材料密度及氣孔率的測量

1、實驗十二 材料密度、吸水率及氣孔率的測定一目的意義在無機非金屬材料中，有的材料內(nèi)部是有氣孔的，這些氣孔對材料的性能和質(zhì)量有重要的影響。材料的體積密度是材料最基本的屬性之一，它是鑒定礦物的重要依據(jù)，也是進行其它許多物性測試如顆粒粒徑測試的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。材料的吸水率、氣孔率是材料結(jié)構(gòu)特征的標(biāo)志。在材料研究中，吸水率、氣孔率的測定是對制品質(zhì)量進行檢定的最常用的方法之一。在這些材料的生產(chǎn)中，測定這三個指標(biāo)對生產(chǎn)控制有重要意義。本實驗的目的：1了解體積密度、氣孔率等概念的物理意義；2掌握體積密度、氣孔率的測定原理和測定方法；3了解體積密度、氣孔率測試中誤差產(chǎn)生的原因及防止方法，二基本原理密度的物理意義是指單

2、位體積物質(zhì)的質(zhì)量。顆粒密度和材料吸水率、氣孔率的測定都是基于阿基米德原理。將粉末浸入可潤濕粉體的液體中，抽真空排除氣泡，計算顆粒排除液體的體積。便可計算出顆粒的密度。當(dāng)顆粒的閉氣孔全部被破壞時，所測密度即為顆粒的真密度，否則為顆粒的有效密度。與此類以，可以將塊體材料視為大的“顆?！?，采用類似顆粒測試的方法測定材料的吸水率、氣孔率。粉體材料的密度，可以分為顆粒的真密度，有效密度，松裝密度和振實密度。測定顆粒的真密度必須采用無孔材料，一般情況下，顆粒的密度指的是顆粒的有效密度。無機非金屬材料難免含有各種類型的氣孔。塊體材料如水泥、陶瓷等制品，含有部分大小不同，形狀各異的氣孔。浸漬時能被液體填充或與

3、大氣相通的氣孔稱為開口氣孔；不能被液體填充或不與大氣相通的氣孔稱為閉口氣孔。塊體材料中固體材料的體積、開口及閉口氣孔的體積之和稱為總體積。材料所有開口氣孔的體積與其總體積之比稱為開口氣孔率或顯氣孔率；材料所有閉口氣孔的體積與材料總體積之比稱為閉口氣孔率；材料所有氣孔的體積（開口和閉口氣孔體積之和）與其總體積之比稱為真氣孔率。在科研和生產(chǎn)實際中往往采用吸水率來反映材料的顯氣孔率。三實驗裝置材料密度和氣孔率測定的裝置如圖35-1所示。四測試步驟1顆粒密度的咧定1）洗凈比重瓶，連同瓶塞一起，在110下烘干并置于干燥器中冷卻。稱取比重瓶重量mo（精確至0.001g，下同）。用細頸漏斗將被測粉末裝入比重

4、瓶中至體積的1/3，注意不要使粉末粘在瓶頸。稱的其重量Ms。2）將浸液注入裝有粉末的瓶內(nèi)至2/3體積，蓋上比重瓶蓋，置入真空干燥器內(nèi)。啟動真空泵，抽真空至壓力小于20Torr（mmHg），在此壓力下保持5分鐘。3）取出比重瓶，注滿浸液，稱其重量msl。4）洗凈比重瓶，注滿浸液，稱其重量ml。5）浸漬用液體積密度的測定：浸潰液體在測試溫度下的體積密度，可以采用定體積液體稱重法、液體比重天平稱重法或液體比重計測量法測定。精確至0.001g/cm3。2材料吸水率、氣孔率的測定1）用超聲波清洗機清洗塊狀材料，在110（或在可允許的更高溫度）下烘干至恒重。置于干燥器中冷卻至室溫。稱取試樣質(zhì)量Ml。試樣干

5、燥至最后兩次稱量之差小于前一次的0.1即為恒重。2）將試樣置于燒杯或其它清潔容器內(nèi)，并放于真空干燥器內(nèi)抽真空至20Torr，保壓5分鐘，然后在5分鐘內(nèi)緩慢注入浸液，直至浸沒試樣。再保持20Torr壓力5分鐘。將試樣連同容器取出后，在空氣中靜置30分鐘。3）飽和試樣的表觀質(zhì)量的測定：將飽和試樣吊在天平的吊鉤上，并浸入有溢流管容器的浸液中，稱取飽和試樣的表現(xiàn)質(zhì)量M2。表現(xiàn)質(zhì)量為飽和浸液的試樣在浸液中稱得的質(zhì)量。4）飽和試樣質(zhì)量：將飽和了浸液的毛巾，小心地拭去飽和試樣表面流掛的液珠（注意不可將大孔中的浸液吸出）。立即稱取和試樣的質(zhì)量M3。五數(shù)據(jù)記錄與處理1顆粒密度的測定記錄與數(shù)據(jù)處理將測試結(jié)果結(jié)果填

