CN102607982A - 一种非损伤液氮测定多孔陶瓷材料气孔率的方法 - Google Patents

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任素娥
刘建
王化平
左蕊
李冬梅
李建新
王虹
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Abstract

本发明公开了属于气孔率测量领域的一种非损伤的液氮测定气孔率的方法，其方法是，首先将干燥试样悬挂在装有液氮的杜瓦瓶的上方，待试样冷却后，称量干燥试样质量D；其次，将冷却后试样完全浸没到液氮中，待液氮中试样质量读数保持不变时，记录此时质量S；最后将充满液氮的饱和试样取出，置于空气中，记录不同时刻对应的质量，以时间为横坐标，对应时刻的质量为纵坐标，通过做图来求得从液氮中取出试样瞬间在空气中质量W，利用阿基米德原理计算气孔率。此方法简单易操作，同时不易对强度不高及碎片类型的试样造成损伤，该过程中不涉及危险性材料和不需要昂贵的设备。

Description

一种非损伤液氮测定多孔陶瓷材料气孔率的方法
技术领域
本发明属于多孔陶瓷气孔率测试的领域，特别涉及一种非损伤液氮测气孔率的方法。 
背景技术
气孔率是陶瓷包括多孔陶瓷在内的基本属性。就这点而言，气孔率的测量在表征陶瓷性能的方面中有重要作用。目前，两方面的研究是和气孔率的特点相关的。首先，它可以告诉人们陶瓷的生产技术，这其中包括很多因素，例如原料类型、成型技术、烧结温度等，它们都有可能对陶瓷的气孔率有影响。其次，它还可能告诉人们该材料的特性。一些工程实验都表明，陶瓷包括多孔陶瓷在内的性能受气孔率的影响。这些特性包括强度、渗透性、热绝缘性、抗磨性和抗热震性。 
研究表明气孔率对多孔陶瓷材料的性能有重要作用。一方面，气孔率成为多孔陶瓷烧结温度的参考依据，可以用来确定功能制品的等级和对比陶瓷生产技术过程中使用的材料不同和相似之处。另一方面，气孔率成为陶瓷部件功能的参考依据。同时，一些学者提出，陶器的生产技术也可能会对陶瓷的气孔率产生影响。 
过去，大多数学者采用煮沸法或真空法来测量陶瓷的气孔率，但是这些不同的方法，应用于多孔陶瓷在内测量气孔率方面存在着一些问题，包括对陶瓷碎片或陶瓷碎片中残留的无机物造成损伤，质量损失造成误差，需要专门化的设备以及操作时间长或者使用危险性的材 料。为了避免这些，本发明采用一种非损伤性液氮测气孔率的方法。这种方法是基于试样在液氮中浸泡的方法，既不会对试样造成损伤，也不要昂贵的设备。 
发明内容
本发明的目的是提供一种非损伤性液氮测气孔率的方法，包括如下步骤： 
(1)干燥试样质量D的测量； 
所述干燥试样质量D的测量，是将放入铜丝网篮的干燥试样悬挂在装有液氮的杜瓦瓶的上方，待试样被冷却后，记录此时质量D； 
(2)饱和试样在液氮中的质量S的测量； 
所述饱和试样在液氮中的质量S的测量，是将冷却后放入铜丝网篮的试样完全浸没到液氮中，待液氮中试样的质量的读数保持不变时，记录此时质量S； 
(3)饱和试样自液氮中取出瞬间在空气中质量W的测量； 
所述饱和试样取出瞬间在空气中质量W的测量，是将装着充满液氮的饱和试样的铜丝网篮从液氮中取出，置于空气中，分别记录不同时刻如5s、10s、15s和20s试样的质量W5、W10、W15和W20，以时间为横坐标，对应时刻的量为纵坐标，通过做图来求得0时刻的质量W0，即取出瞬间饱和试样空气中试样质量W； 
(4)气孔率的计算； 
采用阿基米德原理，根据公式1-1计算 
Figure DEST_PATH_GSB00000804633500021
(公式1-1) 
式中：D-试样的干燥质量(g)；S-饱和试样在液氮中的质量(g)； 
W饱和试样自液氮中取出瞬间在空气中质量(g)。 
所述杜瓦瓶，其上方的塞子的小孔是可以让试样通过的。 
所述试样的冷却时间为5～10s。 
所述饱和试样浸没时间为3～30min。 
所述饱和试样表面的氮气不会对试样造成污染。 
所述试样表面是不带有裂纹等损伤痕迹。 
所述饱和试样在空气中质量的减少和时间成线性关系。 
本发明的有益效果为： 
(1)试样浸没到液氮之前被冷却，降低减少了较快温度变化对试样形成裂纹的可能。 
(2)采用液氮作为浸没液，减少了对试样或残留在试样中的无机物造成损伤。 
(3)采用该方法，不需要昂贵的或专门的设备，减少了对资金需求，以及不涉及到使用危险性的材料等，提高了安全性等。 
(4)该实验步骤简单易操作。 
附图说明
图1为气孔率测量的装置图； 
图2是采用图1装置测试的充满液氮的饱和试样在空气中的质量随时间的变化曲线图，以此求得试样在取出液氮瞬间的质量W。 
具体实施方式
将放入铜丝网篮的干燥试样悬挂在装有液氮的带塞子的杜瓦瓶 的上方，待试样被冷却后，记录此时质量D；随后将冷却后放入铜丝网篮的试样完全浸没到液氮中，待液氮中试样的质量的读数保持不变时，记录此时质量S；最后将装着充满液氮的饱和试样的铜丝网篮从液氮中取出，置于空气中，分别记录不同时刻如5s、10s、15s和20s试样的质量W5、W10、W15和W20，以时间为横坐标，对应时刻的量为纵坐标，通过做图来求得0时刻的质量W0，即取出瞬间饱和试样空气中试样质量W；根据阿基米德原理， 进行计算。 
(4)气孔率的计算； 
采用阿基米德原理，根据公式1-1计算 
Figure DEST_PATH_GSB00000804633500042
(公式1-1) 
式中：D-试样的干燥质量(g)；S-饱和试样在液氮中的质量(g)； 
W饱和试样自液氮中取出瞬间在空气中质量(g)。 
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明： 
实施例1 
一种非损伤性液氮测气孔率的方法，该方法步骤如下： 
(1)干燥试样质量D的测量； 
将放入铜丝网篮的干燥试样悬挂在装有液氮的杜瓦瓶的上方，待试样冷却后，记录此时质量D为1.6930g； 
(2)饱和试样在液氮中的质量S的测量； 
将冷却后放入铜丝网篮的试样完全浸没到液氮中，待液氮中试样的质量的读数保持不变时，记录此时质量S为1.4765g。； 
(3)饱和试样自液氮中取出瞬间在空气中质量W的测量； 
将装着充满液氮的饱和试样的铜丝网篮从液氮中取出，置于空气中，分别记录不同时刻如5s、10s、15s和20s试样的质量W5、W10、W15和W20，分别测量两次取其平均值，对应数值分别为1.8395g、1.8310g、1.8215g和1.8125g。以时间为横坐标，对应时刻的质量为纵坐标，通过做图来求得0时刻的质量W0，即取出瞬间饱和试样空气中试样质量W为1.84875g。 
根据阿基米德原理 将D、S和W数值代入该公式，求得气孔率P为41.84％。 

