炭素材料 真密度和真氣孔率的測(cè)定 煮沸法 征求意見(jiàn)稿

3GB/TXXXXX—XXXX炭素材料體積密度、氣孔率的測(cè)定方法本文件規(guī)定了炭素材料體積密度、真密度、真氣孔率及顯氣孔率試驗(yàn)原理、儀器設(shè)備及材料、試樣制備、試驗(yàn)步驟、結(jié)果計(jì)算等。本文件適用于室溫下炭素材料體積密度、真密度、真氣孔率及顯氣孔率試驗(yàn)方法。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T1427GB/T1997GB/T8170GB/T8718炭素材料取樣方法焦炭試樣的采取和制備數(shù)值修約規(guī)則與極限數(shù)值的表示和判定術(shù)語(yǔ)和定義炭素材料術(shù)語(yǔ)3術(shù)語(yǔ)和定義下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。3.1體積密度bulkdensity炭素材料單位體積(包含孔隙和顆粒間空隙在內(nèi))的質(zhì)量。3.2真密度turedensity炭素材料單位體積(不包含孔隙和顆粒間空隙)的質(zhì)量。3.3真氣孔率trueporosity炭素材料試樣中全部氣孔(包含開(kāi)口氣孔和閉口氣孔)的體積占試樣總體積的百分率。3.4顯氣孔率opemporosity炭素材料試樣中開(kāi)口氣孔的體積占試樣總體積的百分率。4原理4.1體積密度是包括孔隙在內(nèi)的單位體積質(zhì)量與體積的比值。4.2真密度4GB/TXXXXX—XXXX4.2.1煮沸法：試樣置于蒸餾水或無(wú)水乙醇中煮沸排氣后，用密度瓶測(cè)其25℃時(shí)的密度。4.2.2氦氣法：稱取一定質(zhì)量的試樣，將其置于真密度測(cè)試儀中，用氦氣作介質(zhì)，在測(cè)量室逐漸加壓到某一設(shè)定值，然后氦氣膨脹進(jìn)人膨脹室內(nèi)，兩個(gè)過(guò)程的平衡壓力由儀器自動(dòng)記錄，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)球校準(zhǔn)測(cè)量室和膨脹室的體積后，再確定試料的真體積，通過(guò)試樣的質(zhì)量和測(cè)得的真體積計(jì)算試樣的真密度。4.3真氣孔率是真密度同體積密度之差與真密度的比值。4.4顯氣孔率采用真空法或煮沸法將試樣孔隙內(nèi)的氣體排除，使水填充到空隙內(nèi)，應(yīng)用阿基米德定律測(cè)出開(kāi)口氣孔體積。5體積密度5.1儀器和設(shè)備5.1.1分析天平：感量0.01g。5.1.2鼓風(fēng)干燥箱：具有自動(dòng)調(diào)溫裝置能保持在（105～110）℃。5.1.2游標(biāo)卡尺：測(cè)量范圍（0～200)mm，精度0.02mm。5.2試樣5.2.1按GB/T1427炭素材料取樣方法取樣、加工。其中：5.2.1.1直徑500mm以上電極的試樣尺寸：直徑（30士0.1）mm，長(zhǎng)（180土0.2）mm;5.2.1.2內(nèi)串石墨化爐(LWG)每爐次取三個(gè)試樣。5.2.2電極類試樣只測(cè)定體積密度時(shí)，試樣可加工成任意尺寸，但加工后的試樣直徑應(yīng)大于試體中最大可見(jiàn)骨料粒度的3倍。5.2.3其他產(chǎn)品可根據(jù)情況加工成圓柱形或矩形的試樣。5.3試驗(yàn)步驟5.3.1將試樣放入（105～110）℃的鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)烘干2h，然后置于干燥器內(nèi)冷卻至室溫。稱量試樣的質(zhì)量（m精確至0.01g。