第七章粉末材料孔隙性能与复合材料强韧化
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原理：利用汞对固体表面不润湿的特性，把汞用一 定压力压入多孔体的孔隙中以克服毛细管阻力。
第七章粉末材料孔隙性能与复合材料强韧化
假设在孔壁光滑的直圆柱形毛细管孔内，当作用在 液面与孔壁的接触线的平面法线方向上的压力
与同一平面上表面张力在法线方向上的分量 平衡，则：
p-对汞所施压强，MPa γ-汞的表面张力，N/m α-汞对试验材料的润湿角，度
由于孔隙的存在，多孔材料具有大的比表面和优良的 透过性能，以及易压缩变形、吸收能量好和质量轻等 特性。这些孔隙度特性是粉末冶金多孔材料的基本特 性，也是它们得到广泛应用的基本原因。
第七章粉末材料孔隙性能与复合材料强韧化
(1) 粉末材料孔隙度和孔径的测定
多孔材料的密度和孔隙度常采用真空浸渍法来测定。 浸渍试样的方法和粉末真密度的测定方法相同。
第七章粉末材料孔隙性能与复合材料强韧化
AutoPore Ⅳ 9520全自动压 汞仪， 最大压力6万磅(414 MPa)，孔径测量范围30 埃 －1000微米
第七章粉末材料孔隙性能与复合材料强韧化
美国麦克仪器公司高性能全自动压汞仪
E. Gregorová, W. Pabst / Journal of the European Ceramic Society 31 (2011) 2073–2081
第七章粉末材料孔隙性能与复合材料强韧化
Process control and optimized preparation of porous aluminaceramics b第七y章粉s末t材a料r孔c隙h性能c与o复合n材s料o强韧l化idation casting
第七章粉末材料孔隙性能与复合材料强韧化
课外请大家比较汞压入法和气体吸 附法的原理和适用范围。
将清洗干净的
试样在空中称
重w1
真空状态下浸渍液体介 质，使全部开孔隙饱和 后取出试样，除去表面
多余介质
按公式计算烧结
再一次在空中称
试样的密度和孔
重w2 ，然后在水中称
隙度
第七章粉末材料孔隙性能与复合材料强韧化
重w3
第七章粉末材料孔隙性能与复合材料强韧化
wk.baidu.com
目前测定孔径及其分布的方法很多，主要有：
汞压入法、气泡法、离心力法、悬浊液过滤法、透过 法、气体吸附法、 射线小角度散射法和显微镜分析法 等等，其中使用较多的是汞压入法。
金属粉末材料
粉末材料
颗
粉末冶金复合材料
粒 金属间化合物
材 料 陶瓷
传统陶瓷 现代陶瓷
MMC 复合材料
CMC
第七章粉末材料孔隙性能与复合材料强韧化
PMC
2. 粉末材料的孔隙度特性
一般粉末冶金材料是金属和孔隙的复合体: a. 有低于1～2 %残留孔隙度的致密材料
b. 有10 %左右孔隙度的半致密材料 c. 有＞ 15 %孔隙度的多孔材料 d. 有高达98 %孔隙度的泡沫材料
第七章粉末材料孔隙性能与复合材料强韧化
D-孔隙直径，µm
汞压入法测定多孔材料孔径分布的方法如下:
将试样置于膨胀计中，并放入充汞装置内，在真 空条件（真空度为1.33～0.013Pa）下，向膨胀计充汞， 浸没试样。压入多孔体的汞量是以与试样部分相联结 的膨胀计毛细管内汞柱的高度变化来表示的。为了使 汞进入孔径小于1.22 µm的孔径，必须对汞施加高压。 随着对汞所施压强的增加，汞逐渐地充满到小孔隙中， 直到开孔隙为汞所填满为止。从而得到汞压入量与压 强的关系曲线，并由此可求得其开孔孔径分布。
第七章粉末材料孔隙性能与复合材料强韧化
（2）粉末多孔材料的透过性能
对于过滤器、含油轴承和其他多孔材料来说，透 过性能是一种很重要的孔隙度特性。研究流体通过 多孔材料的透过性能，可为设计、工艺和应用提供 参考数据。
在多孔体中，当作用在流体上的压差较小，流速
较低，流体的雷诺数Re小于临界雷诺数Re临界时，
摩尔根对于过滤材料推荐如下公式
第七章粉末材料孔隙性能与复合材料强韧化
当孔径较小时，液体与气体的透过系数相差可达 20倍。这种现象，并不是滤流的层流条件被破坏 所产生的，而是由于固体和液体的介电常数的数 量级不同，使固体表面形成过剩电场，处于固体 表面的液体附面层的物理性质与液体内部的性质 不同，使液体附面层的粘滞系数较高，并且在净 化液体中可能存在固体微粒，从而引起所谓毛细 通道“闭合”现象。 多孔材料由于对液体和气体介质的透过性均匀，具 有很好的过滤作用和均匀分流作用，可以制成各种 过滤器和流体分布元件。
第六章 粉末材料的孔隙性能与 复合材料的强韧化
1. 概述 2. 粉末材料的孔隙度特性 3. 孔隙度对粉末材料性能的影响（自学） 4.弥散强化
5.
