阿基米德排水法侧体积密度和气孔率
阿基米德定律
阿基米德定律百科名片阿基米德定律阿基米德定律（Archimedes law）是物理学中力学的一条基本原理。
浸在液体（或气体）里的物体受到向上的浮力作用，浮力的大小等于被该物体排开的液体的重力（“Any object placed in a fluid displacesits weight;an immersed object displaces its volume.”）。
其公式可记为F浮=G排=ρ液·g·V排液。
目录物理学中的阿基米德定律阿基米德原理的发现数学中的阿基米德公理物理学中的阿基米德定律阿基米德原理的发现数学中的阿基米德公理展开编辑本段物理学中的阿基米德定律浸在静止流体中的物体受到流体作用的合力大小等于物体排开的流体的重力。
这个合力称为浮力。
这就是著名的“阿基米德定律”(Archimedes)，又称阿基米德原理[1]，浮力原理。
该定理是公元前200年以前古希腊学者阿基米德(Archimedes, 287-212 BC)所发现的。
浮力的大小可用下式计算：F浮=ρ液（气）gV排。
公式数学表达式:F浮=G排=ρ液（气）·g·V排.单位:F浮———牛顿,ρ液（气）——千克/米3,g%%——牛顿/千克,V排———米3.浮力的有关因素:浮力只与ρ液,V排有关,与ρ物(G物),深度无关,与V物无直接关系.当物体完全浸没在液体或气体时，V排=V物；但物体只有一部分浸入液体时，则V排<V物。
适用范围范围：液体,气体.根据浮力产生原因——上表下表面的压力差:p=ρ液gh1,=ρ液（气）gh2=ρ液g(h1+l).F浮=F向上-F向下=pl2-l2=ρ液g[h1-(h1+l)]l2=ρ液·g·V排.例题[例1]有一个合金块质量10kg，全部浸没在水中时，需用80N的力才能拉住它，求：此时合金块受到的浮力多大？[分析]根据G=mg可得出金属块重力，浮力大小是重力与拉力的差。
气孔率和密度-2016
陶瓷材料密度、吸水率及气孔率的测定一、实验原理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，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。
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：L VD m m =-21 （1） 式中 1m ——在空气中称量物体时所得物体的质量； 2m ——在液体中称量物体时所得物体的质量； V ——物体的体积； L D ——液体的密度。
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 211m m D m D L-=（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。
阿基米德排水法测密度原理
阿基米德排水法测密度原理阿基米德排水法是一种用于测定物体密度的方法，它是基于阿基米德原理的。
阿基米德原理是指在液体中浸泡的物体所受到的浮力等于物体排挤出的液体的重量，进而可以通过浮力和物体的重量来确定物体的密度。
阿基米德排水法的实验步骤如下：1. 准备一个容器，并将待测物体完全浸入液体中。
2. 在容器的侧面上标出液体的初始水平线，并记录下来。
3. 将物体从液体中取出，使液体回到初始水平线。
4. 在容器的侧面上标出液体的新水平线，并记录下来。
5. 测量物体的质量，并将结果记录下来。
根据阿基米德原理，物体受到的浮力等于物体排挤出的液体的重量。
因此，物体的浮力可以用液体的密度和排挤出的液体的体积来表示。
液体的密度可以通过测量液体的质量和体积来确定，而排挤出的液体的体积可以通过液体的初始水平线和新水平线之间的差来计算。
根据物体的浮力等于排挤出的液体的重量，可以得到以下公式：浮力 = 排挤出的液体的质量 * g = 液体的密度 * 排挤出的液体的体积 * g其中，g是重力加速度。
根据实验步骤，我们可以得到以下关系：物体的质量 = 排挤出的液体的质量排挤出的液体的体积 = 液体的新水平线 - 液体的初始水平线将以上两个关系带入公式中，可以得到以下结果：物体的密度 = 物体的质量 / (液体的新水平线 - 液体的初始水平线) * g / 液体的密度通过以上公式，我们可以计算出物体的密度。
需要注意的是，在实际测量中，要保证物体完全浸入液体中，避免部分浸入导致测量结果不准确。
阿基米德排水法是一种简单而有效的测定物体密度的方法。
它不依赖于复杂的仪器设备，只需要准备一个容器和液体即可。
这使得它在实验室和教学中得到广泛应用。
总结起来，阿基米德排水法是一种基于阿基米德原理的测定物体密度的方法。
它通过测量物体排挤出的液体的体积和液体的质量，计算出物体的密度。
这种方法简单易行，因此在实验室和教学中得到广泛应用。
它的原理和步骤清晰明了，通过实际操作可以得到准确的测量结果。
MgO助剂对Al2O3陶瓷烧结的增强机制研究
MgO助剂对Al2O3陶瓷烧结的增强机制研究作者：薄睿恬姜宏伟郑友进来源：《佛山陶瓷》2017年第05期摘要：通过添加一定比例的MgO作为烧结助剂，研究常压条件下MgO对Al2O3晶粒烧结过程的变化情况。
本研究工作主要通过两组MgO比例及关键温度点的时间控制实验，来考察Al2O3晶粒的烧结状况。
对样品进行了体积密度、硬度、表面形貌和晶体结构测试。
实验表明，0.8wt% MgO助剂和关键点温度的保持，使MgO助剂烧结生成物MgAlO4在起到钉扎作用的同时，可以填充Al2O3晶粒形成的空隙，MgAlO4小晶粒的钉扎和填充，共同成为Al2O3陶瓷的增强机制。
关健词：Al2O3陶瓷；晶粒控制；空隙填充1 引言氧化铝陶瓷是一种极为常用的陶瓷材料，具有优良的绝缘、透光、耐高温、耐磨、耐腐蚀性能。
一般采用放电等离子烧结、热压烧结、超高压烧结、微波烧结、等离子束熔融法等方法制备，通过这些各有特点的方法，得到了具有各方面优异性能的氧化铝陶瓷，满足了人们对氧化铝性能的需求。
随着技术的发展，氧化铝陶瓷作为重要的功能陶瓷材料，微观结构的样式决定着制品性能的实现程度，因此，通过不同的工艺手段改变其结构样式，是新型氧化铝陶瓷材料的重要研究内容。
Elena A. T等[1]采用5 μm的MgO-Al2O3基复合微粉，并添加了纳米级Ce、Zr粉，通过3种温升曲线，研究了MgO-Al2O3的烧结工艺。
张志林等[2]以MgO-Al2O3为烧结助剂，对微晶Al2O3陶瓷进行了研究。
刘兵等[3]研究了加入Y2O3和Pr6O11混合纳米粉，对Al2O3陶瓷微观组织结构的影响。
夏清等[4]研究了MgO-CaO-Si2O等助剂对95瓷的烧结影响。
单萌等[5]研究了添加微量MgO助剂的亚微米晶氧化铝。
孙阳等[6]研究了MgO烧结助剂对氧化铝多孔陶瓷结构和性能的影响。
可以看出，对于氧化铝陶瓷提升性能的研究，基本是通过添加助剂提高液相动力、通过助剂或中间相提供障碍阻止氧化铝晶粒长大这样的技术途径来实现的。
中考物理总复习——13 浮力 阿基米德原理
V
物＝V
排＝ρ水F浮
g＝1.0× 103
4N kg/m3× 10
N/kg＝4× 10－4
m3，
所以，ρ 物＝mV物物＝
G物 ＝ gV物 10
8N N/kg× 4× 10－4
m3＝2× 103
kg/m3。
重点2 利用阿基米德原理计算浮力
【典例 4】如图 4 所示，已调好的弹簧测力计下用细线挂着一重
为 4.5
的体积越大，物体所受的浮力就___越__大___。 (3)由步骤a、e、f可得，当物体浸在液体中的体积相同时，
液体密度越大，物体所受的浮力就___越__大___。
6．实验误差分析：实验时若先测量物体在水中受到的拉力， 再测量物体的重力，会导致浮力的测量结果___偏__大___。
7．实验结论：物体在液体中所受浮力的大小不仅与液体密 度有关，还与物体排开液体的体积有关，而与物体浸没 在液体中的深度无关。
当它浸没在水中时，弹簧测力计的示数为
F。则铝块所受的浮力大小为( D )
A．G
B．F
C．G＋F D．G－F
【典例2】如2图所示，用一细绳拴住重为4 N的木块使其浸没 在水中，绳子拉力为2 N，则木块受到的浮力为___6___N。
