一種測定陶瓷干坯孔隙率的試驗裝置及試驗方法
【專利說明】
一、技術領域
[0001]本發(fā)明涉及陶瓷及其原材料性能測試設備技術領域，具體是一種測定陶瓷干坯孔隙率的試驗裝置及試驗方法。
二、【背景技術】
[0002]陶瓷坯體的孔隙率高低對后續(xù)的燒成效率及產(chǎn)品性能都有重要的影響。目前，直接測定陶瓷坯體的孔隙率比較困難，原因在于陶瓷坯體的結合力很弱，如用飽水法測定其孔隙率往往會導致坯體體積變化，用壓汞法測定坯體孔隙率又因為儀器昂貴導致很多單位、企業(yè)無法采納，用裹蠟法測定坯體孔隙率存在操作環(huán)節(jié)繁瑣、人為影響因素多的弊病。據(jù)有關資料報導，陶瓷濕坯中的顆粒被水分包裹著，顆粒之間的孔隙也充滿著水分，在干燥過程中，顆粒表面的水分逐漸蒸發(fā)，顆粒之間的距離也隨之縮短，當水分蒸發(fā)到一定程度時，陶瓷濕坯中的顆粒就會相互接觸，這時濕坯在宏觀上就停止了收縮，但濕坯并未完全干燥。此時，坯體中的水分為坯體剛剛停止收縮時保留在顆粒之間孔隙中的“剩余”水分，坯體還會隨著干燥時間延長而繼續(xù)脫水。當它們完全逸出后，就會在坯體中留下孔隙，所以這部分“剩余”水分所占據(jù)的體積可以視為坯體的孔隙體積，如果能夠獲知干燥過程中濕坯停止收縮時這部分“剩余”水分的體積和干坯的總體積，就可以計算出干坯的孔隙率?！笆Ｓ唷彼值捏w積可以通過重量一密度的關系求得，干坯總體積可以通過測量干坯相關尺寸后計算而得。這種測定陶瓷干坯孔隙率的方法，關鍵在于要同步測定陶瓷濕坯在干燥過程中的失重曲線和收縮曲線，并據(jù)此獲知陶瓷濕坯何時停止收縮，以及停止收縮時坯體剩余的含水量。
三、
【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明涉及一種用于測定陶瓷干坯孔隙率的試驗裝置和試驗方法，該試驗裝置能夠同步測定陶瓷濕坯在干燥過程中的失重曲線和收縮曲線，為計算陶瓷干坯的孔隙率提供必須的數(shù)據(jù)。
[0004]本發(fā)明采用如下的技術方案實現(xiàn)上述的目的:一種測定陶瓷干坯孔隙率的試驗裝置，包括坯體失重測量系統(tǒng)、坯體收縮測量系統(tǒng)和敞口微型電爐，具體結構和連接關系為:
[0005]所述坯體失重測量系統(tǒng)由電子天平、隔熱板、支撐桿、重力分配器、樣品臺和樣品支撐架構成，隔熱板安放在電子天平的量盤上，重力分配器安放在隔熱板上，重力分配器通過支撐桿與樣品臺連為一體，樣品支撐架安放在樣品臺上，
[0006]所述坯體收縮測量系統(tǒng)由樣品支撐架、尺寸變化測量桿、距離傳感器構成，樣品支撐架上方中心設有一個小孔，尺寸變化測量桿穿過該孔后伸入到距離傳感器的振蕩線圈軸孔中，隨著被測樣品在厚度方向的尺寸變化，尺寸變化測量桿伸入到距離傳感器振蕩線圈軸孔的深度也隨之改變，距離傳感器中振蕩線圈的Q值也隨之變化，導致振蕩頻率改變，通過測量桿伸入深度-振蕩頻率-輸出電壓之間的關系，便可獲知樣品厚度尺寸的變化，檢測精度可達微米級。
[0007]所述樣品臺和樣品支撐架安放在敞口微型電爐的爐膛中，敞口微型電爐的底部中心開有小孔，支撐桿從該小孔伸出與重力分配器連接。
[0008]所述的敞口微型電爐為立式圓柱形，220V300W的電發(fā)熱絲以雙向無感應方式等間距纏繞于電爐立壁的外側。
[0009]所述重力分配器為金屬質、邊緣平整、斷面為弧形的蓋子。
[0010]所述敞口微型電爐的爐口上方3cm的位置設置有擋熱板，擋熱板為金屬質的圓蓋，擋熱板中心開設一小孔讓尺寸變化測量桿穿過。
[0011]所述樣品支撐架由鋁質材料制成，底面平整，用于放置待測樣品，上方中心開有一個小孔便于尺寸變化測量桿穿過，樣品支撐架能夠從樣品臺上取出或放入，以便裝卸樣品。
[0012]所述的測定陶瓷干坯孔隙率的試驗裝置的試驗方法，包括如下的步驟:
[0013](I)開啟電子天平、距離傳感器、計算機的電源，預熱30分鐘，設置敞口微型電爐溫控儀的恒溫溫度為105°C ;
[0014](2)制備好形狀規(guī)整的陶瓷濕坯待測樣品，要求能夠準確測量待測樣品干燥后的體積；
[0015](3)將陶瓷濕坯待測樣品放置在樣品支撐架底面的中心，用一鋁片放在樣品上表面的中心，然后將樣品支撐架放入電爐爐膛內的樣品臺上，蓋上擋熱板；
