陶瓷体积密度、吸水率及气孔率测定.doc

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1、陶瓷体积密度、吸水率及气孔率测定1目的意义1.1意义在陶瓷内部或多或少都有气孔，这些气孔对材料的性能(特别是力学性能)和质量有重要的影响。材料的体积密度是材料最基本的属性之一，它是鉴定矿物的重要依据，也是进行其他许多物性测试(如颗粒粒径测试)的基础数据。材料的吸水率、气孔率是材料结构特征的标志。在材料研究中，吸水率、气孔率的测定是对制品质量进行检定的最常用的方法之一。在陶瓷材料、耐火材料、塑料、复合材料等材料的科研和生产中，测定这三个指标对质量控制都有重要意义。1.2目的①掌握体积密度、吸水率、气孔率

2、等概念的物理意义、测定原理和测定方法；②了解体积密度、吸水率、气孔率测试中误差产生的原因及防止；③学会用作图法求解烧结温度和烧结温度范围。2基本原理材料吸水率、气孔率的测定都是基于密度的测定，而密度的测定则基于阿基米德原理。由阿基米德定律可知，浸在液体中的任何物体都要受到浮力(即液体的静压力)的作用，浮力的大小等于该物体排开液体的重量。重量是一种重力的值，但在使用根据杠杆原理设计制造的天平进行衡量时，对物体重量的测定已归结为对其质量的测定。在工程测量中，往往忽略空气浮力的影响，在此前提下可推导出用称量

3、法测定物体密度时的原理公式：(9-1)式中：D—测定物体密度，g·cm-3；m1—物体在空气中的质量，g；m2—物体在液体中的质量，g；DL—液体密度，g·cm-3。这样，只要测出有关量并代人上式，就可计算出待测物体在温度t℃时的密度。材料的密度，可以分为真密度、体积密度等。体积密度指不含游离水材料的质量与材料的总体积(包括材料的实体积和全部孔隙所占的体积)之比。当材料的体积是实体积(材料内无气孔)时，则称真密度。气孔率指材料中气孔体积与材料总体积之比。材料中的气孔有封闭气孔和开口气孔(与大气相通的气

4、孔)两种，因此气孔率有封闭气孔率、开口气孔率和真气孔率之分。封闭气孔率指材料中的所有封闭气孔体积与材料总体积之比。开口气孔率(也称显气孔率)指材料中的所有开口气孔体积与材料总体积之比。真气孔率(也称总气孔率)则指材料中的封闭气孔体积和开口气孔体积与材料总体积之比。吸水率指材料试样放在蒸馏水中，在规定的温度和时间内吸水质量和试样原质量之比。在科研和生产实际中往往采用吸水率来反映材料的显气孔率。无机非金属材料难免含有各种类型的气孔。对于如水泥制品、陶瓷制品等块体材料，其内部含有部分大小不同，形状各异的气孔

5、。这些气孔中的一部分浸渍时能被液体填充。将材料试样浸入可润湿粉体的液体中，抽真空排除气泡，计算材料试样排除液体的体积。便可计算出材料的密度。当材料的闭气孔全部被破坏时，所测密度既为材料的真密度。为此，对密度、吸水率和气孔率的测定所使用液体的要求是：密度要小于被测的物体、对物体或材料的润湿性好、不与试样发生反应、不使试样溶解或溶胀。最常用的浸液有水、乙醇和煤油等。陶瓷烧结温度是指陶瓷密度达到最大时的温度。因此，可以在坐标纸上以温度为横坐标，画出体积密度、气孔率和收缩率曲线，从曲线上确定烧结温度和烧结温度

6、范围。1实验器材①液体静力天平，如图9-1所示；②抽真空装置，如图9-2所示；③烘箱；④超声波清洗器；⑤比重瓶、烧杯、镊子、小毛巾、研钵蒸馏水、温度计等。2测试步骤(1)将“实验八”制备的陶瓷试样用超声波清洗机清洗表面，在110℃(或在可允许的更高温度)下烘干至恒重(试样干燥至最后两次称量之差小于前一次的0.1％既为恒重)。置于干燥器中冷却至室温。(2)称取试样质量M1。(3)将试样置于烧杯或其他清洁容器内，并放于真空干燥器内抽真空至<20Torr(1Torr=0.133kPa)，保压5min，然后在

7、5min内缓慢注入浸液(本实验用蒸馏水)，直至浸没试样，再保持<20Torr5min。将试样连同容器取出后，在空气中静置30min。图9-1液体静力天平图9-2材料密度和气孔率测试的真空系统1一天平；2一试样；3一有溢流孔的金属(玻璃)1一载物架；2—块状试样；3一真空干燥器；容器；4一砝码；5一接溢流出液体的容器4一真空计；5一旋塞阀；6一冲液瓶；7一三通旋塞阀；8一缓冲瓶；9一真空泵(4)测定饱和试样的表观质量M2：表观质量为饱和浸液的试样在浸液中称得的质量。将饱和试样吊在天平的吊钩上，并浸入有溢

8、流管容器的浸液(本实验用蒸馏水)中，称取饱和试样的表观质量M2。(5)测定饱和试样的质量M3：将饱和了浸液的毛巾，小心地拭去饱和试样表面流挂的液珠(注意不可将大孔中的浸液吸出)，立即称取饱和试样的质量M3。(6)测定渍用液体的密度DL：浸渍液体在测试温度下的体积密度，可以采用定体积液体称重法、液体比重天平称重法或液体比重计测量法测定。精确至0.001g·cm-3。由于本实验用蒸馏水为浸渍液体时，其密度可从表11-1中查出。表9-1水在常用温度下的密度温度