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多孔性材料孔隙度测定以及其对材料性能的影响

2020.4.27

多孔性材料孔隙度测定以及其对材料性能的影响

在大多数粉末冶金应用中，由金属粉末冶金通过压制与烧结的材料都是多孔性的。作为结构零件，要求孔隙度低，但在其他应用中，对于有特殊功能需要的产品则要求孔隙度可控。粉末冶金多孔性材料中应用zui广泛的是自润滑轴承、金属过滤器及金属电极。

多孔性材料的材质种类繁多，应用范围及其广泛，结构和使用特性涉及到很多方面，并且由于使用目的不同对材料的性能要求及其表征形式也各异，因此，在研究多孔性材料时，了解其检测方法就显得很有必要。

一般多孔性材料系是指孔隙度在15% 以上的材料。由于大量空隙的存在，使得它在性能方面与材质相同的致密材料有着很大的差别。比如较高的孔隙度将导致机械强度、导热、导电与耐腐蚀等性能的下降。但是，多孔性材料的广泛应用也正是由于空隙的存在。。孔隙特性是多孔材料的基本特性之一。多孔隙材料的的其他一些重要性能都能直接或者间接的与其孔隙特性相关。因此正确地测定孔隙度是分析多孔材料性能的重要手段之一。下面介绍两种常用的测定孔隙度的方法：液体静力平衡法和漂浮法。

液体静力平衡法测定孔隙度——真空浸渍法其原理是：首先把试样洗净称得其在空气中的重量G1；然后在真空状态下，将试样浸入100℃的石蜡-泵油的混合介质中，使介质浸渍到开孔里，直到试样周围不再冒泡全部开孔为介质饱和为止，将浸渍介质温度降到60~70℃（略高于介质熔点），取出试样放入沸水中充分洗涤，除去表面多余的杂质。然后用滤纸把试样表面的上的水珠吸掉，称重得G2；再将试样放在蒸馏水中称重得G3。开孔隙度

浸渍的介质还可以使用经过除气的油，二甲苯和苯甲醇。这种方法对一般多孔材料的测定可以得到很好的结果，优点在于表观体积测定比较准确，且操作简便。值得注意的是浸渍的液体分子不可能浸渍到所有的孔隙中去，特别是窄缝部分更是如此，导致部分开空隙会被当做闭孔隙处理。

漂浮法测定多孔材料的孔隙度的精度要比真空浸渍法要高，其测定的测定偏差可以控制在0.1%以下，特别是对低孔隙度（即高相对密度）烧结制品的孔隙度测定更为有效。其原理是：将一试样与一浮体组成一个系统，并且将此系统置于液体（例如水）中，如果此系统的密度恰好与此时液体的密度相等，那么系统将静止在水中不动；相反如果此系统的密度比液体的密度大或者小，则系统将下沉或者上升。由于系统对浮力的微小差异也就是对液体密度的微小变化非常敏感，这就使测定具有很高的灵敏性。同时由于液体的密度又随温度而地变化着，因此只要能准确地知道该液体在那种温度下的密度，就可以地得出系统的密度。实测中，首先将一基准的已知密度的试样与浮体组成这种系统，使之产生漂浮，然后将欲测密度的试样代替基准试样，也使之产生漂浮。通过比较就能求出未知试样的孔隙度。如果基准试样为同质料的致密材料，孔隙度可以通过下面的公式算出

多孔性金属材料应用在过滤器的目的是去除流体如石油、汽油、制冷剂、聚合物熔体、水悬浮液、空气或其他气体流体中的小固体颗粒。过滤器要求要求材料具有合适的力学强度、能滤出规定尺寸的固体颗粒、流体的透过性、良好的环境耐腐蚀性。因此制作过滤器的多孔性金属材料时要充分研究对多孔性金属材料的影响因素。材料的性能取决于粉末的粒度和孔隙度，对于316L不锈钢粉末制成的过滤器，粒度越大、孔隙度越高材料的凝滞透过性系数越高，过滤器的级别也越高。可见过滤器的级别是通过控制过滤器的孔隙度和压制用的粉末的粒度级来确定的。

多孔性材料的另一个重要的利用是电极。通常是有镍粉制成。多孔性镍电极有两种用途：碱性电池和燃料电池。在不同的电池中，电极上发生的反应也是不同的，因此对电极材料的要求也是不同的。碱性电池必须拥有很高的孔隙度，在这些电极的多孔性结构必须能容纳下大量的电池活性物质，在正极为氢氧化镍，负极为氢氧化镉。燃料电池电极是由等轴状而不是纤维状羰基镍粉制成，这种电极需要较低的孔隙度和将孔径严格控制在3~8um范围以内。

多孔性材料的孔隙度特征在含油轴承，消声器设备等等设备的制造时都是要充分考虑的重要影响因素。

多孔性材料的制备是一种特殊的冶金技术，是一种制造高新材料的重要工艺，有时也是*办法。只从烧结金属含油轴承以来，随着汽车产业的发展，该技术的将材料的制备与发展结合在一起充分得到了发展。多孔性材料的应用很大程度上解决了日常生产中出现的很难解决或者不能解决的问题。随着科学技术的不断发展已经对粉末冶金的不断研究，多孔性材料的更多影响因素的控制也在不断的发展，推动了材料科学的发展。

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周锦帆