陶瓷材料体积密度、吸水率及气孔率的测定

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1、实验三陶瓷材料体积密度、吸水率及气孔率的测定一、目的意义在无机非金属材料中，有的材料内部是有气孔的，这些气孔对材料的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有重要意义。本实验的目的：①了解体积密度、吸水率、气孔率等概念的物理

2、意义；②掌握体积密度、吸水率、气孔率的测定方法；③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方法。二、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、对物体重量的测定巳归结为对其质量的测定。因此，阿基米德定律可用下式表示：（1）式中——在空气中称量物体时所得物体的质量；——在液体中称量物体时所

3、得物体的质量；——物体的体积；——液体的密度。这样，物体的体积就可以通过将物体浸于已知密度的液体中，通过测定其质量的方法来求得。由于浸于浸液中的物体受到液体静压力的作用，所以这种方法称之为“液体静力衡量法”。在工程测量中，往往忽略空气浮力的影响，在此前提下进一步推导可得用称量法测定物体密度时的原理公式（2）这样，只要测出有关量并代入上式，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

4、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(与大气相通的气孔)两种，因此气孔率含封闭气孔率、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

5、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。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。使可计算出材料的密度。当材料的闭气孔全部被破坏时，所测密度即为材料的真密度。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。测量材料的密度、吸水率和气孔率有真空法和煮沸法，

6、本实验采用煮沸法。三、实验器材①液体静力天平（如图1）⑥抽真空装置（如图2）②电炉⑦烘箱③煮沸容器④蒸馏水⑤烧杯、小毛巾、镊子四、测试步骤1．试样的制备①从待测试样中切取试块，每种试样3块，每块试样30~60g。②将试样表面清洗干净，置于电热干燥箱中于110±5℃下烘干至恒重，置于干燥器中冷却至室温。称取试样质量。试样干燥至间隔1h的两次连续称量之差应小于0.1%。2．实验步骤2.1煮沸法2.1.1将恒重的试样放入盛有蒸馏水的煮沸容器内，在试样之间与容器底部垫以干净纱布，使试样互相不接触。煮沸过程中应保持水面高出试样

7、50mm。2.1.2加热蒸馏水至沸腾并保持2h，然后停止加热，冷却至室温。2.2真空法2.2.1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。2.3将饱和试样放入金属丝网篮并悬挂在带溢流管的水容器中，称量饱和试样在液体中的质量，精确至0.01g。2.4从液体中取出饱和试样，用饱含水的多层纱布，擦去试样表面附着

8、的水分，迅速称量饱和试样在空气中的质量，精确至0.01g。2．结果计算i.吸水率：（2）显气孔率（3）体积密度式中——测试温度下，浸液的密度，g·㎝3