6. 纤维强化 7.相变韧化和弥散韧化 第七章粉末材料孔隙性能与复合材料强韧化
1. 概述
陶瓷
增强剂 MMC
金属
聚合物
复合材料的范畴 第七章粉末材料孔隙性能与复合材料强韧化
第七章粉末材料孔隙性能与复合材料强韧化
气泡法测定最大孔径及孔径分布的原理与汞压入 法相同，但过程相反。它利用能润湿多孔材料的 液体介质（如水、乙醇、异丙醇、丁醇、四氯化 碳等）浸渍，使试样的开孔隙饱和，再用压缩气 体将毛细管中的液体挤出来。
气泡法仪器设备简单，操作容易。但气泡法无论 是在测定孔径分布的重复性还是测量分布区间方 面，都不如汞压入法，所测数值相当于汞压入法 所测定的孔径体积分布比较集中的贯穿孔隙部分。 气泡法与汞压入法相反，尽管测量最小孔径比较 困难，但是测量最大孔径的精确度高。
则为层流。
第七章粉末材料孔隙性能与复合材料强韧化
当有层流的流体通过多孔材料时，在单位面积上 的流速与其压力梯度成正比，通常以达尔西公式 表示
工程上为了方便，在实际测量中多采用相对透过
系数K,对于气体叫相对透气系数，对于液体叫相
对渗透系数。
第七章粉末材料孔隙性能与复合材料强韧化
应该指出，达尔西公式对实际多孔体的透过规律具有 普遍意义，但只适用于层流条件，而过滤材料往往不 一定只限于层流状态，是否属层流取决于临界雷诺数。 据测量多孔体的渗透性时发现，流体（液体或气体） 的体积流速与压差并不呈线性关系。这说明在一定压 力下，在某些孔隙大小范围内，将超过临界雷诺数而 出现紊流。关于雷诺数Re的计算，由于孔道结构复杂， 表达式也各不相同。
第七章粉末材料孔隙性能与复合材料强韧化
假设在孔壁光滑的直圆柱形毛细管孔内，当作用在 液面与孔壁的接触线的平面法线方向上的压力
与同一平面上表面张力在法线方向上的分量 平衡，则：
p-对汞所施压强，MPa γ-汞的表面张力，N/m α-汞对试验材料的润湿角，度
由于孔隙的存在，多孔材料具有大的比表面和优良的 透过性能，以及易压缩变形、吸收能量好和质量轻等 特性。这些孔隙度特性是粉末冶金多孔材料的基本特 性，也是它们得到广泛应用的基本原因。
第七章粉末材料孔隙性能与复合材料强韧化
(1) 粉末材料孔隙度和孔径的测定
多孔材料的密度和孔隙度常采用真空浸渍法来测定。 浸渍试样的方法和粉末真密度的测定方法相同。
第七章粉末材料孔隙性能与复合材料强韧化
AutoPore Ⅳ 9520全自动压 汞仪， 最大压力6万磅(414 MPa)，孔径测量范围30 埃 －1000微米
第七章粉末材料孔隙性能与复合材料强韧化
美国麦克仪器公司高性能全自动压汞仪
E. Gregorová, W. Pabst / Journal of the European Ceramic Society 31 (2011) 2073–2081
第七章粉末材料孔隙性能与复合材料强韧化
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第七章粉末材料孔隙性能与复合材料强韧化
课外请大家比较汞压入法和气体吸 附法的原理和适用范围。
将清洗干净的
试样在空中称
重w1
真空状态下浸渍液体介 质，使全部开孔隙饱和 后取出试样，除去表面
多余介质
按公式计算烧结
再一次在空中称
试样的密度和孔
重w2 ，然后在水中称
隙度
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重w3
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目前测定孔径及其分布的方法很多，主要有：
汞压入法、气泡法、离心力法、悬浊液过滤法、透过 法、气体吸附法、 射线小角度散射法和显微镜分析法 等等，其中使用较多的是汞压入法。
金属粉末材料