【典例3】用弹簧测力计悬挂一实心物块，物块下表面与水面 刚好接触，如图甲所示。由此处匀速下放物块，直至浸没 于水中并继续匀速下放(物块始终未与容器接触)。物块下放 过程中，弹簧测力计示数F与 物块下表面浸入水中的深度h的 关系如图所示。(g取10 N/kg)
中考物理总复习
13 浮力 阿基米德原理
01 知识梳理
·1 浮力 ·2 阿基米德原理
知识点1 浮力 竖直向上 液体或气体 竖直向上
三种典型直流特高压用氧化铝电瓷组成、结构与力学性能的对比研究
第42卷第6期2023年6月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol.42㊀No.6June,2023三种典型直流特高压用氧化铝电瓷组成㊁结构与力学性能的对比研究袁志勇,阎法强,许承铭,吴佳莉,廖仓冬,郑㊀猛,吴英豪(芦溪高压电瓷电气研究院有限公司,萍乡㊀337200)摘要:电瓷材料的组成和结构是决定其性能的两个本质因素㊂本文系统研究了三种典型直流特高压(UHVDC)用工业氧化铝电瓷在组成㊁结构和力学性能方面存在的差异,并分析了原因㊂结果表明,与日本碍子株式会社(NGK)的瓷件相比,国内两个厂家在瓷件配方中加入了更多的煅烧工业氧化铝㊁更少的钾长石和石英,并且没有根据配方适当提高烧结温度,因此国内两厂家瓷件表现出如下特点:1)Al 2O 3质量含量分别为47.22%和45.24%,比NGK 高7.31%和5.33%,SiO 2质量含量分别为46.32%和48.44%,比NGK 低7.09%和4.97%㊁K 2O +Na 2O 总质量分别为3.21%和3.14%,比NGK 低0.41%和0.48%;2)真气孔率分别为5.24%和4.18%,比NGK 低3.46%和4.52%,内部气孔以5μm 以下的小气孔为主,孔径普遍更小,存在较多扁平㊁细长㊁裂纹状的异形气孔,以及环绕颗粒周边的环状气孔和裂纹;3)内部总晶相含量分别为48.10%和49.04%,比NGK 高近10%,其中刚玉相高10%,石英相高4%,莫来石相少4%,莫来石相更细更短㊁交联程度更低;4)瓷件头部试条三点弯曲强度平均值分别为155和158MPa,比NGK 高,但是国内两厂家瓷件的强度分散性更大㊂关键词:氧化铝;电瓷;直流特高压;组成;微观结构;力学性能中图分类号:TQ174㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1001-1625(2023)06-2206-09收稿日期:2023-02-08;修订日期:2023-03-28作者简介:袁志勇(1986 ),男,博士㊂主要从事绝缘子和陶瓷材料的研究㊂E-mail:yuanzy_1986@Comparative Study on Composition ,Structure and Mechanical Properties of Three Typical Alumina Insulator for UHVDCYUAN Zhiyong ,YAN Faqiang ,XU Chengming ,WU Jiali ,LIAO Cangdong ,ZHENG Meng ,WU Yinghao (Luxi High Voltage Insulator and Electricity Research Institute Co.,Ltd.,Pingxiang 337200,China)Abstract :Composition and structure are the two most essential factors for insulator materials performance.In this paper,the differences in composition,structure and mechanical properties of three typical alumina insulator for ultra high voltage direct current (UHVDC)were systematically studied,and the reasons were analyzed.The results show that compared with NGK,two domestic manufacturers have added more calcined industrial alumina,less potash feldspar and quartz into the formula,and have not properly raised the sintering temperature according to the formula,the porcelains of two domestic manufacturers show the following characteristic:1)the content of Al 2O 3are 47.22%and 45.24%,respectively,7.31%and 5.33%higher than that of NGK,the content of SiO 2are 46.32%and 48.44%,respectively,7.09%and 4.97%lower than that of NGK,and the total content of K 2O +Na 2O are 3.21%and 3.14%,respectively,0.41%and 0.48%lower than that of NGK;2)the true porosity are 5.24%and 4.18%,respectively,3.46%and 4.52%lower than that of NGK.The internal pores are basically less than 5μm,and the pore size is generally smaller.There are many flat,slender,crack like pores,as well as annular pores and cracks surrounding the particles;3)the content of internal crystalline phase is 48.10%and 49.04%,respectively,which is nearly 10%higher than NGK,with corundum phase being 10%higher,quartz phase being 4%higher,mullite phase being 4%less.The mullite phase is thinner and shorter,and the degree of crosslinking is lower;4)the average value of the three-point bending strength of the porcelain head test strip are 155and 158MPa,respectively,which are higher than NGK,but the dispersion strength of the two domestic manufacturers is higher than NGK.