Что значит пористая структура

Пористость

Является безразмерной величиной от 0 до 1 (или от 0 до 100 %). 0 соответствует материалу без пор; 100 %-я пористость недостижима, но возможны приближения к ней (пена, аэрогель и т. п.). Дополнительно может указываться характер пористости в зависимости от величины пор: мелкопористость, крупнопористость и т. п. Характер пористости является словесной характеристикой материала и его определение зависит от отрасли.

Поры, как правило, заполнены вакуумом или газом с плотностью, значительно меньшей, чем истинная плотность материала образца. В этом случае величина пористости не зависит от истинной плотности материала, а зависит только от геометрии пор.

Содержание

Определение пористости

Пористость определяется по формуле: , где:

Объём образца определяют путём гидростатического взвешивания [3] в случае больших образцов с замкнутыми порами и обмером в случае образцов правильной формы.

Методы для измерения характеристик пористой структуры вещества

Следующие методы могут быть использованы для оценки пористости в биотехнических областях:

Жидкостная экструзионная порозиметрия

Измеряет объем пор, диаметр, распределение по размерам при изменении температур, внешней нагрузке, и изменении химической среды, включая изменение влажности атмосферы. Позволяет измерять как гидрофобные, так и гидрофильные поры.

Порометрия капиллярных потоков

Измеряет широкий диапазон размеров пор, распределение пор по размерам, газовую проницаемость при различных температурах, нагрузке, различных химических средах, включая влажную атмосферу.

Измеряет газовую, паровую, жидкостную скорости проникновения различных химических соединений при широком диапазоне температур, давлений, концентраций.

Измеряет скорость водопаропроницаемости как функцию градиента влажности, температуры и давления.

Водный интрузионный порозиметр анализирует сквозные, глухие, гидрофобные поры. Измеряет объем пор, диаметр, распределение. Характеристики гидрофобных и гидрофильных пор могут быть определены в комбинации с ртутной порозиметрией.

Измеряет объем сквозных и глухих пор, диаметр, распределение.

Измеряет площадь поверхности, объем очень маленьких и глухих пор, распределение, хемосорбцию множества различных химических сред при различных температур и давлений.

Измеряет абсолютную и удельную плотность материалов.

Возникновение и получение

Возникновение пористости связано с образованием газовых пузырьков в жидком материале и фиксацией их при его кристаллизации. Например, в сварной ванне, в зависимости от конкретных условий причинами образования пористости могут являться такие газы, как водород, азот и угарный газ. Возникновение и развитие пор определяется совместным действием всех газов, присутствующих в материале. Однако чаще всего явление оказывает какой-либо один из перечисленных газов.

Возникновение пор и их развитие — сложный процесс зарождения газовой фазы в жидкой среде. В сплошной жидкости образование зародыша газовой фазы, способного к дальнейшему развитию, то есть больше критических размеров, — процесс маловероятный. Чаще всего эти зародыши возникают на границе раздела с малым радиусом кривизны — включения или же зародыши попадают в металл сварочной ванны извне и начинают расти, поглощая выделяющийся при химической реакции газ.

Влияние в промышленности

Отрицательное

Поры относятся к внутренним, объёмным дефектам. Незапланированные поры могут изменить характеристики материала в худшую сторону: например, сделать его менее прочным или подверженным коррозии. Но, в частности, в сварном деле объёмные дефекты не оказывают значительного влияния на работоспособность соединения. Поэтому в сварных швах допускают содержание объёмных дефектов, до определённых размеров и количеств.

Положительное

Исследования пористых материалов крайне важно во многих областях науки и техники. Например, характеристики пористости используемых веществ и материалов влияют на эффективность биотехнологий.

