GB/T 21650.1-2008
Распределение пор по размерам и пористость твердых материалов методами ртутной порометрии и газовой адсорбции. Часть 1: Ртутная порометрия. (Англоязычная версия)

Стандартный №

GB/T 21650.1-2008

язык

Китайский, Доступно на английском

Дата публикации

2008

Разместил

General Administration of Quality Supervision, Inspection and Quarantine of the People‘s Republic of China

Последняя версия

GB/T 21650.1-2008

сфера применения

Обзор стандарта и техническая база

GB/T 21650.1-2008 «Определение распределения пор по размерам и пористости твердых материалов методами ртутной интрузионной порометрии и газовой адсорбции. Часть 1: Ртутная интрузионная порометрия» — международный стандарт, принятый в моей стране в качестве эквивалента ISO 15901-1:2005. Он конкретно определяет технические требования к определению распределения пор по размерам твердых материалов методом ртутной интрузионной порометрии. Этот метод основан на принципе проникновения несмачивающей жидкости в пористое тело под внешним давлением. Информация о распределении пор по размерам получается путем измерения объема ртути, поступающей в образец при различных давлениях.

---

Основные принципы и область применения ртутной интрузионной порометрии

Теоретической основой ртутной интрузионной порометрии является уравнение Уошберна, которое устанавливает количественную зависимость между внешним давлением и размером пор: P = -4γcosθ/D, где P — внешнее давление, γ — поверхностное натяжение ртути, θ — контактный угол, а D — размер пор. На практике максимальное внешнее давление составляет приблизительно 400 МПа, что соответствует минимальному измеряемому диаметру пор приблизительно 0,003 мкм. Максимально измеряемый диаметр пор зависит от глубины образца и обычно составляет около 400 мкм.

Этот метод подходит для большинства несмачиваемых пористых материалов, но не подходит для амальгамированных материалов, таких как золото, алюминий и восстановленная медь. Материалы, которые деформируются, сжимаются или разрушаются под внешним давлением, также требуют особого внимания.

---

Требования к приборам и материалам

Технические требования к дилатометру образца

Дилатометр образца, как основное измерительное устройство, должен иметь капиллярную трубку с постоянным внутренним диаметром. Объем капилляра должен составлять от 20% до 90% от ожидаемого объема пор и пустот образца. Исходя из различных характеристик образца, стандарт рекомендует использовать дилатометр образца объемом от 1 см³ до 15 см³. Порозиметр должен быть способен измерять низкое давление (до как минимум 0,2 МПа) и высокое давление (до примерно 400 МПа). Точность измерения объема должна быть в пределах ±1% от общего измеренного объема, а точность измерения давления должна быть в пределах ±1% от полного диапазона шкалы датчика или ±2% от фактических показаний. Характеристики материала ртути: Ртуть, используемая для измерения, должна быть аналитической чистоты с чистотой не менее 99,4%. Поверхностное натяжение ртути обычно составляет 0,480 Н/м, а угол смачивания — 140°; эти параметры существенно влияют на расчетные результаты. Стандарт подробно описывает методы отбора проб для различных форм образцов: объемные образцы следует нарезать на небольшие кусочки размером приблизительно 1 см³; образцы порошка следует отбирать с помощью ротационного пробоотборника или представительного пробоотборника лоткового типа; а образцы пленки или листа следует отбирать с помощью полосок или перфорированных дисков. Предварительная обработка обычно включает нагрев до 110 °C в вакуумной печи при давлении 3 Па в течение 4 часов, однако крайне важно убедиться, что предварительная обработка не повлияет на пористые свойства образца. Процесс измерения состоит из двух этапов: измерения при низком и высоком давлении. Перед введением ртути в дилатометр необходимо создать вакуум не менее 3 Па. Давление наполнения должно быть менее 5 кПа. Измерения проводятся методом непрерывного, пошагового или ступенчатого повышения давления. Регистрируются внешнее давление и соответствующий объём введённой ртути.

Фаза измерения	Диапазон давления	Соответствующий диаметр пор	Основные технические требования
Измерение при низком давлении	≤0,2 МПа	Анализ макропор	Примечание: поправка на статическое давление
Измерение при высоком давлении	До 400 МПа	Минимум 0,003 мкм	Контроль скорости нагнетания давления

---

Методы анализа данных и расчета

Расчет распределения размеров пор

The Washburn Уравнение используется для преобразования показаний давления в диаметры пор. Объём впрыскиваемой ртути связан с массой образца. Стандарт подчёркивает необходимость корректировки статического давления ртути над образцом. Обратите внимание, что пространство между уложенными друг на друга образцами также учитывается как поры.