[0016](4)將尺寸變化測量桿從上而下穿過擋熱板中心小孔和樣品支撐架上方的中心小孔，垂直放在陶瓷濕坯待測樣品上表面的鋁片上，再將距離傳感器垂直向下放至限制定位框內，使尺寸變化測量桿上端伸入距離傳感器的振蕩線圈軸孔；
[0017](5)按下電子天平的去皮鍵，啟動計算機數(shù)據(jù)采集軟件；
[0018](6)打開敞口微型電爐的電源開關，經(jīng)過3?5min電爐爐膛達到指定的恒溫溫度；
[0019](7)計算機每隔5s采集一次電子天平和距離傳感器的數(shù)據(jù)，并實時繪制失重一收縮曲線。當失重曲線走平5min后便停止數(shù)據(jù)采集，關閉敞口微型電爐、電子天平和距離傳感器的電源，測定試驗結束；
[0020](8)在所獲得的坯體干燥收縮曲線開始走平的位置做一條垂直線與坯體脫水失重曲線相交，坯體脫水失重曲線上最大失重量W。與該點對應的脫水失重量W i的差值，即為停止收縮時還體中的剩余含水量w2，W2= W0-W1;
[0021](9)根據(jù)水的質量一密度關系計算W2對應的體積V 2，V2= W 2/ P，P為水的密度；
[0022](10)爐膛冷卻后取出干燥的陶瓷坯體，用游標卡尺多次測量坯體的各維尺寸，獲得平均尺寸后計算坯體的體積V。；
[0023](11)按下式計算陶瓷干坯的孔隙率:
[0024]陶瓷干坯的孔隙率(％ ) = (V2/V0) X 100%
[0025]其中，V。為坯體的體積。
[0026]V2為剩余水量的體積。
[0027]本發(fā)明的突出優(yōu)點在于:
[0028]1、能夠同步測定干燥過程中陶瓷濕坯的干燥失重曲線和干燥收縮曲線，然后查出坯體收縮停止時對應時間點上坯體的剩余含水量，將其轉換成剩余水的體積，測量冷卻后的陶瓷干坯體積，便可計算陶瓷干坯的孔隙率。
[0029]2、測定周期最長約1.5小時左右，與傳統(tǒng)方法相比，具有簡便、快捷的優(yōu)點。
[0030]3、獲得的陶瓷濕坯失重曲線，能夠單獨用于評價坯料的可塑性能；
[0031]4、獲得的陶瓷濕坯收縮曲線，能夠單獨用于評價濕坯的收縮特性和坯體的內部結構。
四、【附圖說明】
[0032]圖1為本發(fā)明所述的測定陶瓷干坯孔隙率的試驗裝置的結構示意圖。
[0033]圖中標記為:電子天平1、隔熱板2、支撐桿3、重力分配器4、樣品臺5、待測樣品6、敞口微型電爐7、樣品支撐架8、擋熱板9、尺寸變化測量桿10、距離傳感器11、限制定位框
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[0034]圖2為使用本試驗裝置及試驗方法獲得的典型結果。
[0035]圖中I為干燥失重曲線，2為干燥收縮曲線。
[0036]圖3為計算陶瓷干坯孔隙率的方法示意圖。
五、【具體實施方式】
[0037]下面通過實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0038]實施例1
[0039]如圖1所示，本發(fā)明所述的測定陶瓷干坯孔隙率的試驗裝置，包括坯體失重測量系統(tǒng)、坯體收縮測量系統(tǒng)和敞口微型電爐。
[0040]所述坯體失重測量系統(tǒng)由電子天平1、隔熱板2、支撐桿3、重力分配器4、樣品臺5和樣品支撐架8構成，為了防止電子天平I受到上方電爐散熱的影響，隔熱板2安放在電子天平I的量盤上，重力分配器4安放在隔熱板2上，重力分配器4通過支撐桿3與樣品臺5連為一體，樣品支撐架8安放在樣品臺5上，待測樣品6的重量變化通過樣品支撐架8 一樣品臺5 —支撐桿3 —重力分配器4 一隔熱板2傳遞到電子天平I。使用重力分配器4的目的是為了讓電子天平I的秤量盤承受均勻分布的作用力。
[0041]所述坯體收縮測量系統(tǒng)由樣品支撐架8、尺寸變化測量桿10、距離傳感器11構成。樣品支撐架8上方中心設有一個小孔，尺寸變化測量桿10穿過該孔后伸入到距離傳感器11的振蕩線圈軸孔中。樣品支撐架8上方中心的小孔起到“軸承”作用，防止尺寸變化測量桿10左右搖擺。
[0042]所述敞口微型電爐7的爐膛為立式圓柱形，爐膛壁材料為陶瓷，220V300W的電發(fā)熱絲采用雙向無感應模式等間距地纏繞于爐膛外壁。爐膛外壁與不銹鋼外殼之間填充石棉保溫材料。熱電偶從電爐爐膛底部伸入爐膛內。為便于干燥過程中濕坯水分的蒸發(fā)，