Claims (8)

1.一种非损伤液氮测定多孔陶瓷材料气孔率的方法，其特征在于，该方法步骤如下，
(1)干燥试样质量D的测量；
所述干燥试样质量D的测量，是将放入铜丝网篮的干燥试样悬挂在装有液氮的杜瓦瓶的上方，待试样冷却后，记录此时质量D；
(2)饱和试样在液氮中的质量S的测量；
饱和试样在液氮中的质量S的测量，是将冷却后放入铜丝网篮的试样完全浸没到液氮中，待液氮中试样的质量的读数保持不变时，记录此时质量S；
(3)饱和试样自液氮中取出瞬间在空气中质量W的测量；
所述饱和试样取出瞬间在空气中质量W的测量，是将装着充满液氮的饱和试样的铜丝网篮从液氮中取出，置于空气中，分别记录不同时刻如5s、10s、15s和20s试样的质量W5、W10、W15和W20，以时间为横坐标，对应时刻的质量为纵坐标，通过做图来求得0时刻的质量W0，即取出瞬间饱和试样空气中试样质量W；
(4)气孔率的计算；
采用阿基米德原理，根据公式1-1计算
Figure FSA00000672671700011
(公式1-1)
式中：D-试样的干燥质量(g)；S-饱和试样在液氮中的质量(g)；W饱和试样自液氮中取出瞬间在空气中质量(g)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，阿基米德原理适用于液氮测气孔率方法，所用液体为液氮。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述试样的表面不得带有裂纹等损伤痕迹。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述试样的冷却时间为5～10s。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述饱和试样浸没时间为3～30min。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，饱和试样表面的氮气不会对试样造成损伤和污染。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，饱和试样在空气中质量的减少和时间变化成线性关系。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，杜瓦瓶上方的塞子是开有可以让悬挂试样通过的小孔。
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