㊀第6期袁志勇等:三种典型直流特高压用氧化铝电瓷组成㊁结构与力学性能的对比研究2207Key words:alumina;insulator;UHVDC;composition;microstructure;mechanical property0㊀引㊀言外绝缘技术是特高压的核心技术之一,大吨位瓷绝缘子是特高压外绝缘技术的关键材料和重要部件,它的性能直接影响特高压输配电技术的可行性㊁运营的可靠性和安全性[1]㊂对于特高压大吨位瓷绝缘子,目前日本碍子株式会社(NGK)拥有国际最先进的制造水平,其产品强度分散性小㊁质量稳定好㊁零值率低㊂虽然近年来国内特高压大吨位瓷绝缘子供货厂家在结构设计㊁原材料选择㊁瓷件性能㊁制造自动化水平等方面得到显著提升,但是国内厂家生产的特高压大吨位瓷绝缘子质量与国际先进水平仍存在差距[2]㊂近年来,国内外有关特高压大吨位瓷绝缘子的研究主要集中于以铝质高强度电瓷为基础㊂作为铝质高强度电瓷的重要原料,高铝原料主要采用含刚玉晶体的原料,包括煅烧铝矾土和高温氧化铝[3-8]㊂其中,煅烧铝矾土由于Fe2O3㊁TiO2等杂质含量高㊁转化率不稳定,容易引起产品气孔率高㊁气孔形貌不良等严重缺陷,从而导致产品强度衰减快㊁劣化严重[5-6]㊂而高温氧化铝具有杂质含量低㊁刚玉相转化率高等特点,可以减少坯料杂质,提高刚玉相含量,减少瓷体缺陷,从而提高瓷件的弯曲强度㊁降低强度分散性㊁提升抗老化性能[7-8]㊂随着特高压长距离㊁大容量输变电技术的广泛应用,大吨位高强度瓷绝缘子市场需求量越来越大㊂因此,采用高温氧化铝为高铝原料已经成为瓷绝缘子制造的发展趋势㊂但是,目前我国除少数厂家在部分特定瓷绝缘子产品上采用高温氧化铝作为高铝原料生产瓷件外,大部分厂家都还在沿用煅烧铝矾土作为高铝原料㊂国内厂家对基于高温氧化铝的铝质高强度瓷的结构㊁性能研究还不够系统,高温氧化铝在瓷件中的应用技术尚不成熟㊂而国际上包括NGK㊁比彼西集团(PPC Group)和LAPP Insulators在内的电瓷制造企业都以高温氧化铝作为高铝原料,这些厂家具有成熟㊁完整㊁规范的基于高温氧化铝的电瓷生产技术㊁工艺标准和作业规范㊂对于陶瓷材料,组成㊁结构与性能之间存在紧密联系㊂对于电瓷材料,电瓷的组成(包括化学组成和物相组成)和结构是决定其性能的两个最本质的因素㊂因此本文通过对国内外3个厂家生产的基于工业氧化铝配方的大吨位瓷绝缘子用瓷件的化学组成㊁物相组成㊁显微结构(包括气孔数量㊁尺寸㊁形状和分布,晶相种类,晶粒的形貌㊁大小㊁分布等)进行分析测试比对,研究瓷件化学组成㊁物相组成㊁显微结构之间存在的关系,为国内厂家制备强度分散性小㊁质量稳定性好㊁零值率低的直流特高压用工业氧化铝电瓷提供科学依据㊂1㊀实㊀验1.1㊀试剂与材料选取日本NGK生产的400kN以及国内江西省和山东省的2个厂家生产的420kN直流特高压用工业氧化铝电瓷,共计3个样品,分别记为A㊁B㊁C㊂1.2㊀分析和测试从A㊁B㊁C瓷件头部侧壁上(见图1)分别切取3块不含釉㊁砂的小瓷块,小瓷块的体积密度利用阿基米德排水法测试,每个样品的体积密度测试结果取3块小瓷块体积密度的平均值㊂将测试完体积密度的小瓷块研磨成瓷粉,使之能完全通过63μm标准筛㊂将细粉置于(100ʃ5)ħ烘箱中烘干不少于2h后,放入干燥器中冷却至室温㊂瓷粉的化学成分采用荧光分析法,所用设备为德国BrukerS8TIGER型X-射线荧光光谱仪㊂瓷粉的物相组成采用X射线粉末衍射法测试,所用设备为德国Bruker D8Advance型X-射线衍射仪,试验条件为:Cu Kα(λ=0.15406nm),扫描速度为2(ʎ)/min,加速电压为40kV,电流为40mA,物相定量分析采用优化后的方法[9]㊂瓷粉的真密度ρt采用气体容积法,所用设备为Uatryc1200e全自动真密度分析仪㊂瓷件内部显微结构利用飞纳Phenom Prox型台式扫描电子显微镜观察㊂抛光样品制备:在瓷件头部的侧壁上切割长㊁宽均不小于5mm的瓷片,对瓷片的一个面进行研磨㊁抛光处理,用自来水冲洗后放入超声波清洗机中进行超声清洗,再将瓷片放入(100ʃ5)ħ烘箱中烘干㊂腐蚀样品制备:在ɤ25ħ的环境温度下,将研磨㊁抛光㊁清洗㊁干燥后的瓷片用质量分数为5%的氢氟酸溶液腐蚀5min,用水冲洗干净后放入超声波2208㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷清洗机中超声清洗,以去除样品表面残留的氢氟酸,再将瓷片放入(100ʃ5)ħ烘箱中烘干㊂瓷件的抗弯强度采用三点抗弯测试方法测评㊂试条从瓷件头部侧壁上切取(见图1),试条尺寸为3mm ˑ4mm ˑ50mm㊂试条经研磨抛光后,在力试LD23.104微机控制电子万能试验机上测定三点弯曲强度,测试时跨距为40mm,压头的移动速率为0.5mm /min,具体见‘精细陶瓷弯曲强度试验方法“(GB/T 6569 2006)㊂试验结果取10个试条所测数据的平均值㊂图1㊀测试试样取样位置示意图Fig.1㊀Schematic diagram of sampling location of test specimens 2㊀结果与讨论2.1㊀瓷件内部组成对比2.1.1㊀化学组成对比3个瓷件的化学组成如表1所示㊂从表1可以看出,三个厂家的直流特高压瓷绝缘子用瓷件在化学成分方面存在较大差异㊂瓷件A 中SiO 2含量高达53.41%(质量分数,下同),Al 2O 3含量仅为39.91%;瓷件B 和C 中SiO 2含量分别为46.32%和48.44%,均明显低于瓷件A;而瓷件B 和C 中Al 2O 3含量分别为47.22%和45.24%,均高于瓷件A㊂这是因为NGK 在瓷件配方中加入了较多的石英原料,而瓷件B 和C 中为提高瓷件的机械强度,在瓷件配方中加入了更多的煅烧工业氧化铝[7,10]㊂此外,瓷件A 中K 2O +Na 2O 含量为3.62%,而瓷件B㊁C 中K 2O +Na 2O 含量仅分别为3.21%和3.14%,由于配方中的K 2O +Na 2O 主要由钾长石引入,因此NGK 在瓷件配方中加入了更多的钾长石㊂研究[11]表明,配方中增加工业氧化铝用量或减少钾长石用量,都会使瓷件的烧成温度提高㊂因此为了达到相同的烧成效果,瓷件B 和C 的烧成温度应该要高于瓷件A㊂表1㊀瓷件主要化学组成Table 1㊀Main chemical composition of porcelainsSample No.Mass fraction /%SiO 2Al 2O 3Fe 2O 3TiO 2CaO MgO K 2O Na 2O BaO A 53.4139.910.810.260.120.23 3.110.51 1.52B 46.3247.220.820.380.200.25 2.950.26 1.45C 48.4445.240.920.430.180.29 2.930.21 1.25图2㊀瓷件的XRD 谱Fig.2㊀XRD patterns of porcelains 2.1.2㊀物相组成对比3个瓷件的XRD 谱见图2,物相定量分析结果列于表2㊂从表2中可以看出,3个瓷件均由刚玉㊁石英㊁莫来石和玻璃相组成,但是在物相含量方面存在较大差异㊂瓷件A 内部总晶相含量最低,仅为39.89%,而瓷件B㊁C 内部总晶相含量相对更高,分别为48.10%和49.01%㊂瓷件A 内部刚玉相含量也是最低的,仅为26.58%,而瓷件B㊁C 内部刚玉相含量均在36%以上,这是因为瓷件B 和C 在配方中加入了更多的煅烧工业氧化铝粉㊂瓷件中的刚玉一般由原料直接引入,㊀第6期袁志勇等:三种典型直流特高压用氧化铝电瓷组成㊁结构与力学性能的对比研究2209在电瓷的烧成温度下刚玉在熔体中的溶解度很小,并且在烧成温度较高或保温时间较长时,刚玉晶体可以发生长大[12]㊂虽然瓷件A在配方中加入了较多的石英原料,但是在瓷件的物相组成中其石英相含量仅为3.06%(明显低于瓷件B和C),表明其石英原料在瓷件烧成过程的高温阶段参与反应(熔解)更加充分㊂此外,瓷件A中莫来石相含量最高,高达10.25%,A中莫来石相含量基本为瓷件B㊁C内部莫来石相含量的2倍㊂对于工业氧化铝电瓷,瓷件中的莫来石相包括一次莫来石和二次莫来石,其中一次莫来石是从高岭土的分解产物偏高岭石中生成,呈颗粒㊁鳞片或短柱状;而二次莫来石是从富铝的长石熔体中析出,主要呈针状结构[10]㊂针状莫来石能相互交织构成网状结构,起到用晶须补强玻璃类似的作用,且有利于改善晶体与玻璃体的结合状态,从而提高电瓷的机械强度㊂表2㊀瓷件的物相组成Table2㊀Phase composition of porcelainsSample No.Mass fraction/%Corundum Quartz Mullite Total crystal phase Glass phase A26.58 3.0610.2539.8960.11B36.207.12 4.7848.1051.90C37.28 6.04 