Инновационные биотехнологичные товары и продукты все больше и больше используются в здравоохранении, медицине, фармацевтике. Например, препараты для роста тканей, системы доставки лекарственного вещества к участку действия, имплантаты, повязки на рану, артериальные протезы, фильтры для отделения бактерий из жидкостей организма, субстраты органных культур. Эффективность всех материалов зависит от их пористых характеристик, поскольку пористая структура управляет потоком и кинетикой биохимических процессов. Например, имплантаты должны иметь строго определенный размер пор для кровеносных сосудов во время роста тканей. Поры, c меньшим или большим размером, чем критический, препятствуют росту кровеносных сосудов. Пористые характеристики, важные для биотехнологических приложений: диаметр поры, наименьший сквозной диаметр пор, распределение пор по размерам, объем пор, площадь поверхности, гидрофобность и гидрофильность пор, газовая и жидкостная проницаемость, скорость передачи водяного пара (водопаропроницаемость), диффузионный поток. Химическая среда, температура, влажность, давление/сжатие/нагрузка могут значительно воздействовать на структуру пор. Поэтому важно знать как пористая структура вещества может меняться при внешнем воздействии.

Источник

Лако-красочные материалы — производство

Технологии и оборудование для изготовления красок, ЛКМ

Общие сведения о пористых телах и методы их получения. Классификация пористой структуры \

Пористые тела — это твердые тела, внутри которых имеются поры, обусловливающие наличие внутренней межфазной по­верхности. Поры могут быть заполнены газом или жидкостью. В соответствии с классификацией дисперсных систем по агре­гатному состоянию фаз пористые тела относятся к дисперс­ным системам с твердой дисперсионной средой и газообразной или жидкой дисперсной фазой. Свободнодисперсные системы с твердой дисперсной фазой (порошки, суспензии) и пористые тела можно рассматривать как своеобразные обращенные си­стемы. Если в системах первого типа твердым телом является дисперсная фаза, то в системах второго типа — дисперсионная среда. Подобно тому, как с повышением дисперсности суспен­зии переходят в золи, а затем в истинные растворы, макропо­ристые тела с ростом дисперсности переходят в микропористые тела с размерами пор, соизмеримыми с размерами молекул. В этом случае, как подчеркивает М. М. Дубинин, представле­ние о внутренней поверхности теряет физический смысл, как н для истинных растворов.

Большинство пористых, особенно высокопористых, тел мож но представить как более или менее жесткие пространственные структуры — сетки или каркасы. В коллоидной химии такие системы называют гелями. К гелям относятся уголь, торф, дре­весина, картон, бумага, ткани, зерно, кожа, глина, почва, сла­бо обожженные керамические материалы и т. д. Пористые тела могут быть хрупкими или обладать эластическими свойствами. Их часто классифицируют по этим свойствам. Пористые ма­териалы обладают значительной и сильно различающейся ад­сорбционной способностью по отношению к влаге. По типу связи жидкости (влаги) с твердым телом подразделяют (П. А. Ребиндер) на химическую (реализуется при сольвата ции, при которой молекулы жидкости входят в структуру кри­сталла, и удалить влагу можно только с помощью химической реакции или прокаливания), физико-химическую (проявляется при адсорбции, благодаря молекулярным силам Ван-дер — Ваальса и водородным связям) и физико-механическую (обу словлена капиллярными силами).

На практике в качестве адсорбентов, предназначенных для извлечения, разделения и очистки веществ, применяют специ­ально синтезируемые высокопористые тела. Эти тела кроме большой удельной поверхности должны обладать механической прочностью, избирательностью и рядом других специфических свойств. Наиболее широкое применение находят активные уг­ли, силикагели, алюмогели, цеолиты.

Высокодисперсные пористые неорганические материалы, в частности, адсорбенты и катализаторы, получают в основном двумя методами. Один из них заключается в синтезе гидрозо ля с последующей его коагуляцией для образования геля; гель высушивают. Частицы дисперсной фазы (корпускулы) в ре­зультате этих операций срастаются с образованием твердого каркаса. Так как частицы золя высокодисперсны, то получае­мый пористый материал имеет большую удельную поверх­ность. Для удобства использования комки адсорбента дробят, гранулируют или таблегируют. Обычно размеры зерен адсор­бента находятся в пределах от 0,1 до 7,0 мм в зависимости от его назначения.

Таким методом получают адсорбенты корпускулярной структуры (структуры из сросшихся между собой мельчайших частиц—корпускул). Промежутки между сросшимися части­цами являются порами, размеры которых зависят от размеров частиц и плотности их упаковки. К адсорбентам этого типа от­носятся различного рода силикагели (гели поликремниевой кислоты) — первые синтетические адсорбенты, получившие ши­рокое промышленное применение. Таким же методом получают алюмогели, алюмосиликагели, активный оксид магния.