5.3.2試樣體積的測(cè)量5.3.2.1圓柱形試樣測(cè)量方法5.3.2.1.1直徑測(cè)量：沿試樣軸向的不同部位測(cè)量6次，取平均值。5.3.2.1.2高度測(cè)量：圓柱形試樣按試樣端部圓周不同部位測(cè)量3次，取平均值。5.3.2.2矩形試樣測(cè)量方法矩形試樣按長(zhǎng)、寬、高各端面的不同位置各測(cè)量3次，取平均值。5.3.3用測(cè)量數(shù)據(jù)的平均值計(jì)算出試樣的體積（Vb）。5.4結(jié)果計(jì)算試樣體積密度(Db)按下式(1)計(jì)算：Db=………………（1）式中：Db——試樣的體積密度，單位為克每立方厘米（g/cm3m——試樣的質(zhì)量，單位為克（gVb——試樣的體積，單位為毫升立方厘米（cm3）。5GB/TXXXXX—XXXX結(jié)果計(jì)算值保留小數(shù)點(diǎn)后兩位，數(shù)值修約按GB8170規(guī)定進(jìn)行。6真密度6.1方法一：煮沸法警告：本方法所使用的無(wú)水乙醇為易燃物，在電爐上加熱時(shí)必須使用石棉網(wǎng)，并控制加熱溫度。6.1.1試劑6.1.1.1無(wú)水乙醇：99.7%，分析純。6.1.1.2硫酸：密度1.84g/cm3，化學(xué)純。6.1.1.3丙酮：化學(xué)純6.1.1.4重鉻酸鉀：化學(xué)純。6.1.1.5鹽酸溶液1+1化學(xué)純。6.1.2儀器和設(shè)備6.1.2.1長(zhǎng)頸密度瓶：25℃時(shí)容積為25mL，瓶頸內(nèi)徑（3.5～4.5）mm，或使用25℃時(shí)容積為25mL的毛細(xì)管密度瓶。6.1.2.2滴瓶：容積（50～125）mL。6.1.2.3恒溫水?。耗芸販卦冢?5±0.2）℃。6.1.2.4分析天平：感量0.1mg。6.1.2.5鼓風(fēng)干燥箱：具有自動(dòng)調(diào)溫裝置，可加熱到300℃6.1.2.6干燥器：內(nèi)裝干燥劑。6.1.2.7濾紙。6.1.2.8電熱板或可調(diào)溫電爐。6.1.2.9溫度計(jì)0～50）℃,分度值0.1℃。6.1.2.10燒杯：300mL、500mL、1000mL。6.1.2.11砂浴。6.1.3試樣制備6.1.3.1炭素材料按GB/T1427取樣，將試樣破碎到1mm以下（若試樣潮濕應(yīng)先在鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)（150±10）℃干燥20min，縮分出（50～60）g,全部細(xì)碎通過(guò)0.15mm的方孔標(biāo)準(zhǔn)篩。6.1.3.2煅后焦和煅后無(wú)煙煤按GB/T1997中工業(yè)分析樣的份樣數(shù)和份樣質(zhì)量,采取足夠數(shù)量的試樣,將其中1kg小于3mm的試樣置于帶鼓風(fēng)的干燥箱中,在（150±10）℃干燥20min。再破碎至小于1mm,縮分出（50～60）g,全部細(xì)碎通過(guò)0.15mm的方孔標(biāo)準(zhǔn)篩。6.1.3.3針狀焦可參照?qǐng)?zhí)行GB/T1997。6.1.4試驗(yàn)步驟6.1.4.1密度瓶的標(biāo)定：在（25±0.2）℃下進(jìn)行。6.1.4.1.1密度瓶質(zhì)量(m0)的測(cè)定：首先將密度瓶浸泡在濃硫酸重鉻酸鉀飽和溶液中,浸泡（1～2）h取出,用水沖洗,再分別用無(wú)水乙醇、丙酮洗滌,瓶外壁用去污粉清理。最后用蒸餾水清洗,放入干燥箱中，在120℃±5℃下6GB/TXXXXX—XXXX烘干2h,取出放入干燥器中,冷卻至室溫稱其質(zhì)量,精確至0.0001g。反復(fù)幾次測(cè)定,至少有三次以上稱量誤差在0.0004g以內(nèi),取平均值為密度瓶質(zhì)量。