孔率

本法測(cè)量采用流體靜力學(xué)原理：將試樣浸泡于液體介質(zhì)中使其飽和后再進(jìn)行液中稱(chēng)重來(lái)確定試樣的總體積，進(jìn)而測(cè)算得出多孔體的孔率。其測(cè)量步驟是：先用天平稱(chēng)量出試樣在空氣中的質(zhì)量，然后浸入介質(zhì)（如除氣的油、水、二甲苯或苯甲醇等）使其飽和，采用加熱鼓入法或減壓滲透法使介質(zhì)充分填滿多孔材料的孔隙。

本法應(yīng)使用密度已知的液體作為工作介質(zhì)，并盡可能滿足如下條件：

1）對(duì)試樣不反應(yīng)、不溶解；

2）對(duì)試樣的浸潤(rùn)性好（以利于試樣表面氣體的排除）；

3）粘度低、易流動(dòng)；

4）表面張力?。ㄒ詼p少液中稱(chēng)量的影響）；

5）在測(cè)量溫度下的蒸氣壓低；

6）體膨脹系數(shù)??；

7）密度大。常用的工作液體有純水、煤油、苯甲醇、甲苯、四氯化碳、三溴乙烯、四溴乙炔等 。

多孔材料的孔率，又稱(chēng)孔隙率、孔隙度或氣孔率，系指多孔體中孔隙所占體積與多孔體總體積之比率，一般以百分?jǐn)?shù)來(lái)表示，也可采用小數(shù)。該指標(biāo)既是多孔材料中最易測(cè)量、最易獲得的基本參量，同時(shí)也是決定多孔材料導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、光學(xué)行為、聲學(xué)性能、拉壓強(qiáng)度、蠕變率等物理、力學(xué)性能的關(guān)鍵因素。多孔體中的孔隙有開(kāi)口貫通孔隙和閉合孔隙等形式（介于其間的還有半通孔隙，其一般具有閉合孔隙的形態(tài)），故孔率也可相應(yīng)地分為開(kāi)孔率和閉孔率。各種孔率的總和就是總孔率，即平時(shí)所說(shuō)的“孔率”。大多數(shù)使用過(guò)程均是利用其貫通孔和半通孔，只有作為漂浮、隔熱、包裝及其它結(jié)構(gòu)件等用途時(shí)才需要較高的閉孔率。其中開(kāi)孔率又強(qiáng)烈地影響著整個(gè)多孔材料的流體透過(guò)性（滲透性）、漂浮性以及有效內(nèi)表面積等性能。研究表明，多孔材料的性能主要取決于孔率，其權(quán)重超出所有的其它影響因素。因此，孔率指標(biāo)對(duì)于多孔材料來(lái)說(shuō)十分重要，下面介紹多孔材料孔率測(cè)定的若干方法 。

本法操作簡(jiǎn)便，使用比較普遍。檢測(cè)時(shí)要求的多孔材料測(cè)試樣品應(yīng)有規(guī)則的形狀以及合適的大小，以便于進(jìn)行樣品尺寸的測(cè)量和體積的計(jì)算。試樣切割時(shí)應(yīng)注意不使材料的原始孔隙結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形，或盡量不使孔隙變形。試樣的體積應(yīng)根據(jù)孔隙大小而大于某一值，并盡可能取大些，但也要考慮稱(chēng)重儀器的適應(yīng)程度。在樣品尺寸的測(cè)量過(guò)程中，每一尺寸至少要在3 個(gè)分隔的位置上分別測(cè)量3 次，取各尺寸的平均值，并以此算出試樣的體積。然后在天平上稱(chēng)取試樣的質(zhì)量。整個(gè)測(cè)試過(guò)程應(yīng)在常溫或規(guī)定的溫度和相對(duì)濕度下進(jìn)行。

本法的尺寸測(cè)量可采用量具檢測(cè)法（如游標(biāo)卡尺、千分尺、測(cè)微計(jì)等）、顯微觀測(cè)法、投影分析法等，校準(zhǔn)尺寸使用校準(zhǔn)塊規(guī)。具體檢測(cè)方案可參考相關(guān)的文獻(xiàn)報(bào)道。測(cè)量時(shí)檢測(cè)量具對(duì)試樣產(chǎn)生的壓力應(yīng)足夠?。ㄈ缈刂圃谶h(yuǎn)低于大氣壓的范圍），這樣受壓變形誤差即可忽略不計(jì)。