В последнее время все большее применение в качестве ад­сорбентов и катализаторов находят молекулярные сита, и в частности, природные и синтетические цеолиты. Цеолиты — это алюмосиликаты, обладающие строго регулярной кристалличе­ской структурой. Каркас кристалла цеолита состоит из струк­турных тетраэдрических элементов [S1O4]4— и [АЮ4]5

, соеди­ненных общими атомами кислорода. Избыточный отрицатель­ный заряд каркаса (благодаря наличию в нем трехзарядного алюминия) компенсируется зарядом катионов щелочных и ще­лочноземельных металлов, располагающихся в полостях струк­туры. В зависимости от кристаллической структуры окна этих полостей имеют размеры 0,4—1,1 нм (соизмеримые с размера­ми молекул). Поэтому на цеолитах могут адсорбироваться только те вещества, молекулы которых имеют размер по наи­меньшей оси (критический диаметр) меньше диаметра окна полости. Отсюда происхождение названия «молекулярные си­та».

Цеолиты эффективно поглощают воду, поэтому широка применяются для осушки газовых и некоторых жидких сред. При нагревании вода из них испаряется, с чем и связано их название — цеолиты (кипящий камень; от греч. цео — кипеть, литое — камень). Синтез цеолитов освоен совсем недавно (1948 г.); особенностью синтеза является процесс кристаллиза­ции после получения алюмосиликагеля.

Второй метод получения высокодисперсных пористых ад­сорбентов и катализаторов заключается в обработке крупно­пористых материалов агрессивными газами или жидкостями. При такой обработке получаются пористые тела губчатой структуры. Этим методом получают активные угли (пористые углеродные адсорбенты) из различного сырья — каменного уг­ля, торфа, дерева, животных костей, ореховых косточек и др. Из этих материалов сначала удаляют летучие вещества при нагревании без доступа воздуха, в результате чего образует­ся крупнопористая структура угля, затем активируют уголь путем окисления газом (02, С02), водяным паром или обработ­кой химическими реагентами:

С + 02 — С02; 2С + 0 2 — 2СО С + Н20 —^ СО + Н2; С + С02 —^ 2СО f = 800—900 °С

В процессе активации до степени обгара угля

50% (до­ля угля, выгоревшего при активации) образуются микропоры. С увеличением степени обгара размеры пор увеличиваются. Обработка угля некоторыми солями и кислотами (карбонаты, сульфаты, хлориды, азотная кислота и др.) при высокой тем­пературе также приводит к выгоранию угля под действием вы­деляющихся газов — окислителей. Реагенты могут растворять содержащуюся в исходном материале целлюлозу, а при высо­кой температуре (250—60С°С) выделяется аморфный высоко­дисперсный углерод, образующий высокопористую структуру. Таким же методом получают, например, губчатый никель Рэ — нея — высокодисперсный никелевый катализатор. Сначала го­товят никельалюминиевый сплав, который затем обрабатыва­ют щелочью для растворения алюминия.

Прі^юда материала и методы синтеза в значительной сте­пени определяют размеры пор пористых тел. Имеется несколь­ко классификаций пористых тел, в основу которых положены различные признаки, в том числе равновесные и кинетические свойства. Наибольшее распространение ‘получила классифика­ция, предложенная М. М. Дубининым. По этой классификации за основу приняты размеры пор и механизм протекающих в них адсорбционных процессов. Как уже упоминалось во вве­дении, по классификации М. М. Дубинина пористые тела де­лятся на макропористые, переходнопористые, микропористые в зависимости от линейного размера, под которым понимают полуширину для щелевидной поры или радиус для сфериче­ской или цилиндрической поры.

Макропористые тела имеют поры радиусом больше 100,0— 200,0 нм, удельная поверхность макропористых тел находится в пределах 0,5—2 м2/г. В связи с тем, что такие поры намного больше адсорбируемых молекул, то их стенки по сравнению с молекулами можно рассматривать как ровные поверхности, поэтому для макропористых тел применима обобщенная тео­рия адсорбции Ленгмюра. В адсорбентах и катализаторах мак­ропоры играют роль транспортных каналов, и адсорбцией в Них можно пренебречь.