Расчёт удельного объёма пор и удельной площади поверхности

Удельный объём пор V_p рассчитывается на основе максимального значения распределения размеров пор, включая пористость между частицами материала, пористость внутри уложенных друг на друга частиц образца и любое изменение объёма, наблюдаемое на поверхности образца. Удельная площадь поверхности S_Hg рассчитывается путем интегрирования, предполагая, что образец не содержит пор в форме чернильницы и не деформируется под приложенным давлением.

Тип параметра	Формула расчета	Физическое значение	Примечания
Средний диаметр пор	Значение, соответствующее 50% объема пор	Центральное значение распределения размеров пор	Отражает тенденцию концентрации размеров пор
Средний диаметр пор	4Vp< /sub>/SHg	На основе цилиндрической поры Модель	Предполагая идеальную геометрию пор
Удельная площадь поверхности	Интегрированный расчет	Общая площадь внутренней поверхности пор	Требуется поправка на холостой опыт

---

Пример анализа эталонного образца оксида алюминия

В Приложении А к стандарту приведены полные результаты анализа порометрии с проникновением ртути для эталонного образца оксида алюминия массой 0,9145 г. Анализ данных показывает: Удельный объем проникновения ртути 0,5771 см³/г, Удельный объем пор 0,5450 см³/г, Удельная площадь поверхности 10,011 м²/г, Медианный диаметр пор 228,2 нм и Средний диаметр пор 51,6 нм. В этом исследовании подробно описан весь процесс обработки от исходных данных до конечных результатов, включая такие ключевые этапы, как преобразование давления/размера пор, коррекция объема и построение кривой распределения, что обеспечивает важную справочную информацию для практического применения. Стандарт требует регулярной калибровки датчиков давления, систем измерения объема и датчиков вакуума с прослеживаемостью калибровки до аккредитованной организации. Требование к точности калибровки датчика давления составляет ±1% от полной шкалы или ±2% от фактических показаний. Метод испытания производительности рекомендует использовать сертифицированный стандартный материал (CRM) или другой стандартный материал (RM) для проверки производительности поромера, чтобы гарантировать точность и сопоставимость результатов измерений. Другие стандартные материалы должны быть прослеживаемы к сертифицированному стандартному материалу. Метод проникновения ртути измеряет как внутричастичную, так и межчастичную пористость и, как правило, не позволяет различать эти два типа пор. Для отверстий в форме чернильницы рассчитанная площадь отверстия может быть неверной. Под внешним давлением некоторые материалы могут деформироваться, сжиматься или разрушаться, что требует поправки на сжимаемость образца.

Стандарт конкретно предупреждает о мерах предосторожности при использовании ртути и требует соблюдения соответствующих правил и рекомендаций по защите персонала, использующего ртуть в моей стране.

---

Рекомендации по внедрению стандарта

Лабораторные условия

Создайте лабораторную среду, соответствующую требованиям стандарта, включая контроль температуры и влажности, системы вентиляции и средства защиты от ртути. Оснастить необходимым калибровочным оборудованием и стандартными образцами и создать комплексную систему управления качеством.

Обучение операторов

Операторы должны проходить систематическую техническую подготовку и быть знакомыми с принципами ртутной порометрии, работой приборов, обработкой данных и мерами предосторожности. Регулярно участвовать в мероприятиях по проверке квалификации, чтобы гарантировать, что их технический уровень постоянно соответствует требованиям стандарта.

Контроль качества данных

Ввести строгую процедуру контроля качества данных, включая записи калибровки приборов, записи обработки образцов, хранение необработанных данных и проверку результатов. Регулярно проверять стабильность измерительной системы с использованием стандартных образцов, таких как оксид алюминия. Внедрение GB/T 21650.1-2008 обеспечивает единую техническую спецификацию для области характеристики отечественных материалов, способствует стандартизации и сопоставимости ртутной порометрии в научных исследованиях и промышленных приложениях и имеет большое значение для повышения уровня технологии характеристики материалов в моей стране.