6、入表35-2。顆粒密度的計算公式如下： （35-1）式中：mo比重瓶重，（g）；ms（比重瓶+粉末）重，（g）；msl（比重瓶+粉末+浸液）重，（g）；ml（比重瓶+浸液）重，（g）；Dl測試溫度下，浸液的密度，（g/cm3）；粉末的密度，（g/cm3）。表35-2 顆粒密度測定實驗記錄表粉末名稱測定人測定日期液體名稱液體密度（g/cm3）=測定溫度（）比 重 品 瓶 號瓶 重 （g） mo（瓶+粉）重 （g） ms（瓶+粉+液）重（g） msl （瓶+液）重 （g） ml顆粒有效密度（g/cm3）真密度平均值（g/cm3）2材料吸水率、氣孔率測定記錄與數(shù)據(jù)處理將測試結(jié)果結(jié)果填入表35-3。表

7、35-3 材料吸水率、氣孔率測定實驗記錄表試樣名稱測定人測定日期編號干試樣質(zhì)量M1顯氣孔率%飽和試樣表現(xiàn)質(zhì)量M2真氣孔率%飽和試樣在空氣中質(zhì)量M3閉口氣孔率%吸 水 率 %體積密度 吸水率、氣孔率由下列公式計算： 1）吸水率Wa： （35-2） 2）顯氣孔率Pa： （35-3） 3）體積密度Db： （35-4）4）真氣孔率Pt： （35-5） 5）閉氣孔率Pc： （35-6）式中：Dl測試溫度下，浸液的密度，（g/cm3）；Dt試樣的真密度，（g/cm3）。六注意事項 1為了準(zhǔn)確地測試顆粒的密度、吸水率和氣孔率，一般每個樣品應(yīng)重復(fù)測試兩次以上。復(fù)測的誤差應(yīng)不大于：顯氣孔率：0.5%；真氣孔率：

8、0.5%；吸 水 率：0.3%；體積密度：0.01 g/cm3。2被測試的顆粒試樣在測試前，須充分干燥并通過規(guī)定篩號的篩子。3在整個測試過程中，室溫應(yīng)基本穩(wěn)定。測試用水（或其它液體）應(yīng)與室溫基本一致。4顆粒密度測定中，在開始抽真空時，應(yīng)緩慢打開旋塞閥，防止氣泡夾帶粉末溢出。5整個測試操作中，不允許用手接觸試樣或比重瓶。實驗十一 氣孔率、吸水率及體積密度測定    測定陶瓷原料與坯泥在不同煅燒溫度下的氣孔率、吸水率、體積密度及體積收縮率，就能確定原料與坯泥的燒結(jié)溫度和燒結(jié)范圍，幫助制定合理的燒成溫度曲線。陶瓷制品，耐火材料等的熱穩(wěn)定性與導(dǎo)熱性在極

9、大程度上取決于坯體的氣孔率。因而上述項目也是制品的重要指標(biāo)之一。    氣孔率（孔隙度）通常分為真氣孔率，顯氣孔率和閉口氣孔率。所謂顯氣孔率系指試塊的所有開口氣孔的體積與其總體積之比值。閉口氣孔率是指所有閉口氣孔的體積與其總體積之比值。真氣孔率是指試塊中的全部氣孔，即顯氣孔率與閉口氣孔率的總和。吸水率是試塊所有開口氣孔所吸收的水的質(zhì)量與其干燥試塊的質(zhì)量之比值。上述各項皆以百分?jǐn)?shù)表示。體積密度是干燥試塊的質(zhì)量與其總體積之比，用g/cm3表示。    本實驗?zāi)康模驮谟谡莆諝饪茁?，吸水率及體積密度的測定方法。一、實驗原