注：如果是新密度瓶或者使用次數(shù)不多的情況下，可以注入鹽酸溶液至瓶2/3處，置于砂浴上煮沸30min以上，瓶外壁用去污粉清理后用蒸餾水清洗，以下步驟同上。6.1.4.1.2密度瓶水值(密度瓶加蒸餾水的質(zhì)量m1)的測(cè)定：將6.1.4.1.1條中密度瓶注入無(wú)氣泡的蒸餾水和滴瓶一同置于恒溫水浴中,恒溫水浴水面應(yīng)稍高于密度瓶的刻度線。在（25±0.2）℃下恒溫20min,在密度瓶刻線不露出水面的情況下,用濾紙卷或滴瓶吸出或補(bǔ)充密度瓶?jī)?nèi)蒸餾水,使其液面準(zhǔn)確至刻度線處，并將液面以上的內(nèi)壁擦凈（如用毛細(xì)管密度瓶應(yīng)立即蓋好瓶塞）。取出密度瓶,用潔凈易吸水毛巾仔細(xì)擦干密度瓶的外部,迅速稱其質(zhì)量,精確至0.0001g。反復(fù)測(cè)定幾次,至少有三次以上密度瓶水值稱量誤差不大于0.0024g，取其平均值,為密度瓶水值。6.1.4.1.3密度瓶水值每三月標(biāo)定一次。如果使用頻率少可適當(dāng)延時(shí)。6.1.4.2試樣真密度的測(cè)定6.1.4.2.1蒸餾水能浸潤(rùn)的試樣真密度測(cè)定稱取試樣3g(m2)，稱準(zhǔn)至0.0002g,置于清潔的密度瓶中，注入無(wú)氣泡的蒸餾水至瓶2/3處,煮沸3min,此時(shí)不允許試樣濺出,取下瓶后,注入無(wú)氣泡蒸餾水稍高于刻線處,同注入蒸餾水的滴瓶一同放入恒溫水浴中,水浴水面應(yīng)稍高于密度瓶的刻度線。在（25±0.2）℃下保持30min以上,用濾紙卷或滴瓶調(diào)整蒸餾水液面至刻線處并將液面以上的內(nèi)壁擦凈,(如用毛細(xì)管密度瓶,應(yīng)立即蓋好瓶塞),取出后用潔凈易吸水毛巾仔細(xì)擦干瓶外部,迅速稱其質(zhì)量(m3)。6.1.4.2.2無(wú)水乙醇能夠浸潤(rùn)的試樣真密度測(cè)定稱取試樣3g(m2)，稱準(zhǔn)至0.0002g,置于干燥的密度瓶中。將燒杯中的無(wú)水乙醇煮沸后分別注入密度瓶和一個(gè)空白密度瓶約2/3處，同時(shí)煮沸3min,此時(shí)不允許試樣濺出。取下瓶后,注入無(wú)水乙醇高于刻線處同時(shí)蓋上膠塞,同注入無(wú)水乙醇的滴瓶一同放入恒溫水浴中,水浴水面應(yīng)稍高于密度瓶的刻度線。在（25±0.2）℃下保持30min以上,用濾紙卷或滴瓶調(diào)整無(wú)水乙醇液面至刻線處并將液面以上的內(nèi)壁擦凈,立即蓋上膠塞后取出用潔凈易吸水毛巾仔細(xì)擦干瓶外部,迅速稱其質(zhì)量(m4和m5)。6.1.5結(jié)果計(jì)算6.1.5.1密度瓶容積(V)按式（2）計(jì)算:V=……(2)式中:V—密度瓶的容積,單位為毫升（mL）；m0—密度瓶的質(zhì)量,單位為克（gm1—密度瓶的水值,單位為克（gρ—25℃水的密度,（為0.99705g/cm3）單位為克每立方厘米。6.1.5.2蒸餾水能浸潤(rùn)的試樣真密度(Dt1)按式（3）計(jì)算:7GB/TXXXXX—XXXXm23-(m02Lp」 (3)m22式中:Dt1—試樣真密度,單位為克每立方厘米（g/cm3mo—密度瓶的質(zhì)量,單位為克（gml—密度瓶的水值,單位為克（gm2—試樣的質(zhì)量,單位為克（gm3—裝有試樣和蒸餾水的密度瓶的總質(zhì)量,單位為克（gρ—25℃水的密度,（為0.99705g/cm3）單位為克每立方厘米；V—密度瓶的容積,單位為毫升（mL）。6.1.5.3無(wú)水乙醇能浸潤(rùn)的試樣真密度(Dt)的計(jì)算:6.1.5.3.1無(wú)水乙醇密度(ρ1）按式(4)計(jì)算:p1=……（4）式中：1—25℃無(wú)水乙醇的密度,單位為克每立方厘米（g/cm3mo—空白密度瓶的質(zhì)量,單位為克（gm4—空白密度瓶的乙醇值（密度瓶加無(wú)水乙醇的質(zhì)量）,單位為克（gV—空白密度瓶的容積,單位為毫升（mL）。