陶瓷比重密度天平
論及精密陶瓷材料的性質(zhì)時,,測試其總體密度是件必要的事,。此由于孔隙的數(shù)量及其分布情形,,對材料的強度、彈性模數(shù),、抗氧化性,、耐磨耗性,以及其它重要的性質(zhì)均有重大的影響,。故針對此關鍵問題,。本公司依據(jù)ASTM C373規(guī)范,將陶瓷體的總體密度給予敘述,。
陶瓷比重密度天平依其產(chǎn)品的形狀可分三種方法來測定:
1:如果陶瓷體為簡單的幾何形狀<諸如實心圓柱體或長方形棒條>,,其體積可的測出,則其總體密度<Bulk>可由干燥重量除以實測的體積來決定,。以下是一些簡單幾何形狀的總體密度計算案例:
實心圓柱體 Bc = D/Vc = D/(pr2h)
長方形棒條或平板 Br= D/Vr = D/(lwh)
Bc,,Br和Vc,Vr分別為實心圓柱體和長方形棒條的總體密度和體積,。
D:為所測試之形體的重量
r:為半徑,,h:為長度,l:為長度,,w:為寬度,。p =3.14。
2:形狀復雜之物體的總體密度則可由阿基米得原理來測試,,此法為根據(jù)物體在空氣中的重量與其在水中所測試之形體的重量,,以計算其體積。若欲測試之精密陶瓷組件沒有與表面相通之孔隙,,則可直接浸于水中測試即可,。
3:若組件含有與表面相通的孔隙,則有下列幾種測試方法:
A:封蠟法:必須涂上一層已知比重的蠟或其它不透水原料MDJ-300C
B:真空防水處理:利用真空法將樣品開放孔隙內(nèi)的氣體除去,,使溶劑能充滿樣品的開放孔隙,。MDJ-300S
C:水煮沸法:根據(jù)美國材料測試學會ASTMC373的規(guī)范,首先得測出欲測物之干重(W1),,在將欲測物放在水中蒸煮5小時,,然后在水中冷卻24小時。接著測試其在空氣中的濕重(W2)和在水中之濕重(W3),。MDJ-300C
由以上的各種方法則可直接測出總體密度,、開放性孔隙率、吸水率和視比重,,并
可間接測出密閉性孔隙率,。只是ASTMC373所花費的時間太長,比較不合乎經(jīng)濟
效益。計算方式如下:
外部的體積 V = W2 – W3
總體密度 D = W1/V=W1/(W2 – W3)
視孔隙率 P =(W2-W1)/V
不透水材質(zhì)的體積 = W1 – W3
視比重 T =W1/(W1-W3)
吸水率 A = (W2-W1)/W1
視比重可與真比重做一比對,,以估計密閉孔隙的百分率,。
3-1:燒結(jié)法之Bulk density(封蠟法)
(1) 先將未封蠟的試樣放在室溫下一小時候稱其重量,記為W1,。
(2) 將蠟一層層刮下來,,以磁性攪拌機加熱其融化,將試樣放入,,使其覆蓋一層蠟以封住表面的孔隙,。封蠟完成后使其在室溫下冷卻30分鐘后秤重,記為W2,。
(3) 將封蠟的試樣放入25℃的水槽中秤重,,記為W3。
(4) 如不知道蠟的密度,,必須先測量其密度,,記為F(可用天平稱重,以水位之上升量體積,,計算密度)。
(5) 以下式來計算 Bulk density = W1/{ W2- W3 - [ (W2-W1) / F] }
3-2:燒結(jié)法之Bulk density(煮沸法)
(1) 先將樣品放在150℃的爐中加熱,,使孔隙中的水分全部跑掉,,然后使其干燥后,稱重記為W1,。
(2) 將去離子水煮沸后,,試樣放入煮半小時(要使試樣沈在水面下,但不要碰到底和旁道),,在水中冷卻1小時(此法乃簡化之方法),。
(3) 試樣在水中吸水后,將外表稍擦干,,稱重記為W2,。
(4) 試樣在水中秤重記為W3。
(5) 依照實驗原理可計算得:
A. 樣品體積V=W2-W3 B. open pore體積= W2-W1
C. 實體部分體積= W1-W3 D. 視孔隙率P= (W2-W1)/V*100
E. 吸水率A= (W2-W1)/W1*100 F. 視比重T= W1/(W1-W3)
G. Bulk density B= W1/V
3-3:燒結(jié)法之Bulk density (真空防水處理)
- 將電源開關轉(zhuǎn)向ON
- 先設定*段真空時間,、第二段真空時間及溫度的設定
- 將加熱開關打開加熱,,加熱燈即亮起,待加熱燈熄滅后即加熱完成
※如液體不需加熱,,加熱開關即切向OFF
- 把待測樣品放入真空槽內(nèi)將真空蓋蓋好 (圖一),,按下*段真空鈕抽取真空 (圖二) 并確認蓋子上方壓力泄出鈕是否有轉(zhuǎn)緊
- 待*段真空抽取停止后再按液體注入/卸除鈕,液體會注入真空槽內(nèi)(圖三),,待至適當?shù)囊后w量即可放開液體注入/卸除鈕
- 按第二段真空鈕抽取真空,,時間到即會自動停止 (圖四)
- 將真空槽蓋子上方壓力泄出鈕轉(zhuǎn)松,壓力慢慢卸除后取出樣品,即真空抽取完成
- zui后按住液體注入/卸除鈕讓液體慢慢流回內(nèi)部槽內(nèi)
- 使用完畢后將加熱電源及電源開關切/轉(zhuǎn)向OFF