5.7249.0450.962.2㊀瓷件显微结构对比2.2.1㊀瓷件内部气孔3个瓷件的表面抛光形貌如图3所示㊂从图3可以看出,3个瓷件内部的气孔在尺寸㊁形状和分布等方面都存在明显差异㊂在气孔尺寸方面,瓷件A中气孔孔径分布较集中,大部分孔径在5~15μm,基本不存在5μm以下的小气孔,偶见球形的超大气孔(见图3(a));而瓷件B和C内部以5μm以下的小气孔为主,气孔孔径明显更小㊂在气孔形状方面,瓷件A中气孔基本呈近球形,气孔边缘比较圆滑,基本不存在扁平㊁细长㊁裂纹状的气孔;而瓷件B和C内部不规则的气孔较多,气孔边缘棱角较多,瓷件B和C中均存在大量扁平㊁细长㊁裂纹状气孔(见图4),尤其是瓷件B中扁平㊁细长㊁裂纹状气孔的长度超过80μm(见图4(a))㊂在气孔分布方面,瓷件A中气孔呈独立状态均匀分布在整个瓷件中,而瓷件B和C中均存在一定数量的聚集型㊁联通型气孔,见图3(f)和图3(i),此外瓷件B和C中还存在环绕颗粒周边的环状气孔和裂纹(见图5)㊂2210㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷图3㊀瓷件表面抛光形貌Fig.3㊀Polished surface morphology ofporcelains 图4㊀瓷件中的扁平㊁细长㊁裂纹状气孔Fig.4㊀Flat,slender and cracked pores inporcelains 图5㊀瓷件中颗粒周边的环状气孔和裂纹Fig.5㊀Annular pores and cracks around particles in porcelains ㊀㊀综上,瓷件B 和C 内部气孔形状不规则,且存在较多扁平㊁细长㊁裂纹状气孔和聚集型㊁联通型气孔,其根本原因是,相较于日本NGK,国内两个厂家在烧成阶段的体系内高温熔体的黏度更低㊂一方面,瓷件B 和C 在配方中钾长石㊁石英更少,即使在烧成过程中钾长石和石英均完全熔解,烧成阶段体系内高温熔体的黏度也更低㊂另一方面,国内两个厂家瓷件配方中工业氧化铝用量更高㊁钾长石用量更低,瓷件的烧成温度需更高,而实际上瓷件B 和C 的烧成温度并没有相应提高(瓷件中残余石英更多),配方中的石英颗粒(包括黏土原料带入的石英和额外添加的石英粉)未能很好地溶解于高温液相中,进一步导致高温熔体的黏度偏低㊂此外,对3个瓷件中的真气孔率进行了分析对比,利用阿基米德排水法分别测试了3个瓷件的体积密度,参照‘耐火材料真密度试验方法“(GB /T 5071 2013)测试3个瓷件的真密度,瓷件的真气孔率按公式(1)进行计算㊂第6期袁志勇等:三种典型直流特高压用氧化铝电瓷组成㊁结构与力学性能的对比研究2211㊀P =1-ρb ρt ()ˑ100%(1)式中:P 为真气孔率,%;ρb 为体积密度,g /cm 3;ρt 为真密度,g /cm 3㊂3个瓷件的体积密度㊁真密度㊁真气孔率结果见表3㊂结果表明,瓷件A 的真气孔率最高,高达8.70%,其次为瓷件B,其真气孔率为5.24%,瓷件C 的真气孔率较低,仅为4.18%,这与扫描电子显微镜观察到的结果相一致(图3(c)中气孔面积占图片总面积的比率明显高于图片3(f)和图3(i))㊂表3㊀瓷件的体积密度㊁真密度㊁真气孔率Table 3㊀Bulk density ,true density and true porosity of porcelainsSample No.Bulk density /(g㊃cm -3)True density /(g㊃cm -3)True porosity /%A 2.52 2.768.70B 2.71 2.86 5.24C 2.76 2.89 4.18按照陶瓷材料断裂力学的观点,材料破坏起因的内部缺陷包括气孔或多孔区㊁混入的杂质㊁异常生长的晶粒以及由于这些缺陷造成的结构不均匀性或各向异性,这些都作为应力集中源而降低了材料的强度,而其中气孔的危害是较大的㊂一般而言,气孔的存在使材料的有效承载面积降低,使裂纹扩展所需的能量降低[13-14]㊂研究表明,直径小于20μm 的球形㊁均匀分布的气孔对电瓷机械强度具有一定积极作用,而瓷件内部存在的扁平㊁细长㊁裂纹状㊁聚集型㊁联通型等异常气孔,在外力作用下会成为应力集中区域,从而成为瓷件断裂的根源[15]㊂瓷件B 和C 内部存在较多的异常气孔,这必然引起瓷件强度的不可预估,导致瓷件强度分散性大㊁质量稳定性和可靠性低㊂2.2.2㊀瓷件内部晶相3个瓷件的瓷件表面腐蚀形貌如图6所示,3个瓷件的瓷件能谱全元素面扫描结果见图7㊂从图6(a)~(c)和7(a)中可以观察到,瓷件A 以刚玉和莫来石为主晶相㊂瓷件A 中刚玉相均匀地分布在瓷件中,刚玉相基本都呈板状,尺寸都在10μm 以上㊂瓷件中存在大量的莫来石晶相,二次莫来石呈棒状或针状穿插在刚玉颗粒之间形成很好的相互交织状态,二次莫来石晶体细长㊁交联程度高㊁发育好,但未发现有二次莫来石异常长大的现象㊂同时可见少量的石英颗粒,石英颗粒都被熔蚀带包围,且粒径均在20μm 以下㊂相较于瓷件A,瓷件B㊁C 中刚玉相明显更多,刚玉相除板状外,还有呈细小的颗粒状,尤其是瓷件C 中存在大量的粒径在3μm 以下的粒状刚玉,见图6(h)㊁6(i)和7(c)㊂瓷件B㊁C 中存在的莫来石晶相更少,并且莫来石相更细更短㊁交联程度更低㊁发育不充分,见图6(f)㊁6(i)和7(b)㊂此外,瓷件B㊁C 中石英颗粒更多更大,甚至存在30μm 以上的大石英颗粒,见图6(d)㊁7(b)和6(g)㊁7(c)㊂电瓷产品中存在的大石英颗粒(大于30μm),一方面,石英与玻璃相的膨胀系数相差较大,在冷却时,两者收缩不一致,最终导致石英颗粒与玻璃相的界面上产生环状气孔和裂纹(见图5);另一方面,在烧成的冷却阶段,石英颗粒会在573ħ发生晶型转变,引起体积突变,产生收缩应力,所以在石英晶体内部也会产生较大尺寸的显微裂纹(见图8),这些显微裂纹在外力作用下会成为瓷件断裂的根源,所以大石英颗粒对产品性能不利[16]㊂由此可见,瓷件B 和C 内部存在的大石英颗粒,会导致瓷件强度分散性大㊁质量稳定差㊁安全性和稳定性低㊂2212㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷图6㊀瓷件腐蚀形貌Fig.6㊀Corrosion morphology ofporcelains 图7㊀瓷件的能谱全元素面扫描Fig.7㊀Energy spectra of all-element surface scanning forporcelains 图8㊀瓷件中的大石英颗粒Fig.8㊀Large quartz particles in porcelains第6期袁志勇等:三种典型直流特高压用氧化铝电瓷组成㊁结构与力学性能的对比研究2213㊀2.3㊀力学性能对比3个瓷件头部试条的三点弯曲强度测试结果见表4㊂结果表明,瓷件A头部试条的三点弯曲强度平均值为140MPa,低于瓷件B和C的155和158MPa㊂这是因为国内两个厂家在瓷件配方中加入了更多的煅烧工业氧化铝,瓷件B和C中存在更多的刚玉相,刚玉相含量增加可提高电瓷的机械强度[10]㊂从表4中还可以看出,瓷件A头部试条三点弯曲强度值均在132~148MPa,强度标准差仅为5.9MPa,分散性小㊂而瓷件B和C头部试条三点弯曲强度的标准差分别达到了13.6和11.7MPa,强度分散性较大,这是因为瓷件B和C内部存在大量的异常气孔和大石英颗粒,它们引起瓷件强度的不可预估,导致瓷件强度分散性大,这与瓷件显微结构分析结果相一致㊂表4㊀瓷件的三点弯曲强度Table4㊀Three-point bending strength of porcelains/MPaSample No.Single value12345678910AveragevalueStandarddeviationA132140134137148143148144136134140 