6.1.5.3.2無(wú)水乙醇能浸潤(rùn)的試樣真密度(Dt2)按式(5)計(jì)算:Dt2m2)]……………(5)p1式中：Dt2—試樣真密度,單位為克每立方厘米（g/cm3mo—密度瓶的質(zhì)量,單位為克（gm2—試樣的質(zhì)量,單位為克（gm5—裝有試樣和無(wú)水乙醇的密度瓶的總質(zhì)量,單位為克（g1—25℃無(wú)水乙醇的密度,單位為克每立方厘米（g/cm3V—密度瓶的容積,單位為毫升（mL）。6.1.5.3.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果取兩次試驗(yàn)結(jié)果的算術(shù)平均值，結(jié)果取小數(shù)點(diǎn)后三位，數(shù)值的修約按GB/T8170規(guī)定進(jìn)行。6.2方法二：氦氣法8GB/TXXXXX—XXXX6.2.1原理稱取一定質(zhì)量的試樣，將其置于真密度測(cè)試儀中，用氦氣作介質(zhì)，在測(cè)量室逐漸加壓到某一設(shè)定值，然后氦氣膨脹進(jìn)人膨脹室內(nèi)，兩個(gè)過(guò)程的平衡壓力由儀器自動(dòng)記錄，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)球校準(zhǔn)測(cè)量室和膨脹室的體積后，再確定試料的真體積，通過(guò)試樣的質(zhì)量和測(cè)得的真體積計(jì)算試樣的真密度。6.2.2試劑和材料氦氣：純度≥99.9%。6.2.3儀器和設(shè)備6.2.3.1真密度測(cè)試儀。6.2.3.2校準(zhǔn)樣：體積已知。6.2.3.3樣品杯。6.2.3.4破碎機(jī)：顎式破碎機(jī)或輥式破碎機(jī)，表面須有不易磨損的堅(jiān)硬材料以減少對(duì)樣品的污染。6.2.3.5磨樣機(jī)：能將樣品粉碎至顆粒尺寸小于75μm，接觸樣品的部分由不易磨損的堅(jiān)硬材料制成，以減少對(duì)樣品的污染。6.2.3.7干燥箱：帶有自動(dòng)控溫和鼓風(fēng)裝置，并能保持溫度在110℃±5℃范圍內(nèi)。6.2.3.8玻璃干燥器：內(nèi)裝變色硅膠或粒狀無(wú)水氯化鈣。6.2.3.9天平：分度值0.0001g。6.2.4樣品6.2.4.1按照GB/T1427或相應(yīng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定取樣。6.2.4.2將取得的試樣先破碎至4mm以下，充分混合，用四分法縮分出不少于100g試樣，全部粉碎6.2.4.3將制備好的樣品放入干燥箱中，于110℃±5℃干燥至少2h，取出，置于干燥器中冷卻至室溫備測(cè)（干燥器需與真密度測(cè)試儀放在同一場(chǎng)合）。6.2.5試驗(yàn)步驟6.2.5.1開(kāi)啟真密度測(cè)試儀，通入氦氣，預(yù)熱不少于30min，并檢查氣路的氣密性。6.2.5.2用標(biāo)準(zhǔn)樣對(duì)儀器進(jìn)行校正。6.2.5.3在樣品杯中裝入試樣，試樣體積不少于樣品杯體積的2/3，同時(shí)不超過(guò)樣品杯內(nèi)刻度線。裝樣時(shí)振動(dòng)樣品杯，使試樣填裝緊密，清除樣品杯內(nèi)壁刻度線以上及外壁粘附的試樣，準(zhǔn)確稱取樣品的質(zhì)量，精確到0.0001g。6.2.5.4把樣品杯裝入測(cè)試架上并擰緊，按照儀器說(shuō)明書(shū)的要求輸入測(cè)試參數(shù)，靜置5min～10min后進(jìn)行測(cè)定。