粉末材料的孔隙度特性

1、第2节粉末材料的孔隙率特性。通常，粉末冶金材料是金属和孔隙的复合材料，具有广泛的孔隙率，包括残余孔隙率小于1%和2%的致密材料、孔隙率约为10%的半致密材料、孔隙率为15%的多孔材料和孔隙率高达98%的泡沫材料。孔隙率是粉末冶金材料的一个固有特性，它对粉末冶金材料的机械、物理、化学和工艺性能有着重要的影响。粉末冶金多孔材料的基本特性：由于孔隙的存在，多孔材料具有较大的比表面积和优异的渗透性，易于压缩和变形，吸收能量好，重量轻。在普通铸件中，气孔和缺陷是常见的缺陷，也是熔化铸造法难以克服的；然而，粉末冶金材料的孔隙率、孔径和分布可以在很宽的范围内得到有效的控制和调节。1.粉末材料孔隙率和孔径的测

2、量孔隙率和密度是粉末冶金材料的基本特性，孔隙率和密度的测量是控制粉末冶金材料质量的主要方法之一。对于致密材料，样品可直接在水中称重，残余孔隙率可通过显微镜定量估算。对于有开孔的材料，为了防止液体介质进入孔隙，可以浸渍熔融石蜡、石蜡泵油、无水乙醇液体石蜡、油、二甲苯和苯甲醇，或者涂上硅油溶液、透明胶液和凡士林，使烧结体的开孔饱和或堵塞。多孔材料的密度和孔隙率通常用真空浸渍法测量。首先，将清洗后的样品在空气中称重；其次，将液体介质如熔融石蜡、石蜡油或油在真空状态下浸泡，使所有开孔饱和，然后取出样品，去除表面多余的介质；再次在空气中称重，然后在水中称重；最后，计算烧结样品的密度和孔隙率，其中：-样品

3、密度，g/cm3；l-浸渍后样品的质量，如果使用蒸馏水，密度为1g/cm3；1-空气中样品的质量，g；2-浸渍后空气中样品的质量，g；3-液体介质中称量样品的质量，g；“假合金”和组分间相互作用弱的合金的理论密度可用加法计算；否则，必须用同样的方法测量粉末的真实密度。总密度的计算公式如下：根据数据，用低蒸气压、密度稳定的苯甲醇浸渍样品，可获得良好的结果；用无水乙醇和液体石蜡浸渍样品也具有高精度。然而，浸渍介质不可能浸渍所有的孔，特别是对于填充狭窄的间隙。因此，开孔率的测量值很低。目前，测定孔径及其分布的方法很多，包括压汞法、气泡法、离心力法、悬浮过滤法、渗透法、气体吸附法、小角度射线散射法和显

4、微分析法，其中压汞法应用广泛。压汞法原理：利用汞在固体表面的非润湿性，用一定的压力将汞压入多孔体的孔隙中，克服毛细阻力。假设在具有光滑孔壁的直圆柱形毛细管孔中，当作用在液体表面和孔壁之间的接触线的平面法线方向上的压力的向上分量与在法线方向上的同一平面上的表面张力的分量相平衡时，那么：孔径：用压汞法测量多孔材料的孔径分布的方法如下：将样品放入膨胀器中，将其放入充汞装置中，并在真空条件下用汞填充膨胀器以浸没样品。压入多孔体的汞量由与样品部分相连的膨胀计毛细管中汞柱的高度变化来表示。当施加到汞上的附加压力低于大气压时，大气被引入汞填充装置，使得膨胀计中的汞能够获得测量大于1.22米的多孔镍的孔径所需

5、的压力。为了使汞的入口孔径小于1.22米，必须对汞施加高压。随着时间的推移因此，可以获得压汞和压力之间的关系曲线，并且可以获得孔径分布。压汞法测得的最小孔径约为2m。然而，因为装置结构必须具有一定的泵头压力，所以最大孔径的测量是有限的。气泡法测量最大孔径和孔径分布的原理与压汞法相同，但过程相反。它利用液体介质润湿多孔材料，使样品的开孔饱和，然后利用压缩气体挤出毛细管中的液体。鼓泡法设备简单，易于操作。然而，气泡法在测量孔径分布的重复性和测量分布区间方面不如压汞法。与压汞法相反，气泡法很难测量最小孔径，但测量最大孔径的精度很高。2.粉末多孔材料的渗透性，这是过滤器、含油和其他多孔材料的一个非常重