滿足本法試樣要求的規(guī)則形狀有立方體、長(zhǎng)方體、球體、圓柱體、管材、圓片等，減小相對(duì)誤差的作法是采用大體積的試樣。如為線度尺寸難以測(cè)量的異形樣品，則應(yīng)先行封孔后通過(guò)排水法等方式測(cè)量總體積，然后去除封孔物質(zhì)再行稱(chēng)重 。

壓汞法測(cè)定孔率指標(biāo)的實(shí)質(zhì)是將汞壓入試樣的開(kāi)口孔隙中，測(cè)出這部分汞的體積即為試樣的開(kāi)孔體積。其測(cè)量方法如下：先將膨脹計(jì)置于充汞裝置中，在真空條件下充汞，充完后稱(chēng)出膨脹計(jì)的重量W1。然后將充的汞排出，裝入重量的多孔試樣，再放入充汞裝置中在同樣的真空條件下充汞，稱(chēng)出帶有試樣的膨脹計(jì)重量（汞未壓入多孔試樣孔隙時(shí)的狀態(tài)）。之后再將膨脹計(jì)置于加壓系統(tǒng)中將汞壓入開(kāi)口孔隙內(nèi)，直至試樣為汞飽和時(shí)為止，算出汞壓入的體積，則可得到多孔試樣的孔率。

此外，還利用潮濕硫蒸汽對(duì)銀、銅和銅合金的銹蝕現(xiàn)象，通過(guò)產(chǎn)生銹斑呈棕、黑等易辨深色而顯現(xiàn)的途徑，檢測(cè)這些材料基體上表面涂層的孔率。對(duì)于石墨電極的孔率，美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)制訂了針對(duì)性的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。由于多孔材料的多數(shù)用途都要求具有開(kāi)口孔隙，所以國(guó)內(nèi)外也有專(zhuān)門(mén)一些關(guān)于多孔體開(kāi)孔率的測(cè)試方法和標(biāo)準(zhǔn) 。2100433B

本法的測(cè)試精度比真空浸漬法高，對(duì)低孔率多孔材料的孔率測(cè)定較為合適。其工作原理是：將由一試樣和一浮體組成的系統(tǒng)置于液體介質(zhì)（如水）中，如果該系統(tǒng)的密度恰好等于液體介質(zhì)的密度，則系統(tǒng)將靜止于其中不動(dòng)；系統(tǒng)密度小于液體密度時(shí)上浮，而大于液體密度時(shí)則下沉。這種運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)對(duì)密度的差異非常敏感，因此有很高的靈敏性。

實(shí)際測(cè)量時(shí)，先將已知密度的基準(zhǔn)試樣與浮體組成這種靜止性的漂浮系統(tǒng)，然后將待測(cè)孔率的試樣取代基準(zhǔn)試樣并亦使之產(chǎn)生同樣的靜止性漂浮，最后通過(guò)比較計(jì)算就可得出未知孔率。

對(duì)于孔率較高的開(kāi)孔試樣，只要用一涂層包覆起來(lái)（以免進(jìn)入工作液體，如水），亦可采用本法測(cè)試。另外，還應(yīng)注意工作液體不要與多孔試樣產(chǎn)生溶解、溶脹及其它任何化學(xué)作用 。

本法通過(guò)孔隙二維平面的占有率映射多孔材料的孔率。測(cè)量時(shí)要求多孔材料樣品的觀察截面要盡量地平整，如多孔金屬和多孔陶瓷的觀測(cè)截面可采用研磨拋光等方式加以制作，然后由顯微鏡觀測(cè)出截面的總面積和其中包含的孔隙面積。

該法測(cè)量結(jié)果與所取樣品截面有關(guān)，因此應(yīng)多測(cè)幾個(gè)截面并提供足夠大的截面視場(chǎng)，但其統(tǒng)計(jì)效應(yīng)仍然是比較低的 。