6.2.6試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理6.2.6.1試樣真密度按式（6）計(jì)算：p=…………………(6)9GB/TXXXXX—XXXX式中:ρ——試樣的真密度，單位為克每立方厘米（g/cm3m——試樣的質(zhì)量，單位為克（gV——試樣的真體積，單位為立方厘米（cm3）。6.2.6.2大多數(shù)真密度儀是校準(zhǔn)后直接給出真密度的結(jié)果，當(dāng)使用不能直接給出真密度的儀器時(shí)，試樣的真體積V可由測(cè)定的數(shù)據(jù)按式（7）計(jì)算，再將V代入式（6）計(jì)算真密度。V=V1-………………(7)式中：V1——測(cè)量室的校準(zhǔn)體積，單位為立方厘米（cm3V2——膨脹室的校準(zhǔn)體積，單位為立方厘米（cm3P1——測(cè)量室的壓力，單位為千帕（kPaP2——膨脹室的壓力，單位為千帕（kPa）。6.2.6.3試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理按圖1規(guī)定的程序進(jìn)行，數(shù)值修約按GB/T8170的規(guī)定進(jìn)行。圖1試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理程序6.3精密度GB/TXXXXX—XXXX真密度測(cè)量的精密度應(yīng)符合表1的規(guī)定。表1精密度重復(fù)性r再現(xiàn)性R≤0.015g/cm3≤0.020g/cm37真氣孔率真氣孔率的計(jì)算真氣孔率按式(8)計(jì)算：Pt=×100%）…(8)式中：Db—材料的體積密度，單位為克每立方厘米（g/cm3）。Pt—材料的真氣孔率，單位為質(zhì)量分?jǐn)?shù)%；Dt—材料的真密度，單位為克每立方厘米（g/cm3結(jié)果取小數(shù)點(diǎn)后兩位，數(shù)值的修約按GB/T8170規(guī)定進(jìn)行。8顯氣孔率8.1儀器和設(shè)備8.1.1鼓風(fēng)干燥箱：具有自動(dòng)調(diào)溫裝置，可加熱到200℃。8.1.2抽真空裝置：真空度可達(dá)到0.098MPa（見(jiàn)圖2)。8.1.2分析天平：帶下掛，感量（0.01～0.0001）g。8.1.3燒杯：3000mL、1000ml。8.1.4方盤(pán)300×270×120）mm。8.1.5網(wǎng)架金屬網(wǎng)編制）。8.2試樣8.2.1試樣按GB/T1427《炭素材料取樣方法》取樣、加工。8.2.2試樣尺寸（直徑）45mm±0.1mm×（高）40mm±0.1mm或（直徑）40mm±0.1mm×（高）40mm±0.1mmGB/TXXXXX—XXXX標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：1——真空箱2——膠皮墊3——箱蓋4——水瓶6——試樣7——真空管8——真空泵9——三通開(kāi)關(guān)10——真空表圖2實(shí)驗(yàn)設(shè)備示意圖8.3試驗(yàn)步驟8.3.1通則：本章規(guī)定了兩種測(cè)定顯氣孔率的方法——方法一和方法二。8.3.2方法一：真空法8.3.2.1把試樣放在（105～110）℃干燥箱中烘干至恒重兩次稱重誤差不超過(guò)0.02g冷卻至室8.3.2.2稱重后的試樣裝入帶有網(wǎng)架的方盤(pán)中，試樣不得重疊，試樣之間留有一定的空隙，互不接觸。把裝有試樣的方盤(pán)放入真空容器內(nèi)，按圖2所示的連接實(shí)驗(yàn)設(shè)備。8.3.2.3開(kāi)啟真空泵，打開(kāi)三通開(kāi)關(guān)抽真空，當(dāng)表的真空度達(dá)到0.098M