※ 如遇操作,、設定錯誤或中斷真空抽取,,按RESET鈕機臺會立即中斷真空抽取動作,無需等到設定真空抽取時間,,而浪費許多時間
陶瓷材料的比重及密度測試
I. 前言
比重或密度為陶瓷材料的重要基本特性之一,,由比重的量測結(jié)果可得知陶瓷材料的孔隙及相結(jié)構(gòu)。對某些固熔體(Solid Solution)物質(zhì),,比重甚至可用于鑒定物質(zhì)的化學成份,;于比重的測試時,需考慮三個主要影響因素
(1)測試方法的選用
(2)物質(zhì)的均勻性
(3)操作者的疏失,。
常被量測的比重或密度有(1)理論密度,,(2)真比重,(3)視比重,,(4)體比重,。
以下指出真比重、視比重及體比重的量測差別,,在于所包括的孔隙不同而使用的量測也不同,。
種類 | 量測的體積 | 測試的方法 |
理論密度 | 純物質(zhì)的結(jié)晶構(gòu)造 | X-RAY |
真比重 | 物質(zhì)的真實體積 | 比重瓶法 |
視比重 | 物質(zhì)的真實體積+封閉孔隙 | 阿基米得法 |
體比重 | 物質(zhì)的真實體積+封閉孔隙+開放孔隙 | 計算體積或阿基米得法 |
2、實驗步驟
a. 理論密度(Theoritical Density)
理論密度系指單一結(jié)構(gòu)材料的結(jié)晶密度大小,,所使用的方法為以X光繞射法求得物質(zhì)的結(jié)晶構(gòu)造及其大小,,依X光繞射所得結(jié)果計算單一結(jié)晶的體積及其所包含的原子重量,再計算其密度,。使用此一方法需確定物質(zhì)內(nèi)原子的排列方式及其結(jié)晶大小,。
b. 真比重(True Density):
真比重系量測物質(zhì)(單一物質(zhì)或混合物質(zhì))在不含孔隙狀態(tài)下的真實比重。為確定待測物質(zhì)為不含封閉孔隙,,需先將物質(zhì)研磨成比200目還細的粉末,,再以比重瓶法求其比重-真比重,如圖二所示,。其量測方法如下,;
1. 將研磨后的粉末置于110oC的烘箱或真空烘箱內(nèi)烘干24小時,以確保粉體不吸附水氣,。
2. 秤取比重瓶的空瓶重W1,。
3. 將烘干的粉末倒入比重瓶內(nèi)并秤其重量W2。
4. 將溶劑倒入比重瓶內(nèi),,直到溶劑能*覆蓋粉末為止,。溶劑的選擇以能濕潤粉體的溶劑為佳,一般以去離子水為優(yōu)先考慮,。
5. 將濕潤后的粉末置于一真空系統(tǒng)中,,抽氣一小時,。以除去粉末間的氣體或?qū)⑷軇┲蠓幸恍r,除去粉末間的氣泡,。
6. 若采用煮沸法須將樣品靜置至室溫,。
7. 將溶劑加至比重瓶的體積標線并秤其重量W3。
8. 清洗比重瓶將溶劑加至比重瓶的標線,,秤取溶劑與瓶重W4,。
c. 視比重(Apparent Density)及體比重(Bulk Density)
視比重為包含待測物內(nèi)密閉孔隙所測得之比重,體比重則為包含待測物內(nèi)的密閉孔隙與開放孔隙所測得的比重,。視比重與體比重皆可以阿基米得法量測,。其量測方法如下;
1. 將樣品置于110oC烘箱或真空干燥箱內(nèi)烘干二十四小時,,以除去樣品開放孔隙內(nèi)的水氣,。
2. 秤得干燥樣品的重量W1。
3. 將樣品置于溶劑(一般常使用蒸餾水為溶劑)內(nèi),,使用煮沸法或真空法將樣品開放孔隙內(nèi)的氣體除去,,使溶劑能充滿樣品的開放孔隙。
4. 將樣品自溶劑內(nèi)取出,,并擦拭其表面,,以除去樣品表面的溶劑并秤其重量W2。
5. 秤取樣品水中重W3,。
6. 計算方法:
d. 相對密度(百分比密度,,Specific Relative Density)
相對密度為所求得之胚體的視密度與構(gòu)成胚體材料真密度的比值,此密度值一般常為陶瓷工程師或研究人員所采用,。由相對密度的數(shù)值大小可得知胚體的致密程度。
水的溫度-密度表:
t1 3C | d1 m/ml | t1 3C | d1 gm/ml |
0 | 0.99987 | 45 | 0.99025 |
3.98 | 1.00000 | 50 | 0.98807 |
5 | 0.99999 | 55 | 0.98573 |
10 | 0.99973 | 60 | 0.98324 |
15 | 0.99913 | 65 | 0.98059 |
18 | 0.99862 | 70 | 0.97781 |
20 | 0.99823 | 75 | 0.97489 |
25 | 0.99707 | 80 | 0.97183 |
30 | 0.99567 | 85 | 0.96865 |
35 | 0.99406 | 90 | 0.96534 |
38 | 0.99299 | 95 | 0.96192 |
40 | 0.99224 | 100 | 0.95868 |