Переходнопористые тела (или капиллярно-пористые, или мезопористые) имеют размеры пор в пределах от 1,5 до 100,0—200,0 нм их удельная поверхность составляет от 10 до 500 м2/г. На стенках этих пор при малых давлениях происхо­дит полимолекулярная адсорбция паров, которая с увеличени­ем давления заканчивается капиллярной конденсацией. Из промышленных адсорбентов и катализаторов к переходнопо — ристым можно отнести силикагели, алюмогели, алюмосилика­гели.

Микропористые тела обладают порами, соизмеримыми с размерами адсорбируемых молекул. Радиусы пор лежать в пре­делах от 0,5 до 1,5 нм. Удельная поверхность таких тел 500— 1000 м2/г и выше. Отличительной чертой микропор является настолько близкое расположение противоположных стенок, что их поля поверхностных сил перекрываются и они действуют во всем объеме микропор. К микропористым телам применима адсорбционная теория объемного заполнения микропор. К мик­ропористым адсорбентам относятся цеолиты и некоторые ак­тивные угли. Суммарный объем микропор промышленных ад­сорбентов не превышает 0,5 см3/г.

Большинство промышленных адсорбентов характеризуется широкой полидисперсностью и относится к смешанным типам адсорбентов. Их полидисперсность определяется распределени­ем пор по размерам, отражающим относительное содержание разных пор.

Источник

Материалы с пористой структурой

Основные параметры, ряд полезных характеристик и механические свойства пористого материала. Методы исследования структуры и модели среды пористого тела и классификации пористых материалов, а также пористые неметаллические материалы и изделия из них.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им Р.Е. Алексеева

Кафедра материаловедения и новых материалов

ТЕМА: Материалы с пористой структурой

студент гр.09-ММ Гаврин В. С.

преподаватель Бетина Т.А.

Основные параметры пористого материала

1) Пористость (3 вида пор)

2) коэффициент размера пор

3) коэффициент извилистости поровых каналов

5) Механические свойства

Методы исследования структуры пористого тела

1) Макро и микроскопия шлифа

2) Амперометрический метод исследования

3) Общий метод изучения структуры

Модели пористых сред

1) Глобулярная модель (или модель упрощённых сфер

2) Капиллярная модель:

3) Модели пористой структуры материала из волокон

Классификации пористых материалов

1) Классификация традиционная (по рекомендации ИЮПАК)

2) Классификация материалов по извилистости пористой структуры

Пористые неметаллические материалы и изделия из них

4) Пористые фильтрующие элементы

5) Фрикционные порошковые материалы

6) Пористые углеродные материалы, сибунит

Пористые материалы, имеющие сквозные поровые каналы и способные пропускать через эти каналы жидкие и газообразные вещества при создании некоторого градиента (перепада) давлений, используются в фильтровальных устройствах для очистки разнообразных жидкостей и газов от механических примесей (смесителях, диспергаторах и др.). К ним относятся материалы из порошков металлов, керамики, полимеров, тканые и вязаные металлические сетки, ткани из искусственных и натуральных волокон, войлок из неметаллических волокон и другие.

Важной особенностью порошковых материалов является возможность создания разнообразных, заранее проектируемых структур пор, от чего зависит работоспособность и области, применения этих материалов. Пористые материалы имеют ряд полезных характеристик:

· Они являются устойчивыми против коррозии, что позволяет использовать из в химически агрессивных средах.

· Могут работать в широком диапазоне температур (в зависимости от рода материала). Благодаря чему получили применение в качестве теплоизоляторов.

· Способны пропускать через поровые каналы жидкие и газообразные вещества при создании некоторого градиента (перепада) давлений, а так же допускают многократную регенерацию, в следствии чего используются в качестве фильтров,

· Легко подвергаются механической обработке и сварке, что облегчает технологию изготовления готовой продукции.

· Обладают высокой тепло- и электропроводностью.

· Высокие демпфирующие характеристики, из за чего пористые материалы нашли широкое применение в строительстве.