5.9B16313417314716614215916513916615513.6C17715914813816317016215114916615811.7综合分析国内两个厂家与国外NGK瓷件在内部组成和微观结构方面存在的差异,为提高国内两个厂家瓷件的性能,主要应降低强度分散性㊁提高质量稳定性和可靠性,关键要降低瓷件中的石英相含量(尤其是大石英颗粒的含量)和避免异常气孔(包括扁平㊁细长㊁裂纹状气孔以及聚集型㊁联通型气孔)的形成,具体可以采取以下几方面措施:1)在瓷件配方上,应适当减少高温氧化铝的用量,并增加石英和钾长石的用量㊂通过减少高温氧化铝的用量和增加钾长石的用量,降低体系的理论烧成温度;增加配方中的石英用量,提高烧成过程中高温状态下液相的黏度,有效避免异常气孔的产生㊂此外增加钾长石的用量,还能增加高温状态下体系中液相总量,有利于针状二次莫来石的析出㊂2)在原料选用上,要严格控制石英原料的粒度,尽可能选用63μm及更细的石英原料,可以单独对石英原料进行研磨以达到更细的粒度㊂3)在烧成工艺上,采用高温快烧工艺㊂在瓷件的烧成温度范围之内,应尽量选用较高的烧成温度,因为体系温度越高,越有利于石英颗粒的熔融,最后在瓷件中残留下来的石英颗粒越少,石英颗粒尺寸越小;采用快烧工艺,尽可能缩短高温阶段的保温时间,这样可以有效避免瓷件中聚集型㊁联通型等异常气孔的产生㊂3㊀结㊀论本文对比分析了三种典型的直流特高压用工业氧化铝电瓷在组成㊁结构与力学性能方面存在的差异㊂结果表明,与国外NGK相比,国内两个厂家由于在瓷件配方中加入了更多的煅烧工业氧化铝㊁更少的钾长石和石英,并且没有根据配方适当提高烧结温度,因此国内两个厂家的瓷件有如下几方面特点:1)在化学组成上,Al2O3含量高5%~8%,SiO2含量低5%~7%,K2O+Na2O总含量低0.4%~0.5%㊂2)在物相组成上,内部总晶相含量高近10%,其中刚玉相高10%,石英相高4%㊁莫来石相少4%;莫来石相更细更短㊁交联程度更低㊂3)在微观结构上,真气孔率低5%~8%,内部气孔以5μm以下的小气孔为主,孔径普遍更小,存在较多扁平㊁细长㊁裂纹状的异形气孔,以及环绕颗粒周边的环状气孔和裂纹;莫来石相更细更短㊁交联程度更低,存在30μm以上的大石英颗粒,且大石英颗粒内部存在裂纹㊂4)在力学性能上,瓷件头部试条三点弯曲强度平均值高于NGK,但是两者的强度分散性更大㊂参考文献[1]㊀郭㊀雁,肖汉宁,胡文华.研磨方式对电瓷坯料粒度分布及性能的影响[J].硅酸盐通报,2011,30(5):1131-1135.GUO 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等静压成型熔融石英陶瓷的研究
第26卷第2期 硅 酸 盐 通 报 Vol.26 No.2 2007年4月 BULLETI N OF T HE CH I N ESE CERAM I C S OC I ETY Ap ril,2007 等静压成型熔融石英陶瓷的研究郝洪顺1,崔文亮2,3,宋 涛2,王树海2,张联盟3,董 峰2,杨显锋2,崔唐茵2,李海滨2(1.山东理工大学材料学院,淄博 255049;2.山东工业陶瓷研究设计院,淄博 255031;3.武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室,武汉 430070)摘要:介绍了等静压成型熔融石英陶瓷的技术,研究了水分含量、粒径分布、粘合剂的加入量及烧成温度对制品的成型性能、体积密度、弯曲强度和显气孔率等性能的影响。
结果表明:当水分含量在0.3%～1.0%(质量分数)之间,粒径分布为双峰分布,P VA加入量为1.5%,最高烧成温度为1250℃时,能成功制备出性能优异的熔融石英陶瓷天线罩。
关键词:熔融石英;石英陶瓷;等静压成型;成型方法The Fabr i ca ti on of Fused S ili ca Ceram i cs by Isost a ti c Pressi n gHAO Hong2shun1,CU I W en2liang2,3,SON G Tao2,WAN G Shu2hai2,ZHAN G L ian2m eng3,DON G Feng2,YAN G X ian2feng2,CU I Tang2yin2,L I Hai2bin2(1.Dep t.of Materials Science and Engineering,Shandong University of Technol ogy,Zibo255049,China;2.Shandong R.&D.I nstitute of I ndustrial Cera m ics,Zibo255031,China;3.State Key Lab.of Advanced Technol ogy f orMaterials Synthesis Pr ocesing,W uhan University of Technol ogy,W uhan430070,China)Abstract:The manufacture of fused silica cera m ics by is ostatic p ressing was intr oduced.The relati onshi p was intr oduced bet w een water content、particle size distributi on、additi on of bonding2agent、sinteringte mperature and for m ing perf or mance、density、flexural strength、por osity etc.The results show that when water content is0.3%～1.0%,particle size distributi on has t w o summ its,P VA additi on is1.5%,sinteringte mperature is1250℃,fused silica cera m ic radome with excellent perfor mance can be p r oduced.Key words:fused silica;silica cera m ics;cold is ostatic p ressing;f or m ing method 熔融石英陶瓷具有热震稳定性优异、热膨胀系数小、导热率低、耐玻璃及金属液侵蚀等特点,因此在玻璃、冶金、有色金属等行业被广泛应用,如玻璃窑炉供料机用冲头、料碗、匀料筒、供料道等,玻璃熔化用坩埚、浮法玻璃窑用闸板砖,冶金用水口、塞棒、金属带材热处理辊底炉用辊套、低压铸铝机用升液管、航天用导弹整流罩等等。
气孔率、吸水率及体积密度测定
气孔率、吸水率及体积密度测定
测定陶瓷原料、坯泥与坯体在不同煅烧温 度下的气孔率、吸水率、体积密度及体积收缩， 就能确定原料与坯泥的烧结温度和烧结温度范 围，帮助制定合理的烧成温度曲线；同时，通 过对坯体气孔率、吸水率、体积密度的测定， 了解制品的物理性质。
一、实验原理：
本实验根据阿基米德原理，用液体静力
称重法进行测定的。 由于液体浮力的作用，利用在空气和液 体中称重的差值等于被试块所排开的同体积 液体的重量，可求得其气孔率、吸水率及体 积密度。
二、实验仪器与设备：
三பைடு நூலகம்实验步骤：
1、试样置于电热烘箱中于105～110℃下干
燥2h，并于干燥器中自然冷却至室温，称其 质量m1。 2、将试样浸渍于液体（水）中1h饱和，称 其表观质量m2。 3、从浸液中取出试样，擦去表面液体，迅速 称其质量m3。
四、结果计算：
材料密度及气孔率的测量
材料密度、吸水率及气孔率的测定一．目的在无机非金属材料中，，有的材料部是有气孔的，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，也是进行其它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。
在这些材料的生产中，测定这三个指标对生产控制有重要意义。
本实验的目的：1．了解体积密度、气孔率等概念的物理意义；2．掌握体积密度、气孔率的测定原理和测定方法；3．了解体积密度、气孔率测试中误差产生的原因及防止方法，二．原理密度的物理意义是指单位体积物质的质量。
颗粒密度和材料吸水率、气孔率的测定都是基于阿基米德原理。
将粉末浸入可润湿粉体的液体中，抽真空排除气泡，计算颗粒排除液体的体积。
便可计算出颗粒的密度。
当颗粒的闭气孔全部被破坏时，所测密度即为颗粒的真密度，否则为颗粒的有效密度。
与此类以，可以将块体材料视为大的“颗粒”，采用类似颗粒测试的方法测定材料的吸水率、气孔率。
粉体材料的密度，可以分为颗粒的真密度，有效密度，松装密度和振实密度。
测定颗粒的真密度必须采用无孔材料，一般情况下，颗粒的密度指的是颗粒的有效密度。
无机非金属材料难免含有各种类型的气孔。
块体材料如水泥、瓷等制品，含有部分大小不同，形状各异的气孔。
浸渍时能被液体填充或与大气相通的气孔称为开口气孔；不能被液体填充或不与大气相通的气孔称为闭口气孔。
块体材料中固体材料的体积、开口及闭口气孔的体积之和称为总体积。
