-kireç/alkali alüminosilikat için ±0,0013 içinde kırılma indisi şarttır.
- Arşimet yönteminde numune 10 g’dan hafif olmamalı; sabit sıcaklıkta su, ince tel ve yüzey aktif madde kullanın, hava kaldırma kuvveti düzeltmesini de yapın.
- ±0,1° açı okumalı Brewster açısı yöntemi δn’de yalnızca ±0,0057 verir – kaba ayrım için uygundur, komşu soda-kireç ile alkali alüminosilikatı ayırmak için uygun değildir.
- Ölçülen değerleri belirsizlikleriyle birlikte raporlayın ve tedarikçinin partiler arası dağılımıyla karşılaştırın; yalnızca nominal değere düşüp düşmediğine bakmayın.
- UV lambayı yalnızca yardımcı olarak kullanın; 254 nm lamba gözlere zarar verebilir, koruyucu gözlük zorunludur.
- Her partiden numune saklayın ve kendi yoğunluk–kırılma indisi dağılımınızı oluşturun; bu, el kitabı değerlerine başvurmaktan daha güvenilirdir.
Özet
Cam türü yoğunluk, kırılma indisi ve UV soğurmasının birlikte değerlendirilmesiyle doğrulanabilir. Silika ile borosilikat arasındaki aralık büyüktür ve ±0,003 g/cm³’lük Arşimet yoğunluğuyla ayrılabilir; soda-kireç ile alkali alüminosilikatın yoğunluk dağılımları örtüşür, bu yüzden kırılma indisi doğruluğu ±0,0013’ten iyi olmalıdır. Yöntemi bu bütçeye göre seçmek, “el hissi ve markaya” güvenmekten daha güvenilirdir.
Çince orijinal makalenin çevirisi (0566). ENC7 – enkoder diski üreticisi (teklif) · Teknik makaleler · https://enc7.com
© Langfang Jingzheng Optoelectronic Technology Co., Ltd. Tüm hakları saklıdır. Bu makale yapay zekâ desteğiyle hazırlanmıştır.