Основные параметры пористого тела

Поры в материалах разделяют на три вида:

а) открытые (пористость П_О):открытая пора сообщается с поверхностями пористого тела и участвует в фильтрации жидкости или газа при наличии градиента давления на пористом теле,

б) Тупиковые (пористость П_Т): Часть пор соединяется только с одной поверхностью пористого тела, образуя тупиковую пористость. Тупиковые поры при фильтрации частично заполняются жидкостью, но не влияют на проницаемость пористого материала.

в) Закрытые (пористость П_З): Закрытая пора не сообщается с поверхностью пористого тела и не участвует в фильтрации жидкости или газа.

Общая пористость тела слагается из этих трех видов пористости:

П =П_О + П_З + П_Т. Закрытая пора не сообщается с поверхностью пористого тела и не участвует в фильтрации жидкости или газа. Закрытые и тупиковые поры образуются в результате пластической деформации частиц порошка при высоких давлениях прессования, а также из-за наличия внутренней пористости частиц.

2) Коэффициент размера пор (распределение пор по размерам): Это отношение максимального D к среднему d размеру пор. Поровые каналы существенно различаются по размерам. Распределении поровых каналов по размерам происходит по закону нормального распределения Гаусса показанному на рисунке (1).

На горизонтальной оси откладываются размер пор, а вертикальная ось указывает количество пор данного размера в процентах.

рис. 1. Зависимость количества пор от их размера

На рисунке 2 изображены Диапазоны значений пористости и размеров пор пористых материалов.

Область 1: размеры пор порошковых материалов.

Область 2: размеры пор Волокнистых материалов.

Область 1: размеры пор ячеистых материалов.

рис. 2. Диапазоны значений пористости d_n= мкм

3) Коэффициент извилистости сквозных поровых каналов а: Минимальная длина поровых линий в порах всегда равна или больше толщины пористого тела в направлении фильтрации среды. Коэффициент извилистости характеризует возрастание длины поровых каналов l по сравнению с толщиной пористого тела h : а = l/h.

У пористых материалов из металлических порошков при пористости 25. 38% коэффициент извилистости составляет

2..2,5. Геометрическая форма поровых каналов сложная и изменяется в зависимости от условий формирования пористого материала и достигаемой пористости тела.

4) Просвет: это доля площади сечения пористого материала, приходящаяся на пустоты. Часто полагают, что пористость и просвет пористого материала численно равны. Основным методом определения величины просвета является исследование шлифов или микрофотографий поверхности материалов. Этот метод часто используют и для определения пористости материалов с анизотропной структурой.

5) Механические свойства: поры в упругой среде являются концентраторами напряжений. При деформации пористого тела поры являются серьёзным препятствием для движения дислокаций. В случае больших пластических деформаций поры изменяют свой объем.

Предел прочности у_b при растяжении тел с пористой структурой может быть определён по формуле Е. Рышкевича:

Для пористых листов с П=10…45% из порошков никеля сплава Х20Н80 и титана b соответственно равна 5; 6,5; 7. Численное значение b растёт с уменьшением пластичности и является интегральным показателем хрупкости материалов с пористой структурой.

Методы исследования структуры пористого тела

1) Макро и микроскопия шлифа позволяет определить:

а) Извилистость пористого тела из геометрических соображений (для пористых структур с относительно несложным строением порового пространства). пористый материал неметаллический изделие

б) Просвет пористого тела. Этот метод часто используют и для определения пористости материалов с анизотропной структурой, так как именно у таких материалов просвет может не совпадать с пористостью.

2) Амперометрический метод исследования. Извилистость пористого тела можно определить по результатам измерения электрического сопротивления электропроводной жидкости, заполняющей поры неэлектропроводного материала.

3) Общий метод изучения структуры порового пространства заключается в наполнении пор жидким веществом. После отвердения этого вещества и удаления основного материала (растворением, травлением и т.п.) остается твердая губка, точно воспроизводящая поровое пространство. Исследуя эту губку, можно определить форму и размеры пор, шероховатость их поверхности и некоторые другие параметры порового пространства.

— Достоинство метода в том, что с его помощью можно определить многие характеристики порового пространства (пористость, извилистость, шероховатость и площадь поверхности пор, их распределение по размерам).

— Недостаток метода заключается в его трудоёмкости, а так же в том, что он не отображает закрытые поры.