材料所有开口气孔的体积与其总体积之比称为开口气孔率或显气孔率；材料所有闭口气孔的体积与材料总体积之比称为闭口气孔率；材料所有气孔的体积（开口和闭口气孔体积之和）与其总体积之比称为真气孔率。
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。
三．实验设备材料密度和气孔率测定的装置如图35-1所示。
阿基米德原理介绍
阿基米德原理介绍阿基米德原理是古希腊著名数学家和物理学家阿基米德提出的计算浮力的公式，主要内容是浸入液体中的物体会受到一个向上的浮力，而这个浮力的大小正好等于物体排开的液体的总重量，下面是店铺为你搜集阿基米德原理的相关内容，希望对你有帮助!阿基米德原理介绍阿基米德原理是古希腊著名数学家和物理学家阿基米德提出的计算浮力的公式，主要内容是浸入液体中的物体会受到一个向上的浮力，而这个浮力的大小正好等于物体排开的液体的总重量，而阿基米德原理不仅可以用在浸入水中的物体中，也可以用在空气中的物体中，阿基米德认为浮力的大小只跟液体的密度和物体排开液体的体积有关，跟别的因素没有关系。
阿基米德原理是流体静力学中一个重要的原理，传说中阿基米德之所以发现这个浮力原理是因为他跨进澡盆洗澡时，看见由于人体进入了澡盆而水面上升，就受到了启发，发现了这个不仅适用于液体也适用于空气中的著名原理。
但阿基米德原理也有局限性，这个原理只适用于那些全部或者一部分进入静止流体的物体，阿基米德原理要求物质体的下表面必须和流体接触，如果没有完全同流体接触的话，阿基米德原理计算结果是不准确的，而且流体也不能相对于物体有明显的位移动作，阿基米德原理算出来的数值是一个相对值，会受到很大的干扰。
根据阿基米德原理后人推导出浮力等于液体密度与物体排开液体体积的数字相乘的结论。
阿基米德原理的提出成功的为后来流体静力学的发展奠定了重要基础，而后来物理学中的稳定层结大气也同样应用到了阿基米德原理。
阿基米德是如何得出阿基米德原理的据说，叙古拉王国希望制造一块纯金的皇冠，于是就找了当地非常著名的黄金打造工匠，并且给了他一块黄金让他做成王冠，王冠做成之后，国王拿在手里感觉有点不对，他总觉得王冠不像是纯金制作的，但是因为他又拿不出证据，犹豫不决不知道要如何鉴定，这个时候他想到了阿基米德，想要阿基米德帮忙鉴定一下皇冠是否是纯金打造的。
不久之后，阿基米德面见国王并且告知皇冠里面掺假了，对此，很多的读者都不明白阿基米德是怎样发现现实的。
阿基米德排水法测密度的计算公式
阿基米德排水法是一种用水来测定物体密度的方法，利用的是物体浸入水中所产生的浮力和重力的平衡关系。
通过测量水的位移量，可以计算出物体的密度。
下面我们就来探讨一下阿基米德排水法测密度的计算公式。
一、原理介绍阿基米德原理指出，浸没在液体中的物体所受到的浮力大小等于物体排开的液体的重量。
而浮力的大小又与物体排开液体的体积成正比。
通过测量物体浸入液体前后液体的位移量，可以计算出物体排开液体的体积，从而得到物体的密度。
二、实验步骤1. 准备一个容器，并在容器中注满水。
2. 用天平测量物体的质量，并记录下来。
3. 将物体轻轻地放入容器中，使其完全浸入水中。
在物体浸入水中前后，记录下水位的变化，即可得到物体排开液体的体积。
4. 根据浮力的大小等于排开液体的重量的原理，可以通过物体的浸没深度和水的密度来计算出物体的密度。
三、计算公式根据阿基米德原理，可以得出测定物体密度的计算公式如下：密度 = 物体的质量 / （物体的密度 - 水的密度） * 浸没的体积其中，密度为所求的物体的密度，物体的质量和浸没的体积为实验中已测得的数值，水的密度可取为标准值1000kg/m³。
四、注意事项1. 在实验中要确保物体完全浸入水中，以保证测量的准确性。
2. 测量时要注意排除水的溅出或者产生气泡等情况，以保证测量的精准度。
3. 多次测量取平均值，可以提高实验结果的可靠性。
五、实验结果分析通过实验得到的物体密度与实际值的偏差情况分析，可以判断实验的准确性和可信度。
如有较大偏差，可考虑检查实验步骤和数据处理的是否存在误差。
在科学实验中，阿基米德排水法测密度的计算公式具有一定的应用价值和实验指导意义，通过实验指导学生深入理解浮力的原理和密度的计算方法，也可用于科研领域中对某些特殊形状的物体密度的计算。
希望通过本文的讲解，读者对阿基米德原理和密度计算公式有了更深入的了解。
六、相关理论深入探讨1. 阿基米德原理的应用阿基米德原理是测定物体密度的重要原理之一，除了用于测定密度外，还可以应用于其他领域。
SiC多孔陶瓷的研究与制备
S1C多孔陶瓷的研究与制备江超余少华余开明(中国轻工业陶瓷研究所江西景德镇333000)摘要采用添加造孔剂法制备SiC多孔陶瓷。
笔者研究了2种造孔剂对多孔陶瓷的吸水率、气孔率、体积密度以及抗折强度的影响，还研究了4种烧成温度对SiC多孔陶瓷的性能影响。
实验结果表明：当配方组成为SiC85%、苏州土5%、造孔剂10%,外加5%的PVA,在20MPa的压力下干压成形，于四组不同温度下烧成，在1280C下，10%的木屑和炭粉分别作为造孔剂的SiC多孔陶瓷的气孔率为32.37%和40.21%,其中以10%的木屑为造孔剂的SiC多孔陶瓷抗折强度可达55.29MPa。
关键词SiC多孔陶瓷造孔剂性能中图分类号:TQ174.75文献标识码:A文章编号：1002—2872(2020)12—0029—04Research And Preparation of SiC Porous CeramicsJIANG t Chao,YU Shaohua,YU Kaiming(Ceramic Research Institute of Light Industry of China,Jiangxi,Jingdczhcn, 333000,China)Abstract：SiC porous ceramics were prepared by adding porosity agent.'The effects of two kinds of pore making agents on waterabsorption,porosity,volumedensityandflexuralstrengthofporousceramicswerestudied.Thee f ectsoffourfiring temperaturesonthepropertiesofSiCporousceramicswerealsostudied.Experimentalresultsshowthatwhentheformula composition of SiC85%,Suzhou soil,pore—forming agent10%,5%and5%of PVA,under the pressure of20MPa dry pressing molding,in four groups of firing at different temperatures and under1280°C,10%of sawdust and coal powder as pore—forming agent,respectively,the porosity of porous SiC ceramics were32.37%and40.31%,of which10%of saw dustaspore—formingagentoftheSiCporousceramicsflexuralstrengthof55.29MPa.Keywords:SiCporousceramics;Poreformer;Performance前言SiC多孔陶瓷是一种内部结构中有很多气孔的新型功能材料。
阿基米德原理.2 阿基米德原理
＝1.0×103 kg/m3×10 N/kg×10-4 m3=1 N
例3 把两个物重相同的实心铁球和铝球（铁的密
度大于铝），浸没在水中，它们受到的浮力（B）。
A．相等
B．铝球的比铁球大
C．铝球的比铁球小
D．浮力都等于重力
【解析】 铁球和铝球的重力相等，则质量相等
ghllghlglgv物体在液体中所受浮力的大小不仅与液体的密度有关还与物体排开液体的体积有关而与浸没在液体中的深度无关
第十章 第２节 阿基米德原理
阿基米德的启示
两千多年以前，希腊学 者阿基米德为了鉴定金王冠 是否是纯金的，要测量王冠 的体积，冥思苦想了很久都 没有结果。一天，他跨进盛 满水的浴缸洗澡时，看见浴缸里的水向外溢，他忽 然想到：物体浸在液体中的体积，不就是物体排开液体
