粉末材料的孔隙度特性.ppt

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1、第二节　　粉末材料的孔隙度特性一般粉末冶金材料是金属和孔隙的复合体，其孔隙度范围很广，有低于1%~2%残留孔隙度的致密材料，有10%左右孔隙度的半致密材料，有＞15%孔隙度的多孔材料，也有高达98%孔隙度的泡沫材料。孔隙是粉末冶金材料的固有特性，孔隙度显著地影响粉末冶金材料的机械、物理、化学和工艺性能。粉末冶金多孔材料的基本特性：由于孔隙的存在，多孔材料具有大的比表面和优良的透过性能，以及易压缩变形、吸收能量好和质量轻等特性。在普通铸件中，气孔和缺陷是常见的缺陷，也是熔铸法难以克服的问题；而用粉末冶金法制取的材料，其孔隙度、孔径及分布

2、可以有效地控制，并且可在相当宽的范围内调整。一、粉末材料孔隙度和孔径的测定孔隙度和密度是粉末冶金材料的基本特性，孔隙度和密度的测定是控制粉末冶金材料质量的主要方法之一。对于致密材料，可直接将试样放在水中称重，其残留孔隙度也可以采用显微镜法进行定量估算。对于具有开孔隙的材料，用液体静力学法称量时，为了不让液体介质进入孔隙，可浸渍熔融石蜡、石蜡泵油、无水乙醇液体石蜡、油、二甲苯和苯甲醇等物质，或者涂覆硅树脂汽油溶液、透明胶溶液和凡士林等物质，使烧结体的开孔隙饱和或堵塞。多孔材料的密度和孔隙度常采用真空浸渍法来测定。首先，将清洗干净的试样在

3、空中称重；接着，在真空状态下浸渍熔融石蜡、石蜡油或油等液体介质，使全部开孔隙饱和后取出试样，除去表面多余介质；再一次在空中称重，然后在水中称重；最后，计算烧结试样的密度和孔隙度：计算公式：式中：ρ--试样密度，g/cm3；ρl--浸渍后试样的质量，若用蒸馏水时，密度为1g/cm3；ω1---试样在空中的质量，g；ω2---浸渍后试样在空中的质量，g；ω3---称量后试样在液体介质中的质量，g；“假合金”和成分之间相互作用很弱的合金，可采用加和法求其理论密度；否则，需要采用与测定粉末真密度相同的方法进行测定。求加和密度的公式为：据资料介

4、绍，使用具有低蒸汽压和稳定密度的苯甲醇浸渍试样，可以获得良好的结果；使用无水乙醇液体石蜡浸渍试样，精度也较高。但是浸渍介质不可能浸渍到所有孔隙中去，特别是不易填满窄缝，结果开孔隙度的测量值偏低。目前测定孔径及其分布的方法很多，主要有：汞压入法、气泡法，离心力法、悬浊液过滤法、透过法、气体吸附法、射线小角度散射法和显微镜分析法等等，其中使用较多的是汞压入法。汞压入法原理：利用汞对固体表面不润湿的特性，把汞用一定压力压入多孔体的孔隙中以克服毛细管阻力。假设在孔壁光滑的直圆柱形毛细管孔内，当作用在液面与孔壁的接触线的平面法线方向上的压力向上

5、的分量与同一平面上表面张力在法线方向上的分量平衡，则：孔隙直径：汞压入法测定多孔材料孔径分布的方法如下：将试样置于膨胀计中，并放入充汞装置内，在真空条件下下，向膨胀计充汞，浸没试样。压入多孔体的汞量是以与试样部分相联结的膨胀计毛细管内汞柱的高度变化来表示的。当对汞所施的附加压强低于大气压强时，向充汞装置中导入大气，从而使膨胀计中的汞，对于多孔镍来说，获得可测大于1.22μm以上的孔径所需的压强。为了使汞进入孔径小于1.22μm，必须对汞施加高压。随着对汞所施压强的增加，汞逐渐地充满到小孔隙中，直到开孔隙为汞所填满为止。从而得到汞压入量

6、与压强的关系曲线，并由此可求得其开孔孔径分布。汞压入法可测定的最小孔径为2μm左右。但由于装置结构必然具有一定的泵头压力，所以最大孔径的测量是有限的。气泡法测定最大孔径及孔径分布的原理与汞压入法相同，但过程相反。它利用能润湿多孔材料的液体介质浸渍，使试样的开孔隙饱和，再用压缩气体将毛细管中的液体挤出来。气泡法仪器设备简单，操作容易。但气泡法无论是在测定孔径分布的重复性还是测量分布区间方面，都不如汞压入法。气泡法与汞压入法相反，尽管测量最小孔径比较困难，但是测量最大孔径的精确度高。二、粉末多孔材料的透过性能对于过滤器、含油轴承和其他多孔

7、材料来说，透过性能是一种很重要的孔隙度特性。研究流体通过多孔材料的透过性能，可为设计、工艺和应用提供参考数据。在多孔体中，当作用在流体上的压差较小，流速较低，流体的雷诺数时，则为层流。对于多孔材料来说，临界雷诺数与孔中流体的雷诺数、孔道表面的相对粗糙度，以及孔道长度上孔截面的变化程度有关。在多孔材料中，层流时比能损失较小（和流速的一次方成正比），而且在流体流过很细的孔道时，流速一般不会很高。下面着重研究在层流条件下流体的透过规律。当有层流的流体通过多孔材料时，在单位面积上的流速与其压力梯度成正比，通常以达尔西公式表示：为了工程上使用方

8、便，在实际测量中多采用相对透过系数K。对于气体叫相对压力梯度，对于液体叫相对渗透系数。则（7-3）式可变为：简明地表达了单位面积上体积流速（Q/A）与压差（Δp）的线性关系。多孔材料由于对液体和气体介质的透过性均匀，具有