Модели пористых сред

Математическое описание внутренней поровой структуры пористых сред и материалов проводится с помощью моделей пористых физических тел. Распространены два различных подхода к описанию пористой структуры внутренних паровых каналов физических тел из порошкообразных веществ, оперирующие или с частицами скелета тела (1), или рассматривающие размеры и форму поровых каналов (2).

1) Глобулярные модели пористых сред (или модель упрощённых сфер): В случае модели пористой структуры, при которой физические тела представляются как состоящие из сферических упорядоченно упакованных частиц, оперируют с этими частицами, образующими скелет пористого тела. Такие модели называют глобулярными, моделями уложенных сфер или зернистых материалов. Глобулярные модели относят к первому типу моделей, рассматривающих частицы скелета тела.

При упрощении реальной пористой среды получаемую глобулярную модель называют фиктивной пористой средой. У таких сред величина пористости предопределяется видом упаковки сферических частиц. Максимальную пористость, равную 47,6%, имеет фиктивная среда в случае кубической упаковки шаров. Для наиболее плотной ромбоэдрической упаковки пористость составляет 26%. Величина пористости выражается формулой: П=V_пор / (V_зёрен +V_пор). В глобулярных моделях пористых тел поровые каналы представляют собой полости между сферическими частицами, сообщающиеся между собой суженными перешейками («бутылкообразные» порошковые каналы). У таких пористых сред, полученных из сферических частиц одного размера, средний размер пор d можно вычислить по формуле Козени:

где d_{r ср}— средний размер частиц порошка, определенный по следующему выражению:

2) Капиллярная модель: Простейшая модель рассматривающая форму и размеры поровых каналов это модель идеальной пористой структуры.

то модель пористого тела, имеющего прямые параллельные цилиндрические капилляры (трубки), расположенные перпендикулярно одной из поверхностей тела, а=1. Модель идеальной пористой структуры и реальная пористая структура представлены на рисунках 3 и 4 соответственно.

рис. 3. идеальная пористой структуры

рис.4. реальная пористая структура

В этой модели диаметр круглой трубки, которая моделирует пору, считается размером пор. Так как в этом случае d = D, то коэффициент однородности по размеру пор равен единице (K_d= D/d = 1). Реальные пористые тела имеют извилистые поровые каналы различного размера, пересекающиеся между собой. С учетом этого для приближения предлагаемых моделей к реальным пористым средам разработаны различные модификации исходной капиллярной модели из прямых параллельных цилиндрических капилляров.

Разновидности капиллярных моделей

1. Модель, по которой капилляры представляются как извилистые цилиндрические трубки с некоторым коэффициентом извилистости «а».

2. Модель, по которой пористое тело имеет два типа пор: широкие и узкие. Широкие поры между собой не пересекаются, они могут пересекаться с узкими порами.

3. Модель серийного типа: имеются непересекающиеся поры кругового сечения, каждая из которых состоит из последовательного расположения цилиндрических звеньев. Радиус и длина каждого звена есть случайные величины, распределенные по некоторому закону.

4. Решетчатая модель: имеется пространственная решетка из взаимно пересекающихся пор различных диаметров, расположенных в случайном порядке.

5. Модель ветвящихся пор переменного сечения. Пористая среда представляет систему расположенных случайным образом пересекающихся каналов с непрерывно меняющимся радиусом. Пересечение поровых каналов принято таким образом, что в одной точке могут сходиться не более трех ветвей, т.е. каждый поровой канал может разветвляться на два других канала. Параметрами пористой среды в этой модели являются плотность распределения поровых каналов по радиусам и коэффициент извилистости поровых каналов.

Та или иная модель пористой среды имеет ограниченное применение.

3) Модели пористой структуры материала из волокон

Простейшая модель представляется в виде сочетания пластин из чередующихся разнородных компонентов (материала волокон и воздуха), ориентированных параллельно и перпендикулярно потоку тепла (модель для расчета теплопроводности пористых тел).

Другой разновидностью является модель с взаимопроникающими компонентами, отличительной чертой которых является непрерывная протяженность обоих компонентов: волокон и среды, заполняющей поры (воздуха, жидкостей и.т.д.).