根据 r
m V
，ρ铁 ＞ρ铝 ，则V铁<V铝，
根据F浮=ρ液gV排，∴ F铝浮＞ F铁浮。
例4 如图所示,体积相同,密度不同的铅球、铁球、
铝球浸没在水中不同深度的地方，则( C )
A．铝球受到的浮力最大，因为它浸入液体的深 度最大
B．铅球受到的浮力最大，因为它的密度最大 C．铅球、铁球、铝球受的浮力一样大 D．因素太多，无法判断
的体积吗？
做做想想
将易拉罐按入装满水的烧杯 中，感受浮力与排开的液体 的关系。
物体浸在液体中的体积 = 排开液体的体积
回顾：浮力大小与哪些因素有关？ 浮力大小，跟它浸在液体中的体积和液体的密度有 关。浸在液体中的体积越大、液体的密度越大，浮 力就越大。
猜想
浮力大小，跟它排开液体的体积和液体的密度有 关。排开液体的体积越大、液体的密度越大，浮 力就越大。
阿基米德原理介绍
阿基米德原理介绍1.阿基米德原理是什么1.1定义浸在静止流体(气体或液体)中的物体受到一个浮力，其大小等于该物体所排开的流体的重量，方向垂直向上，通过被排开流体的质心。
1.2公式1.公式F浮=G排=ρ涂·g·V排单位:F浮——Nρ涂——千克/米3g%%——牛顿/千克V排——米32.推导阿基米德原理：根据浮力产生原因，上下表而的压力差:以边长为a的正方形铁块为例，沉没水中时水深h。
上表面压强p1=ρg(h-a), 压强等于液体密度乘以g乘以深度，水总的深度是h，下表面压强p2=ρgh 水中正方体高a，正方体上表面距离水面h-aF浮=a^2 p2-a^2 p1 浮力等于下表面压力减去上表面压力，压力等于压强乘以受力面积=a^2[ρgh-ρg(h-a)] 正方体底面积是边长的平方a^2=a^2ρga=a^3ρg=Vρg铁块体积就是排开水的体积。
1.3浮力的有关因素浮力只与ρ液，V排有关；与ρ物(G物)，h深和V物无直接关系。
1.4阿基米德被发现的故事阿基米德发现的浮力原理奠定了流体静力学的基础。
传说海伦国王召见阿基米德，请他鉴定纯金王冠是否掺假。
他冥思苦想了很多天，在踏进浴缸洗澡的时候，从看到水上涨中获得灵感，有了关于浮体的重大发现，通过皇冠排出的水解决了国王的问题。
在著名的《论浮体》一书中，他按照各种固体的形状和比重的变化来确定其浮于水中的位置，并且详细阐述和总结了后来闻名于世的阿基米德原理：放在液体中的物体受到向上的浮力，其大小等于物体所排开的液体重量。
从此使人们对物体的沉浮有了科学的认识。
2.阿基米德原理的适用范围2.1适用范围适用于液体和气体。
阿基米德原理适用于全部或部分浸没在静态流体中的物体，要求物体的下表面必须与流体接触。
如果物体的下表面没有完全与流体接触，例如被水淹没的码头、插入海底的沉船、打入湖底的桩等。
，在这样的情况下，此时水的力不等于原理中规定的力。
如果相对于物体有明显的水流，这个原理就不适用。
【免费下载】阿基米德原理基础知识讲解
阿基米德原理（基础） 【学习目标】1.知道浮力的大小跟排开液体所受重力的关系；2.理解阿基米德原理；3.能利用阿基米德原理求浮力、体积、密度。
【要点梳理】要点一、浮力的大小探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系（1）实验器材：溢水杯、弹簧测力计、金属块、水、小桶（2）实验步骤：①如图甲所示，用测力计测出金属块的重力；②如图乙所示，把被测物体浸没在盛满水的溢水杯中，读出这时测力计的示数。
同时，用小桶收集物体排开的水；③如图丙所示，测出小桶和物体排开的水所受的总重力；④如图丁所示，测量出小桶所受的重力。
⑤把测量的实验数据记录在下面的表格中：次数物体所受的重力/N 物体在水中时测力计的读数/N 浮力/N 小桶和排开的水所受的总重力/N 小桶所受的重力/N 排开水所受的重力/N123…（3）结论：金属块所受的浮力跟它排开的水所受重力相等。
要点二、阿基米德原理1.内容：浸在液体中的物体受到向上的浮力，浮力的大小等于它排开的液体所受的重力。
2.公式：F G m g gV ρ===浮排排液排要点诠释：①“浸在”包含两种情况：一是物体有一部分浸在液体中，此时；二是物体全部没入液体中，此时。
通过管线敷设技术，不仅可以解决吊顶层配置不规对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料试卷相互作用与相互关系，根据生产工艺高中资料试卷要求，对电气设备进行空电力保护装置调试技术，电力保护高中资料试卷配置技术是指机组在进行继电保②“浮力的大小等于物体排开液体所受的重力”，这里要注意浮力本身是力，只能和力相等，很多同学常把这句话说成“浮力大小等于物体排开液体的体积”。
力和体积不是同一物理量，不具有可比性；这里所受的重力，不是物体所受的重力，而是被排开液体所受的重力。
③由，可以看出，浮力的大小只跟液体的密度和物体排开液体的体积两个因素有关，而跟物体本身的体积、密度、形状，与在液体中是否运动，液体的多少等因素无关。
实验九 气孔率、吸水率及体积密度的测定 - 江苏工业
体密度的原理公式：
D = m1DL m1 − m2
测出上式中相关数据，并带入公式，即可计算处待测物体在温度 t℃时的密 度。
气孔率（孔隙度）是指材料中气孔体积与材料总体积之比，通常分为真气孔 率，显气孔率（也称开口气孔率）和闭口气孔率。所谓显气孔率系指试样的所有 开口气孔的体积与其总体积之比值。闭口气孔率是指所有闭口气孔的体积与其总 体积之比值。真气孔率是指试样中的全部气孔，即显气孔率与闭口气孔率的总和。 吸水率是试样所有开口气孔所吸收的水的质量与其干燥试样的质量之比值，实际 生产中万网 采用吸水率来反应材料的显气孔率。上述各项皆以百分数表示。
表1水在常用温度下的密度温度密度gcm3温度密度gcm3温度密度gcm30099987160998973209950520999971809986234099440410000020099823360993716099997220997803809929980999882409973240099224100999732609968142099147120999522809962644099066140999273009956746098982五实验结果一记录表表2材料吸水率气孔率体积密度测定实验记录表测定人试样名称测定日期试样号干试样质量m1123456饱和试样的表观质量m2饱和试样在空气中的质量m3吸水率显气孔率真气空率闭口气孔率体积密度kgm3二计算1吸水率wa
m1- m2 = VDL m1：在空气中称量物体时，所得物体的质量； m2：在液体中称量物体时，所得物体的质量； V：物体的体积； DL：液体的密度。 这样将物体浸于已知密度的液体中，通过测定物体质量即可求得其体积。由 于浸于浸液中的物体受到液体静压力的作用，因此这种测量方法被称为“液体静 力称重法”。 在工程测量中，忽略空气浮力的影响，进一步推导可以得到用称重法测定物
F浮=G排=ρ液gV排阿基米德原理内容
（5）阿基米德原理同样适用于气体。
阿基米德原理的应用
1.轮船是浮体 F浮=G物
2.潜水艇靠改变自身重力实现沉浮。
3.密度计：测液体的密度，刻度上小下大 4.气球和气艇靠改变物体浸没在空气中的体 积来改变受到浮力实现升降。
在死海中，人为什么能悠闲地浮在水面上看书？说 明人受到的浮力跟哪一个因素有关？ 这是因为人受到了海水的浮力，浮力跟海水的密度有关。
猜想2：浮力可能与物体的 体积有关 观察实验： ⒈把同一物体浸入相同的液体中的不 同深度。 ⒉两个弹簧测力计的读数一样吗？
分别是多少？
⒊容器中的液体的液面发生什么样的变化？ ⒋实验说明了什么问题？
猜想3：浮力可能与物体浸入液体的深度有关
设计实验：
⑴
⑵
⑴、把鸡蛋放入清水中，观察出现的现象。
⑵、在清水中加入盐，改变水的密度，再观察出现的现象。
实验现象： ⑴、在清水中，鸡蛋下沉。
⑵、清水中加入食盐后，盐水的密度增大，鸡蛋慢慢上浮直至 漂浮的状态。
实验结论：猜想1 是正确的，浮力的大小跟液体的密度有关。
金属块 托力 重力
加水后弹簧为什么伸长了
液体或气体对浸在其中的物体 有竖直向上的托力，物理学中 把这个托力叫浮力
浮力的方向：竖直向上压力与上表面压力差。 F浮=F下表面-F上表面
空气中弹簧测力 计的示数为G
水中弹簧测力计 的示数为F‘