粉末材料
颗
粉末冶金复合材料
粒 金属间化合物
材 料 陶瓷
传统陶瓷 现代陶瓷
MMC 复合材料
CMC
第七章粉末材料孔隙性能与复合材料强韧化
PMC
2. 粉末材料的孔隙度特性
一般粉末冶金材料是金属和孔隙的复合体: a. 有低于1～2 %残留孔隙度的致密材料
b. 有10 %左右孔隙度的半致密材料 c. 有＞ 15 %孔隙度的多孔材料 d. 有高达98 %孔隙度的泡沫材料
第七章粉末材料孔隙性能与复合材料强韧化
D-孔隙直径，µm
汞压入法测定多孔材料孔径分布的方法如下:
将试样置于膨胀计中，并放入充汞装置内，在真 空条件（真空度为1.33～0.013Pa）下，向膨胀计充汞， 浸没试样。压入多孔体的汞量是以与试样部分相联结 的膨胀计毛细管内汞柱的高度变化来表示的。为了使 汞进入孔径小于1.22 µm的孔径，必须对汞施加高压。 随着对汞所施压强的增加，汞逐渐地充满到小孔隙中， 直到开孔隙为汞所填满为止。从而得到汞压入量与压 强的关系曲线，并由此可求得其开孔孔径分布。
第七章粉末材料孔隙性能与复合材料强韧化
（2）粉末多孔材料的透过性能
对于过滤器、含油轴承和其他多孔材料来说，透 过性能是一种很重要的孔隙度特性。研究流体通过 多孔材料的透过性能，可为设计、工艺和应用提供 参考数据。
在多孔体中，当作用在流体上的压差较小，流速
较低，流体的雷诺数Re小于临界雷诺数Re临界时，
摩尔根对于过滤材料推荐如下公式
第七章粉末材料孔隙性能与复合材料强韧化
当孔径较小时，液体与气体的透过系数相差可达 20倍。这种现象，并不是滤流的层流条件被破坏 所产生的，而是由于固体和液体的介电常数的数 量级不同，使固体表面形成过剩电场，处于固体 表面的液体附面层的物理性质与液体内部的性质 不同，使液体附面层的粘滞系数较高，并且在净 化液体中可能存在固体微粒，从而引起所谓毛细 通道“闭合”现象。 多孔材料由于对液体和气体介质的透过性均匀，具 有很好的过滤作用和均匀分流作用，可以制成各种 过滤器和流体分布元件。
第六章 粉末材料的孔隙性能与 复合材料的强韧化
1. 概述 2. 粉末材料的孔隙度特性 3. 孔隙度对粉末材料性能的影响（自学） 4.弥散强化
5.
6. 纤维强化 7.相变韧化和弥散韧化 第七章粉末材料孔隙性能与复合材料强韧化
1. 概述
陶瓷
增强剂 MMC
金属
聚合物
复合材料的范畴 第七章粉末材料孔隙性能与复合材料强韧化
第七章粉末材料孔隙性能与复合材料强韧化
气泡法测定最大孔径及孔径分布的原理与汞压入 法相同，但过程相反。它利用能润湿多孔材料的 液体介质（如水、乙醇、异丙醇、丁醇、四氯化 碳等）浸渍，使试样的开孔隙饱和，再用压缩气 体将毛细管中的液体挤出来。
气泡法仪器设备简单，操作容易。但气泡法无论 是在测定孔径分布的重复性还是测量分布区间方 面，都不如汞压入法，所测数值相当于汞压入法 所测定的孔径体积分布比较集中的贯穿孔隙部分。 气泡法与汞压入法相反，尽管测量最小孔径比较 困难，但是测量最大孔径的精确度高。
则为层流。
第七章粉末材料孔隙性能与复合材料强韧化
当有层流的流体通过多孔材料时，在单位面积上 的流速与其压力梯度成正比，通常以达尔西公式 表示
工程上为了方便，在实际测量中多采用相对透过
系数K,对于气体叫相对透气系数，对于液体叫相
对渗透系数。
第七章粉末材料孔隙性能与复合材料强韧化
应该指出，达尔西公式对实际多孔体的透过规律具有 普遍意义，但只适用于层流条件，而过滤材料往往不 一定只限于层流状态，是否属层流取决于临界雷诺数。 据测量多孔体的渗透性时发现，流体（液体或气体） 的体积流速与压差并不呈线性关系。这说明在一定压 力下，在某些孔隙大小范围内，将超过临界雷诺数而 出现紊流。关于雷诺数Re的计算，由于孔道结构复杂， 表达式也各不相同。