本法與上述“浸泡介質(zhì)法”基本相同，主要差別是在試樣浸充介質(zhì)時(shí)采取了真空滲入，所以也可視為浸泡介質(zhì)法的一個(gè)特例。其體積測(cè)量仍然是通過(guò)測(cè)量試樣在已知密度的液體中的浮力而進(jìn)行計(jì)算的。對(duì)于具有開(kāi)口孔隙的多孔體，為了不讓液中稱(chēng)量時(shí)的工作液體進(jìn)入孔隙，可采取如下方式使開(kāi)孔飽和或堵塞：

1）浸漬熔融石蠟、石蠟-泵油、無(wú)水乙醇-液體石蠟、油、二甲苯和苯甲醇等；

2）在試樣的表面涂覆硅樹(shù)脂汽油溶液、透明膠溶液、凡士林或其它聚合物膜。測(cè)試步驟為：先將清洗干凈的試樣在空氣中稱(chēng)重，然后在真空狀態(tài)下浸漬熔融石蠟、石蠟-泵油或油等液體介質(zhì)，使全部開(kāi)孔飽和后取出，除去試樣表面的多余介質(zhì)，再次在空氣中稱(chēng)重，然后在水中稱(chēng)重。

由于在浸漬介質(zhì)時(shí)不可能浸滿所有的孔隙，尤其是細(xì)微孔穴和窄縫等，所以最后測(cè)出的開(kāi)孔率數(shù)值一般都有不同程度的降低。此外，在測(cè)試過(guò)程中要注意浸漬介質(zhì)和工作液體不能與多孔試樣發(fā)生溶解、溶入現(xiàn)象及其它化學(xué)反應(yīng) 。

總氣孔率是閉口氣孔率與開(kāi)口氣孔率之和。

除熔鑄制品、瀝青結(jié)合或浸漬制品和部分隔熱耐火制品外，一般耐火制品中的氣孔絕大多數(shù)是開(kāi)口氣孔。因?yàn)殚]口氣孔體積難于直接測(cè)定，制品的氣孔率指標(biāo)通常用顯氣孔率表示，耐火制品的顯氣孔率可以小到接近0或大于80%,一般致密制品的顯氣孔率在10%~28%，小于15%的稱(chēng)低氣孔率制品，隔熱材料的氣孔率大于45%。

氣孔率是多數(shù)耐火材料的基本技術(shù)指標(biāo)，它的大小幾乎影響耐火制品的所有性能，特別是強(qiáng)度、熱導(dǎo)率?？乖院涂篃嵴鹦?。氣孔率增大，強(qiáng)度下降，這不僅是由于固體截面積減少而導(dǎo)致實(shí)際應(yīng)力增大，更主要是氣孔是材料中的缺陷，會(huì)引起應(yīng)力集中而使強(qiáng)度下降，粗大氣孔影響更為顯著。氣孔率增大能顯著降低熱導(dǎo)率。大氣孔率使渣對(duì)制品的滲透增加 。

【閉孔率】：閉孔率規(guī)定為樣品的閉孔體積與樣品外觀體積（可視體積）的比值，即閉孔率=A0/Aa式中： 　A0——閉合孔所占的體積（m3）；Aa——樣品的外觀體積（可視體積）（m3）。對(duì)于閉孔率，須知道材料本身的密度。2100433B

定義

【開(kāi)孔率】：開(kāi)孔率規(guī)定為篩板上篩孔的總面積 與開(kāi)孔區(qū) (又稱(chēng)有效傳質(zhì)區(qū))面積 的比值，即 Φ=A0/Aa式中：Φ—開(kāi)孔率（%）

A0——篩板上篩孔的總面積（m2）

Aa——開(kāi)孔區(qū) (又稱(chēng)有效傳質(zhì)區(qū))面積（m2）

開(kāi)孔區(qū)：可以布置篩孔或傳質(zhì)元件的區(qū)域。

對(duì)于開(kāi)孔率，其大小又受板上篩孔的排布形式影響。板式塔的篩孔排列形式有正三角形排列和等腰三角形排列。對(duì)于不同的排列形式，孔中心距t的計(jì)算又不同。

對(duì)于正三角形排列：t=d0(0.907Aa/A0)^(1/2)

開(kāi)孔率Φ=A0/Aa,又可簡(jiǎn)化為0.907(d0/t)^2

對(duì)于等腰三角形排列，t=A0/0.075n

n——篩孔數(shù)目

有效傳質(zhì)區(qū)的開(kāi)孔率是由孔徑和孔間距之比唯一確定的。2100433B