实验分析： ①、同一物体浸入相同的液体中，浸在液体中的体积不同， 弹簧测力计的读数也不相同。 ②、液体的液面随着物体浸在液体的体积的增大而升高。
③、浸在液体中的体积也叫做物体排开液体的体积。
实验结论：
在猜想2中，浮力的大小跟物体排开液体的体积有关。
在大海中，轮船是用会在水 里下沉的铁制做的，但是轮船却 不会沉入海底，这是利用了什么 道理呢？ 实验探究2：
阿基米德原理各个量的单位
阿基米德原理各个量的单位阿基米德原理是描述液体或气体中物体受力的原理。
该原理表明，被浸入液体中的物体所受到的浮力大小等于物体排开液体所占据的体积与液体的密度的乘积。
在这里，我们将介绍阿基米德原理中涉及的各个量的单位。
液体密度的单位是千克每立方米（kg/m³）。
这是液体物质的质量和体积的比率。
例如，水的密度为1000 kg/m³。
物体体积的单位是立方米（m³）。
它是液体中被物体所占据的空间的大小。
在实际中，一个物体的体积可以通过测量其长度、宽度和高度，并将其相乘来计算。
物体质量的单位是千克（kg）。
质量是指物体所包含的物质的总量。
质量也可以理解为物体对于外力的抗拒能力。
浮力的单位也是千克（kg）。
浮力是指液体对于被浸入其中的物体的向上作用力。
换句话说，浮力是液体中被物体所排开的液体所产生的向上的反作用力。
重力的单位是牛顿（N）。
在物理中，重力是指地球对物体的吸引力。
它可以通过物体在地球表面所受的重量来量化。
例如，一个100千克的物体会受到约980牛顿的重力作用力。
由于液压的作用力也是牛顿（N），因此为了更好地理解阿基米德原理，我们还需要了解液压的单位。
液压是指在液体中发生的压力变化所导致的作用力。
例如，当一个人在一个由液体填充的容器上施加了压力，液体会移动并对容器施加压力。
此时，容器所受的压力就是液压力，它的单位是牛顿。
最后，我们需要注意的是，密度的单位也可以是克每立方厘米（g/cm³）。
这是因为在科学实验和工业应用中，一些物体的密度更容易量化为克每立方厘米而不是千克每立方米。
在这种情况下，物体质量的单位将会变成克（g）。
总的来说，了解阿基米德原理中各个量的单位是非常重要的。
这有助于我们更好地理解并应用这个原理，以及在实践中进行更准确的测量和计算。
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阿基米德排水法侧体积密度和气孔率
体积密度和气孔率测定
一．实验原理
材料的体积密度定义为不含游离水的材料的质量与其总体积（包括固体材料的实占体积和全部孔隙所占体积）之比。
当不含任何孔隙时，材料的质量与材料的实占体积之比则为其理论密度。
孔隙分开孔隙（与表面相通，又称显孔隙）和闭孔隙（不与表面相通）两种，由粉末经烧结制备的陶瓷材料通常或多或少地含有这两种孔隙。
体积密度一般用称量法来测定，气孔率测定也可以借助于体积密度的测定来进行。
1．体积密度测定：按其定义，材料的质量不难精确测定，但其体积即使通过量具也不能准确测定，利用基于阿基米德原理的液体静力称量法，却能很容易解决这一问题。
由阿基米德定律可知，浸于液体中的试样所受到的浮力等于该试样排开的液体的重量，液体静力称量法是，将试样浸没于已知密度(d L)的液体中，试样用质量很小的细金属丝悬挂于天平称物端，要保证试样完全浸没又不与盛放液体的容器壁、底相接触，盛放液体的容器由支架支撑住、不与天平称盘接触，称出试样浸于液体中时的质量W2，另外称出试样在完全干燥状态下在空气中的质量W1，浮力为W1-W2=V d L，试样的体积V即可测出。
对烧结致密程度高的结构陶瓷而言，开孔隙极少，可忽略，其体积密度可以下面原理公式表示：
d= = （式1）
式中W2应为不计悬挂丝质量时试样悬浮浸没于液体中的质量，故实际称量时应分别称得试样连悬挂丝一起悬浮浸没于液体中的质量W2/和悬挂丝单独悬浮浸没于液体中的质量
W n，W2= W2/- W n；当用电子天平进行液体静力称量时，运用去皮功能（TAR）可排除W n后，直接称得W2。
用于浸渍的液体要求密度小于待测试样，对试样材料润湿性好、不发生反应、不使试样溶解或溶胀，常用蒸馏水、无水乙醇及煤油等，以水最为常用，故液体静力称量法有时称作排水法。
当陶瓷或其它无机材料（如水泥制品、耐火材料）存在不可忽略的一定数量的开气孔时，式1中的V还需包括开气孔的体积。
为此测定时按有关标准规定，必须使液体浸渍进入所有开气孔内，将试样置于烧杯内放在插有抽气口和注水口的真空干燥器中，抽真空至真空度小
于2.66kPa，保压5min排除开气孔内空气，然后在5min内缓缓注入浸渍液体（如蒸馏水）完全浸没试样，再保压5min，将烧杯取出在空气中静置30min；用一饱和了浸液的毛巾小心地轻拭去已浸渍试样表面多余的液体，注意不可将开孔中的液体吸出，立即称量浸渍试样在空气中的质量W3。
体积密度的公式为：
d= (式2)
2．气孔率测定：气孔率指材料中气孔体积与材料总体积之比，开（显）孔率、闭孔率则分别为开气孔、闭气孔的体积与材料总体积之比。
由上述可知，
开孔体积V开=，则开孔率P（开）=×100%（式3）
普通陶瓷（如墙地砖）工业生产中常以吸水率来表示开孔率大小，
吸水率P（吸）=×100%（式4）闭孔由于完全封闭在材料内无法测定其体积，可借助于体积密度的测定间接计算出。
此时必须知道材料的理论密度d T, 材料的理论密度数据可从相关文献资料查得。
如无现成数据时，对单一晶相的结构陶瓷，可用X射线衍射法测定晶相的晶胞参数，运用结晶化学知识，计算出晶胞体积，进而算出晶相的理论密度；对复相陶瓷，当不同晶相间化合作用很弱时，可用加和法求之；当不同晶相间存在不明化合作用时，在科研中还可用热压或热等静压制备几乎无气孔的试样，以其体积密度作为理论密度。
可从下面式5、式6计算闭孔率P（闭）：总孔率P（总）=×100% （式5），式中d 为体积密度，d T为理论密度；
闭孔率P（闭）= P（总）- P（开）（式6）。
对烧结致密程度高的结构陶瓷，其闭孔率近于总孔率，直接用式5计算即可。
且习惯上以相对密度ρ=(d/d T) ×100% 表示材料的致密化程度，并评价其烧结工艺。
三．实验设备与器材
1．液体静力天平，机械式天平或电子天平，精度0.1mg，量程 200g；
2．真空干燥器、真空计、带三通旋塞的连接玻管、注液瓶、缓冲瓶、小型真空泵；
3．烘箱、小电炉、超声清洗器；
4．烧杯、镊子、小毛巾、细铜丝网；
5．蒸馏水。
四．实验步骤
1．待测试样（可用实验七留存的试样或其它试样）作好编号标记，在超声清洗器中清洗7—10分钟，烘箱中于110℃烘干至恒重，冷至室温后称取各试样在空气中质量W1。
2．浸渍试样：试样放在烧杯中（可多个一起放），对烧结致密程度高的结构陶瓷试样，以蒸馏水浸没试样后，把烧杯在小电炉上煮沸5min后连水冷却至室温，即可进行液体静力法称重，试样不需从水中取出；对需测开孔率的其它试样，则将烧杯置于真空干燥器中，先抽真空再浸渍蒸馏水，依次逐一取出试样，用一饱和了浸液的毛巾小心地轻拭去已浸渍试样表面多余的液体，注意不可将开孔中的液体吸出，并立即称量浸渍试样在空气中的质量W3。
3．用镊子小心地依次逐一把试样放在液体静力天平的盛物金属丝网中，注意在放样或取出样时切不可将水洒在天平的称量部位上，并确保试样和丝网浸没于水面下一定深度，且不与盛水容器的壁、底相碰；称量浸渍试样在水中的质量 W2/或W2（用有TAR键的电子天平时），网重 W n（不必每个试样测，电子天平无须测）。
各称量精确至1mg。
4．将各试样测得的数据代入上面各有关公式计算体积密度、开孔率，并按给定的理论密度计算总气孔率、闭孔率及相对密度。
蒸馏水密度d L取 1g/cm3计算，体积密度单位为g/cm3，
有效数字修约到三位，百分数修约到小数点后两位。
五．注意事项
1．本实验所用天平为精密天平，务必按规定方法细心使用；对机械杠杆式天平，放入、取出试样和增减砝码时一定要在天平关闭状态下进行；为减少加砝码的盲目性，可先用一般药物天平对试样的干重进行粗测；天平用后一定要卸去全部砝码、游码，旋钮置于关闭态。
电子天平要先预热数分钟，并检查零点和TAR键，用后按off键。
2．为保证称量的可靠性，应尽可能减少影响称量准确性的因素；试样取放必须用镊子，从水中取出试样必然会带出少量水，数次后水位会有所降低，从而影响悬挂丝网排开水的体积，并影响浮力，故必须保持一定水位，适时用洗瓶少量补充水；取放试样时不得将水洒在天平的称量部位上。