孔隙率测试，评价材料质量的重要指标

不管是日常生活还是科学研究，我们常常涉及到各种组成和结构的材料，那对于多孔材料，如何表征分析其孔特征呢？

一、孔隙率

孔隙率，是指块状材料中孔隙体积与材料在自然状态下总体积的百分比。孔隙率包括真孔隙率，闭孔隙率和先孔隙率。

材料的孔隙特征状态包括孔隙是在材料内部被封闭的，还是在材料的表面与外界连通的。如果是在材料内部被封闭的，称为“闭口孔”；如果是在材料的表面与外界连通的，则被称为“开口孔”。当然，有的孔隙在材料内部的是分割成独立的，还有的孔隙在材料内部是相互连通的状态。

在材料研究中，孔隙率的测定时对产品质量进行检定的常用方法之一。

二、孔隙率对材料性能的影响

孔隙率测试对于材料的研究和应用有着举足轻重的作用，它是评价材料密实度的重要指标，直接影响着材料的强度、硬度、抗渗性、抗冻性、吸水性等一系列性能。

强度

孔隙率增加会使材料的强度降低。孔隙会形成应力集中点，导致材料的抗拉、抗压强度降低。这是因为孔隙会破坏材料的连续性和均匀性，降低了材料的负载传递能力。

韧性

孔隙率的增加会降低材料的韧性。孔隙可以作为应力集中的起点，导致材料的裂纹扩展，进而降低其吸收能量的能力，使材料更容易断裂。

密度

孔隙率的增加会降低材料的密度。孔隙是非实体的空隙，会减少材料的质量，使其密度降低。这可能会对一些应用有所影响，比如弹性体的反弹性能。

热导率

孔隙率增加会降低材料的热导率。孔隙会形成导热路径的中断，使得热传导受阻，因此孔隙率较高的材料通常具有较低的热导率。

吸湿性

孔隙率的增加通常会增加材料的吸湿性。孔隙可以提供更多的表面积来吸收和存储水分，使材料容易吸湿，并可能导致材料在潮湿环境中发生腐蚀或损坏。

三、常见的孔隙率测试方法

称重法

称重法的原理是根据材料被液体（如水等）浸湿前后重量变化，来确定该材料的孔隙体积。

ρ=v1/（v1+v2）

v1为材料的孔隙体积，v2为材料的骨架体积

密度法

密度法的基本原理与称重法类似，只需要知道原材料的密度和表观密度，就可计算得到其孔隙率。

ρ=ρ2−ρ1/ρ2

ρ1为多孔材料的表观密度，ρ2为多孔材料的密度。

气体吸附法

气体吸附法主要是利用毛细凝聚现象和体积等效代换的原理，在假设孔的形状为圆柱形管状的前提下，建立毛细凝聚模型，进而估算样品的孔径分布特征及孔体积。

通过测量样品在不同压力条件下的凝聚气量，绘制出其等温吸附和脱附曲线，可得出其孔体积、孔径分布曲线，进而分析计算其孔隙率。

压汞法

压汞法是基于水银对固体表面具有不可润湿性，只有在压力的作用下，水银才能挤入多孔材料的孔隙中，孔径越小，所需要的压力就越大。

由水银压入量便可求出对应尺寸的孔体积。由此便可算出孔体积随孔径大小变化的曲线，从而得出多孔材料的孔径分布。连续操作压汞仪得出一系列不同压力下压入多孔材料的水银的体积，便可求出其孔径分布和总孔隙休积。

超声检测法

近年来，超声检测逐渐成为评估复合材料中孔隙含量最主要的检测技术之一，其主要思路是基于孔隙对超声信号的影响，获取超声特征参数，建立特征参数与孔隙率的关系公式，进而实现孔隙率的数值化表征。

超声检测具有应用对象广泛、缺陷定位准确、检测灵敏度高、使用方便、速度快等特点，逐渐成为评估复合材料中孔隙含量主要的检测技术之一。

材料的孔隙率是一个重要的参数，对其性质和应用有着重要的影响。在设计和使用材料时，必须充分考虑其孔隙率的影响，以达到最佳的性能和使用效果。