陶瓷材料体积密度吸水率及气孔率的测定.doc

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陶瓷材料体积密度吸水率及气孔率的测定

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,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%。 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<20Torr

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