10、理    由上述得知，無論是氣孔率或是體積密度都要求測定體積。本實驗是根據(jù)阿基米德原理，用液體靜力稱重法來進行測定的?；镜览砼c真比重的測定方法相同，測定時先將試樣開口空隙中空氣排除，充以液體（媒介液），然后稱量飽和液體的試樣在空氣中的重量及懸吊在液體的重量，根據(jù)公式計算得出上述各項。由于液體浮力的作用，使兩次稱量的差值等于被試塊所排開的同體積液體，此值除以液體比重即得試塊的真實體積。試塊飽吸液體之前與飽吸液體之后，在空氣中的二次稱量差值，除以液體的比重即為試樣開口孔隙所占體積，在按公式計算顯氣孔率時，液體比重已被約去。   

11、; 欲使試塊孔隙中的空氣，在短期內(nèi)被液體代替，必須采取強力排氣，常用煮沸法與抽真空法兩種，煮沸法適用于與水不起作用的試樣，與水起作用的試樣和易被水分散的試塊宜用抽真空的方法排除試塊中的空氣，用煤油浸填后，在煤油中稱量，不受水影響的試塊可用水浸填，在水中稱量。二、實驗儀器與設(shè)備     液體靜力天平(見右圖)；    普通天平(感量0.01g)；    烘箱；    抽真空裝置；    帶

12、有溢流管的燒杯；    煮沸用器皿；    毛刷、鑷子、吊籃、小毛巾、三角架。圖11.1  測定開口氣孔時在液體中的稱量裝置三、實驗步驟    1) 刷凈試樣表面灰塵，放入電熱烘箱中于105110下烘干2小時或在允許的更高溫度下烘干至恒值，并于干燥器中自然冷卻至室溫，稱量試樣的質(zhì)量m1，精確至0.01g。試樣干燥至最后兩次稱量之差不大于其前一次的0.1%即為恒重。    2) 試樣浸漬：把試樣放入

13、容器內(nèi)，并置于抽真空裝置中，抽真空至剩余壓力小于20mmHg(20Torr)。試樣在此真空度下保持5min，然后在5min內(nèi)緩慢地注入供試樣吸收的液體（工業(yè)用水或工業(yè)純有機液體），直至試樣完全淹沒。再保持抽真空5min，停止抽氣，將容器取出在空氣中靜置30min，使試樣充分飽和。    3) 飽和試樣表觀質(zhì)量測定：將飽和試樣迅速移至帶溢流管容器的浸液中，當(dāng)浸液完全淹沒試樣后，將試樣吊在天平的掛鉤上稱量，得飽和試樣的表觀質(zhì)量m2，精確至0.01g。    表觀質(zhì)量系指飽和試樣的質(zhì)量減去被排除的液體的質(zhì)量。即

14、相當(dāng)于飽和試樣懸掛在液體中的質(zhì)量。    4) 飽和試樣質(zhì)量測定：從浸液中取出試樣，用飽和了液體的毛巾，小心地擦去試樣表面多余的液滴（但不能把氣孔中的液體吸出）。迅速稱量飽和試樣在空氣中的質(zhì)量m3，精確至0.01g。    5) 浸漬液體密度測定：測定在實驗溫度下所用的浸漬液體的密度，可采用液體靜力稱量法、液體比重天平法或液體比重計法，精確至0.001g/cm3。四、實驗結(jié)果   (一)記錄表表11.1 氣孔率、吸水率、體積密度測定記錄試樣名稱 

15、測定人 測定日期 試樣處理 試樣編號干試樣質(zhì)量m1飽和試樣表觀質(zhì)量m2飽和試樣在空氣中質(zhì)量m3吸水率%顯氣孔率%真氣孔率%閉口氣孔率%體積密度g/cm3             (二)計算    1) 吸水率按下式計算：      Wa=(m3-m1)/m1×100%    2)

16、 顯氣孔率按下式計算：    Pa=(m3-m1)/(m3-m2)×100%    3) 體積密度按下式計算：    Db=m1Dl/(m3-m2)    4) 真氣孔率按下式計算：    Pt=(Dt-Db)/Dt    5) 閉口氣孔率按下式計算：  P0=Pt-Pa式中 &

17、#160; m1干燥試樣的質(zhì)量(g)；       m2飽和試樣的表觀質(zhì)量(g)；       m3飽和試樣在空氣中的質(zhì)量(g)；       Dl實驗溫度下，浸漬液體的密度(g/cm3)；       Dt試樣的真密度(g/cm3)；    “表觀質(zhì)量”是指飽和試樣的質(zhì)量減去被排除的液體的質(zhì)量。即相當(dāng)于飽和試樣懸掛在液體中的質(zhì)量。    (三)實驗精度要求    同一實驗室，同一實驗方法，同一塊試樣復(fù)驗誤差不允許超過：    顯氣孔率：0.5%；