6、要的孔隙率特征。研究流体通过多孔材料的渗透率可以为设计、加工和应用提供参考数据。在多孔体中，当作用在流体上的压力差小时，速度低，流体的雷诺数低，为层流。对于多孔材料，临界雷诺数与孔隙中流体的雷诺数、孔隙表面的相对粗糙度以及孔隙横截面沿孔隙长度的变化程度有关。在多孔材料中，层流中的比能量损失很小(与流速的一次幂成比例)，当流体流过非常细的通道时，流速通常不是很高。下面重点研究层流条件下的流体传输规律。当层流流体通过多孔材料时，单位面积的速度与其压力梯度成正比，压力梯度通常用达尔西公式表示。为了便于工程使用，在实际测量中经常使用相对渗透系数K。它被称为气体的相对压力梯度和液体的相对渗透系数。然后，

7、等式(7-3)可以被改变为简单地表示单位面积的体积流量(Q/A)和压差(P)之间的线性关系。多孔材料可以制成各种过滤器和流体分配元件，因为它们对液体和气体介质具有均匀的渗透性、良好的过滤和均匀的分流。由于毛细作用和孔隙的堆积，粉末多孔材料具有良好的渗透性和自润滑性。孔隙的毛细作用是用各种液体物质浸泡(浸渍)多孔骨架，形成饱和物质和多孔含油层的基础。3.粉末多孔材料的表面特性。大量孔隙的存在使得多孔材料具有较大的比表面积，比表面积的大小是决定其性能的重要指标。确定开孔比表面积的方法有很多，可以用类似粉末比表面积的方法来测量。用BET法测量比表面积仅为每克十分之几平方厘米的样品是相当困难的，因此它

8、不适用于通常由粒度在微米以上的粉末制成的多孔材料。当孔隙率大于20%时，可以用透射法测量比表面积，测量结果足够精确，满足实际应用的需要。由于其表面发达，粉末多孔材料具有很强的热交换和流动介质的表面效应，可制成各种多孔电极、催化剂、发汗材料、热交换器和阻火器。由于多孔材料和流动介质之间有很大的接触面，这种接触面具有非常快速的热交换效果，因此高温部件通常被制成多孔体，并由冷却剂冷却。这种冷却方式的吸热过程一般通过三种方式实现：用冷却介质和热流反向冷却；冷却剂改变状态以吸收大量热量；喷射冷却改变了边界层的状态，将壁面与高热气流隔离开来。用多孔体灭火的原理是基于火焰通过孔时的热交换，使燃烧物质的热量通

9、过孔壁损失，从而阻止燃烧过程并熄灭火焰。换句话说，火焰在管道中的传播速度和孔径大小之间有一定的关系。当孔径减小时粉末多孔电极具有较大的比表面积和晶体缺陷，可以有效降低氢气的过电压。多孔材料的耐腐蚀性比相应的致密材料差，并且多孔材料的表面非常发达，因此与周围介质反应的能力显著增强。致密材料的腐蚀通常发生在表面，而多孔材料的腐蚀不仅发生在表面，而且发生在基体内部，腐蚀介质(尤其是液体介质)进入孔隙后很难去除。因此，由腐蚀性材料制成的多孔产品通常需要防腐处理。4.粉末多孔材料易于压缩和变形的其他特性是通过各种变形方法致密化多孔体的基础。在工业技术中，这种特性经常被用来制造密封材料。高孔隙率多孔铁的柔韧性和易压缩变形特性与铅相近。粉末多孔材料除了用作管道接头、套管和法兰的普通垫片外，还可用于密封航空燃气轮机的旋转部件，并能承受高温、高压和高速气流的作用。该粉末多孔材料具有重量轻、吸能性好的特点，可作为降噪、减震、隔热装置使用，使用效果好。消声器是一种用于控制声音衰减的部件，它被用于许多领域，从喷气工程中的吸声材料到助听器中的衰减器。通过粉末冶金控制材料密度、原始粉末尺寸