近日,一则上海硅酸盐所研制的多孔陶瓷毛细泵主芯首次用于高分9号卫星的新闻引起大众关注,新闻中提到的多孔陶瓷到底是怎样一种材料,具有哪些性能优点,又是怎么样做表征和测试的呢?其中涉及的仪器设施又有哪些呢?
近日,一则“上海硅酸盐所研制的多孔陶瓷毛细泵主芯首次用于高分9号卫星”的新闻引起广泛关注,这是多孔陶瓷作为我国自主研发的最新一代毛细泵主芯材料首次在国际上应用于环路热管,标志着我国大功率环路热管技术的重大突破。
新闻中提到的多孔陶瓷到底是怎样一种新型材料,具有哪些性能优点,又是怎么样做表征和测试的呢?其中涉及的仪器设施又有哪些呢?下面跟随小编共同来科普下多孔陶瓷的相关知识吧。
多孔陶瓷是一种人工合成的、体内具有大量彼此相同或闭合气孔的陶瓷材料,它不仅仅具备良好的化学稳定性及热稳定性,还具备优秀能力的透过性、发达的比表面、极低的电导率和热导率等性能优点,被大范围的使用在化工、环保、能源、电子、冶金、生物医药和航天航空等领域。
不同的使用目的,对材料性能的要求各异。因此,多孔陶瓷材料的微观结构表征和理化性能的测试技术也成为了决定其发展和应用拓展的关键环节。
其中显微法是研究多孔材料最直接的手段之一,对于100nm以上的大孔,能直接提供全面的孔结构信息。采用的仪器主要有扫描电子显微镜(SEM)、
及原子力显微镜(AFM)。然而,显微法属于破坏性试验,只能成为一种辅助手段,用于提供有关孔形状的信息。
气体吸附法是表征多孔材料最重要的方法之一,适用于孔径在30nm以下的材料,是依据气体在固体表面的吸附以及不同气体压力下,气体在毛细管中凝聚的原理,用于测定多孔材料的比表面积、孔体积和孔径分布情况,以及表面性质的研究,涉及到的仪器主要是气体吸附仪或物理吸附仪。该法的不足之处在于测试周期较长不能测量闭孔,且影响测试精度的因素较多。压汞法也是一种常用的结构表征方法,适用于大孔材料,是经过测量施加不同压力时进入多孔材料中的汞量来进行孔的表征,测试材料的比表面积、孔尺寸分布和孔隙率等参数。所采用的仪器设施主要是
。由于将汞压入微细孔洞中需要很大的压力(如压入半径为1.5nm的孔中需要400MPa的压力),有时需将待测材料压碎,因此不适宜测量微细孔洞。另外,X射线小角度衍射法、核磁共振法、热孔计法、气体泡压法等也是多孔陶瓷常用的表征方法,相关的仪器主要有X射线衍射仪(XRD)、
、孔径分析仪等。每种方法都有各自的优缺点,若要全面表征出多孔陶瓷中孔结构参数如孔径分布、孔形状、孔密度等,需要同时结合几种方法来进行表征。多孔陶瓷的性能测试
多孔陶瓷的宏观性能测试主要包含透气度的测试、渗透性能的测试、力学性能测试以及热学和热机械性能测试。渗透性能是指过滤材料在一定压差下允许流体通过的性能,是多孔陶瓷的一项重要指标,可使用的仪器设施有渗透仪、
等组成的渗透装置。而在测试材料渗透性的同时也能材料试样的透气度。多孔材料应用时需要满足的力学性能最重要的包含抗压强度、抗弯强度,相关的测试仪器主要有弯曲强度试验机、抗压强度试验仪、四点抗弯曲测试仪等。
由于大多多孔陶瓷需要应用在不同的温度环境下,有的还要承受急冷、急热的恶劣环境,对于其热学及热机械性能也是很有必要做多元化的分析测试的。对于多孔陶瓷来说,主要的性能包括动态机械性能、高温蠕变、热线胀系数、导热系数、高温抗弯强度以及热震性等。相关的仪器设施主要有万能材料试验机、动态热机械分析仪、高温蠕变试验机、
、导热系数测试仪、高温抗弯强度测试仪、抗热震性测定仪等。多孔陶瓷的分析测试技术还有很多,涉及到的仪器也众多,像是冲击试验仪、可塑性测定仪、摩擦系数测定仪等,在这里小编就不一一列举了。综上所述,当前的分析测试技术和仪器设施虽然众多,并且各有优点,然而还是不能满足多孔陶瓷材料的全面表征和测试。随着对多孔陶瓷性能的要求慢慢的升高,多孔材陶瓷应用场景范围越来越广,现有的测试表征手段越来越不能满足要求,发展新的表征方法、测试技术势在必行。