Для пористых теплопроводящих тканых сетчатых материалов предложена модель из набора брусьев и введено допущение, что все волокна расположены в плоскости, перпендикулярной тепловому потоку, и пересекаются под прямыми углами.

Классификации пористых материалов

1) Классификация традиционная (по рекомендации ИЮПАК)

По этой классификации все пористые материалы разделяются на группы по размерам пор.

Происхождение этой классификации в основном обязано выделению области пор, в которых происходит (и может быть измерена) капиллярная конденсация, вследствие которой на изотермах наблюдается характерный гистерезис. Эта область названа мезопорами

а) Микропоры. Размеры 50.

2) Классификация материалов по извилистости пористой структуры.

• а=2,5. 4,0-Неоднородные с преимущественной ориентацией поровых каналов вдоль поверхности тела;

Спеченные пористые материалы часто относятся к однородным по ориентации пор. С увеличением пористости до 44. 46% у пористых листовых материалов из порошка стали 08Х12Н15 крупных фракций коэффициент извилистости поровых каналов возрастает до 3,6. 3,8.

У пористого сетчатого материала из никелевой сетки после спекания при холодной прокатке, коэффициент извилистости поровых каналов увеличивается до 4,5. 5,6, т.е. материал становится особо неоднородным по ориентации паровых каналов.

Пористые неметаллические материалы и изделия из них

Направления использования пористых материалов: Автомобильная промышленность, Аккумуляторная промышленность, Биотехнологии и здравоохранение, Керамика, Химическая промышленность, Фильтры и мембраны, Пищевая промышленность, Углеводородная промышленность, Геотекстильная промышленность, Производство средств личной гигиены, Производство ваты, Бумажная промышленность, Фармакологическая промышленность, Металлургическая промышленность, Текстильная промышленность и другие.

1) Легкие бетоны: Это бетоны со средней плотностью 500-1800 кг/м З отличающихся высокой пористостью.

а) По способу создания искусственной пористости легкие бетоны делят на:

· бетоны с легкими пористыми заполнителями;

· Крупнопористые (беспесчаные) бетоны, изготовляемые с применением однофракционного плотного или пористого крупного заполнителя без песка;

· ячеистые бетоны, в структуре которых имеются искусственно созданные ячейки, заменяющие зерна заполнителей.

б) По назначению легкие бетоны делят на:

· конструктивные, предназначенные воспринимать значительные нагрузки в зданиях и сооружениях, средняя плотность их 1400—1800 кг/м З ;

Легкие бетоны с пористыми заполнителями: Их свойства определяются во многом свойствами заполнителей. У пористых заполнителей низкая средняя плотность (менее 1000 кг/м З ), а их прочность меньше прочности бетона. Они способны поглощать много воды. Все это приводит к тому, что прочность легких бетонов зависит от марки цемента и его количества.

Бетонные смеси на пористом заполнителе из-за шероховатой поверхности и небольшой плотности его зерен имеют пониженную удобоукладываемость и требуют эффективных методов уплотнения.

При плотности ниже, чем плотность кирпича, бетоны на пористых заполнителях достаточно прочные и морозостойкие, поэтому при одинаковой теплопроводности толщина стен жилых зданий из легкого бетона может быть значительно меньше.

Ячеистые бетоны на 80—85 % по объему состоят из замкнутых пор (ячеек) размером 0,5—2 мм, играющих роль заполнителя.

Ячеистые бетоны по способу получения называют пенобетон и газобетон.

Его получают, добавляя к смеси вяжущего материала с водой газообразователь (обычно алюминиевую пудру). В щелочной среде вяжущего материала при взаимодействии алюминия с водой выделяется водород, вспучивающий массу.

Для его получения тесто из вяжущего материала и воды смешивают с заранее приготовленной устойчивой пеной, полученной при интенсивном перемешивании воды с пенообразующей добавкой.

рис. 5. Макроструктура ячеистого бетона

Ячеистые бетоны из-за высокой пористости характеризуются повышенным водопоглощением и соответственно низкой морозостойкостью. Однако из них изготовляют стеновые блоки и панели, поверхность которых защищают от действия воды (применяют окраску, декоративно-защитные покрытия). Эффективно применять ячеистые бетоны в слоистых конструкциях в качестве внутреннего теплоизоляционного слоя.

