烧结金属多孔材料性能.

第二章烧结金属多孔材料性能检测

烧结金属多孔材料广泛应用于过滤与分离、气体分布、消声、阻燃等领域。使用目的不同，性能表征方法不尽相同。即使同一种多孔材料的同一个性能，也会因为检测方法的不同产生较大的结果偏差，对使用者及设计者带来许多不便和误解。因此，了解多孔材料性能的检测方法及性能表征方法，结合使用情况，选择适合的检测方法来评价多孔材料的性能，对多孔材料的设计、应用都会带来很大的好处。

烧结金属多孔材料的性能一般分为结构特性和应用特性。结构特性是材料本身所固有的物理性能，主要包括孔隙度、密度、比表面积、孔径、孔径分布、流体渗透性能、强度等。应用特性包括过滤性能、热传导性能、吸声性能等。

2.1密度、孔隙度、开孔率的测定

2.1.1直接测量计算法

用量具（卡尺、千分尺等）直接测量多孔材料的外形尺寸，根据形状计算出多孔材料的体积。称量经过干燥处理后多孔材料的质量，按下式计算得到多孔材料的密度（表观密度）值。

式中ρ—多孔材料的表观密度，g/cm3；

m—多孔材料的质量，g；

V—多孔材料的表观体积，cm3。

依据多孔材料的表观密度，结合多孔材料基体材料的理论密度，按1.4式计算即可得到孔隙度。此方法简便、快捷，不破坏被测试的样品。直接测量计算法只适用于外形规整多孔材料的密度、孔隙度的测量。

2.1.2流体静力学法

流体静力学法是以阿基米得原理为基础度，通过在液体（水或乙醇）中称重的办法测出试样的表观体积，从而经过计算出试样的密度，基本的计算公式为2.1式。

为了得到试样表观体积，在空气中测试完试样的质量后，需要将试样的孔隙用浸渍介质（机油等）浸润，然后在液体中称重。浸润用油应根据多孔材料孔隙的大小选择，孔隙大油液粘度高，孔隙小油液粘度低。孔隙浸润方法分为油浸润和表面覆盖两种。油浸润又分为完全浸润和部分浸润两种方法，完全浸润法是测试试样开

孔率所必须使用的方法。

完全浸润法是将试样放入盛油的容器内（试样浸没在油中），然后置于真空装置中进行真空处理，抽空直到油的表面不再出现气泡为止。为了防止浸入的油液流出试样，试样需在油中保留一段时间以提高油的黏度。部分浸润法是直接在热油中浸润试样，直到不再有气泡出现。

表面覆盖法也称为表面涂层法。在多孔试样的表面涂上一层薄膜，依靠薄膜的表面张力防止水浸入孔中。用于涂膜的材料有凡士林、硅液、石蜡等。

首先称量不含油试样烘干后的质量m2，然后根据试样孔隙特性选择适合的试样浸润方法，将试样的孔隙浸渍饱和，此后取出试样，去除试样表面过剩的浸润介质，注意防止将孔隙中的浸润介质吸出而造成结果偏差。

浸润试样悬吊在一根细丝上，在空气和水中称量试样和丝的总质量。在空气中称量浸润试样的总质量m4，再将试样置于水中或其它密度已知的液体中称量得到

，试验用水应进行脱气处理。图2.1、图2.2、图2.3示出了称量试样的悬吊方法，测试中使用的金属吊丝应尽可能细，金属吊丝的最大直径参照表2.1。

图2.1

图2.2

图2.3

测试体积减去丝的体积即为多孔试样的体积。通过称量在空气中以及浸入相同深度的水中丝的质量得到丝的体积。

为了除去附着在试样和称样装置上的气泡，可在水中加入几滴0.05%（体积百分数）～0.10%（体积百分数）的湿润剂（推荐采用六偏磷酸钠）。试样和水应处于相同的温度下。通常的试验温度在18℃~22℃之间,水的密度依据表2.2查出。

试样体积V（cm3），由2.2式计算出，试样密度ρ（g/cm3），由公式2.3计算出。

式中ρw—测试用水或其它液体在测试温度下的密度， g/cm3。

多孔材料的表观密度计算出后，结合多孔材料基体材料的理论密度，按1.4式计算得到材料的孔隙度。

多孔材料开孔率的测定需要测出开孔体积，试样处理方法只能采用完全浸润法。测试方法和步骤与密度、孔隙度的基本一致。由于要得到开孔体积，试样浸润完成后，从油中取出试样，把油沥干并清除试样表面过量的油，称量含油试样的质量m3，然后按照密度和孔隙度的测试办法完成试样测试，由2.4式计算得到开孔率。

式中ρ2 —为浸润用油在测试温度下的密度，单位为g/cm3。

2.1.3简化流体静力学法

简化流体静力学法是一种简便测量多孔材料密度的方法，测试选用浸润性较好的液体，在液体中直接测试多孔材料的体积，计算出多孔材料的密度。首先称量经过干燥处理后多孔材料的质量m2（g），然后与流体静力学法相同，在空气和液体中分别称量试样的重量m4（g）、m´4（g），则试样体积V（cm3）及试样密度分别由2.2、2.3式计算得到。

简化流体静力学法得到的密度值介于表观密度与有效密度之间，主要反映多孔材料的闭孔隙情况。为了有别与流体静力学法，可以将简化流体静力学法称为“排液法”或“直接排液法”[1]。在常压下，浸润性较好的液体很容易浸入多孔材料的开孔中，但是，受孔道阻力及孔道中封入气体压力的影响，较细开孔中不可能完全被液体浸透，这样排液法测量的体积包含了全部闭孔体积和稳定状态时孔道中不能排出的气体体积。

采用排液法测量了不同孔隙结构的等静压成型的烧结不锈钢多孔材料、轧制成型的烧结钛多孔材料、挤压成型的多孔钨的密度（ρ1），测试完成后按流体静力学法测试了相同试样的试样密度ρ（即表观密度），结果见表2.3、表2.4、表2.5。

2.1.4显微镜分析法

显微镜分析法是通过在显微镜下观察孔隙部分的截面积A p（mm2），以及

观测部分的总截面积A（mm2），按2.5式计算出孔隙部分截面积占总截面积的

百分数来求出多孔材料的孔隙度。

将孔隙等效为圆形孔，根据视场内孔尺寸的平均值及总孔隙的个数计算

出孔隙部分的截面积A p，也可以根据孔径分布及各孔径孔隙的个数计算。受方

法限制，显微镜分析法无法观测到闭孔，所以其测试结果不能完全反映多孔材

料的实际孔隙状况。显微镜分析法只适合于只有少量闭孔的多孔材料。由于观

察到的是试样表面部分的形貌，样品应尽可能保持试样原有形貌，以免造成结

果的偏差。由于孔隙形状不规则，截面积的统计计算有一定的困难。由球形粉

末加工的烧结金属多孔材料、金属膜、烧结金属丝网采用显微镜分析法效果要

好一些。