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論及精密陶瓷材料的性質(zhì)時(shí)，測(cè)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(duì)材料的強(qiáng)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(duì)此關(guān)鍵問(wèn)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(lái)測(cè)定：

1：如果陶瓷體為簡(jiǎn)單的幾何形狀<諸如實(shí)心圓柱體或長(zhǎng)方形棒條>，其體積可的測(cè)出，則其總體密度<Bulk>可由干燥重量除以實(shí)測(cè)的體積來(lái)決定。以下是一些簡(jiǎn)單幾何形狀的總體密度計(jì)算案例：

實(shí)心圓柱體                 Bc = D/Vc = D/(pr²h)     

長(zhǎng)方形棒條或平板           Br= D/Vr = D/(lwh)     

Bc，Br和Vc，Vr分別為實(shí)心圓柱體和長(zhǎng)方形棒條的總體密度和體積。

D：為所測(cè)試之形體的重量

r：為半徑，h：為長(zhǎng)度，l：為長(zhǎng)度，w：為寬度。p =3.14。

2：形狀復(fù)雜之物體的總體密度則可由阿基米得原理來(lái)測(cè)試，此法為根據(jù)物體在空氣中的重量與其在水中所測(cè)試之形體的重量，以計(jì)算其體積。若欲測(cè)試之精密陶瓷組件沒(méi)有與表面相通之孔隙，則可直接浸于水中測(cè)試即可。

3：若組件含有與表面相通的孔隙，則有下列幾種測(cè)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(kāi)放孔隙內(nèi)的氣體除去，使溶劑能充滿樣品的開(kāi)放孔隙。MDJ-300S

C：水煮沸法：根據(jù)美國(guó)材料測(cè)試學(xué)會(huì)ASTMC373的規(guī)范，首先得測(cè)出欲測(cè)物之干重(W1)，在將欲測(cè)物放在水中蒸煮5小時(shí)，然后在水中冷卻24小時(shí)。接著測(cè)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(cè)出總體密度、開(kāi)放性孔隙率、吸水率和視比重，并

可間接測(cè)出密閉性孔隙率。只是ASTMC373所花費(fèi)的時(shí)間太長(zhǎng)，比較不合乎經(jīng)濟(jì)

效益。計(jì)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(duì)，以估計(jì)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(shí)候稱其重量，記為W1。

(2)    將蠟一層層刮下來(lái)，以磁性攪拌機(jī)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(cè)量其密度，記為F（可用天平稱重，以水位之上升量體積，計(jì)算密度）。

(5)     以下式來(lái)計(jì)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(shí)（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(shí)（此法乃簡(jiǎn)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(shí)驗(yàn)原理可計(jì)算得：

A.                 樣品體積V=W2-W3           B.                 open pore體積= W2-W1

C.                 實(shí)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)

1. 將電源開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)向ON
2. 先設(shè)定*段真空時(shí)間、第二段真空時(shí)間及溫度的設(shè)定
3. 將加熱開(kāi)關(guān)打開(kāi)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(kāi)關(guān)即切向OFF

1. 把待測(cè)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(rèn)蓋子上方壓力泄出鈕是否有轉(zhuǎn)緊
2. 待*段真空抽取停止后再按液體注入/卸除鈕，液體會(huì)注入真空槽內(nèi)(圖三)，待至適當(dāng)?shù)囊后w量即可放開(kāi)液體注入/卸除鈕
3. 按第二段真空鈕抽取真空，時(shí)間到即會(huì)自動(dòng)停止 (圖四)
4. 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
5. zui后按住液體注入/卸除鈕讓液體慢慢流回內(nèi)部槽內(nèi)
6. 使用完畢后將加熱電源及電源開(kāi)關(guān)切/轉(zhuǎn)向OFF

※ 如遇操作、設(shè)定錯(cuò)誤或中斷真空抽取，按RESET鈕機(jī)臺(tái)會(huì)立即中斷真空抽取動(dòng)作，無(wú)需等到設(shè)定真空抽取時(shí)間，而浪費(fèi)許多時(shí)間

陶瓷材料的比重及密度測(cè)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(cè)結(jié)果可得知陶瓷材料的孔隙及相結(jié)構(gòu)。對(duì)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(xué)成份；于比重的測(cè)試時(shí)，需考慮三個(gè)主要影響因素

(1)測(cè)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(cè)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(cè)差別，在于所包括的孔隙不同而使用的量測(cè)也不同。

2、實(shí)驗(yàn)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(jì)算單一結(jié)晶的體積及其所包含的原子重量，再計(jì)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(cè)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(shí)比重。為確定待測(cè)物質(zhì)為不含封閉孔隙，需先將物質(zhì)研磨成比200目還細(xì)的粉末，再以比重瓶法求其比重-真比重，如圖二所示。其量測(cè)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(shí)，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?jī)?nèi)并秤其重量W2。

4. 將溶劑倒入比重瓶?jī)?nèi)，直到溶劑能*覆蓋粉末為止。溶劑的選擇以能濕潤(rùn)粉體的溶劑為佳，一般以去離子水為優(yōu)先考慮。

5. 將濕潤(rùn)后的粉末置于一真空系統(tǒng)中，抽氣一小時(shí)。以除去粉末間的氣體或?qū)⑷軇┲蠓幸恍r(shí)，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(biāo)線并秤其重量W3。

8. 清洗比重瓶將溶劑加至比重瓶的標(biāo)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(cè)物內(nèi)密閉孔隙所測(cè)得之比重，體比重則為包含待測(cè)物內(nèi)的密閉孔隙與開(kāi)放孔隙所測(cè)得的比重。視比重與體比重皆可以阿基米得法量測(cè)。其量測(cè)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(shí)，以除去樣品開(kāi)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(kāi)放孔隙內(nèi)的氣體除去，使溶劑能充滿樣品的開(kāi)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(jì)算方法：

d. 相對(duì)密度(百分比密度，Specific Relative Density)

相對(duì)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(duì)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：