а) Исходное сырьё: стеклянный порошок, получаемый измельчением стекольного боя или специального низкосортного стекла, которое варится в небольших ванных печах и гранулируется охлаждением струи стекломассы в воде.

б) Производство пеностекла: Пеностекло обычно получают по порошковому методу. Порошок стекла и газообразователь измельчаются и перемешиваются в шаровой мельнице и вибромельнице. В качестве газообразователя при производстве теплоизоляционного пеностекла применяют антрацит, кокс, ламповую сажу, древесный уголь. Количество добавляемых газообразователей 1-2%.

в) Назначение изделий: Благодаря тепло- и морозостойкости, а также химической стойкости пеностекло нашло применение в строительстве в качестве утеплителя стен и перекрытий, а также для теплоизоляции оборудования.

рис. 6. Изделия из пеностекла

3) Керамические материалы:

Керамика это поликристаллический материал, получаемый спеканием неметаллических порошков природного или искусственного происхождения. В данное время керамика является третьим промышленным материалом после металлов и пластмасс.

Керамические материалы отличаются от металлических и полимерных следующими свойствами: многофункциональностью, доступностью сырья, низкой энергоемкостью производства, высокой коррозионной стойкостью и устойчивостью к радиационному воздействию, биологической совместимостью, низкой плотностью. По сравнению с другими пористыми материалами керамики обладают хорошей герметичностью.

рис. 7. Влияние пористости керамики (П) на её прочность (К) в относительных единицах.

Пористые керамические материалы применяют в качестве теплоизоляторов (футеровки), и фильтрующих элементов.

4) Пористые фильтрующие элементы

Использование пористых материалов для работы в жидких и газовых средах позволяет уменьшить ограничения, связанные с низкой диффузией реагентов. В системах с проточными пористыми электродами без применения специальных селективных мембран и диафрагм могут быть разделены электродные продукты, продукты абсорбции и десорбции отсасыванием их через поры.

Вследствие высокой пористости такие материалы имеют хорошую проницаемость для жидкостей и газов при достаточно тонкой фильтрации (до 30 мкм). Эти материалы легко регенерируются и при этом почти полностью восстанавливают свои первоначальные свойства. Они не засоряют фильтрующиеся жидкости или газы материалами фильтра.

Технология изготовления металлических пористых элементов зависит от их формы и размеров. Фильтры небольших размеров изготавливают спеканием свободно засыпанного порошка. Для более крупных фильтров применяют холодное прессование и последующее спекание. Для получения тонких пористых лент применяют прокатку.

В технике наибольшее распространение получили фильтры из коррозионно-стойкой стали, бронзы, сплавов никеля и титана.

Применение порошковых материалов увеличивает срок службы насосов, двигателей и других агрегатов, работающих на очищенных жидкостях.

5) Фрикционные порошковые материалы

Порошковые фрикционные материалы предназначены для работы в различных тормозных и передаточных узлах автомобилей, гусеничных машин, дорожных и строительных механизмов, самолетов, станков, прессов и т.п. Фрикционные элементы из порошковых материалов изготавливают в виде дисков, секторных накладок и колодок различной конфигурации. Применяют порошковые фрикционные материалы на основе меди и на основе железа.

Все фрикционные материалы в зависимости от условий работы делят на две группы:

• материалы, работающие в условиях сухого трения;

• материалы, работающие в масле.

Порошковые материалы на основе оловянных и алюминиевых бронз, содержащие свинец, графит и железо, предназначены преимущественно для работы в условиях сухого трения со средне- углеродистыми сталями с твердостью 40. 45 HRC при давлении до 35 МПа и скорости скольжения до 50 м/с. При меньших давлениях и скоростях до 5 м/с используют металлопластмассовые материалы.

Порошковые материалы на основе железа, содержащие добавки меди, графита, оксида кремния, асбеста, сульфата бария, пред назначены для работы в условиях сухого трения при давлениях до 300 М11а и скоростях до 60 м/с и паре с чугуном либо легированной стапыо в тормозных устройствах различной конструкции дисковых, колодочных или ленточных.

Источник