Способ измерения эффективного радиуса пор в пористых изделиях

 

Изобретение относится к технике исследований физических свойств веществ, а именно структуры пористых тел, например фильтров, строительных материалов, порошковых сорбционных проявителей для капиллярной дефектоскопии. Измеряют длину столба жидкости в капилляре до соприкосновения с исследуемым пористым изделием и после установления капиллярного равновесия между капилляром и пористым изделием. Эффективный радиус пор гэф определяется как ($)-&роп)/((Ь- ), где1 2 a/(2acos0+PaR); a - коэффициент поверхностного натяжения жидкости; вкраевой угол смачивания рабочей жидкостью материала капилляра; Раатмосферное давление; fc - длина капилляра; R - радиус капилляра; &ipon - длина столба жидкости до приведения в контакт с пористым телом; Ёзст - длина столба жидкости после установления капиллярного равновесия . Способ можно применять для измерения эффективного радиуса пор непосредственно в готовых изделиях сложной формы и больших размеров. 2 ил. СП С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 N 15/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(21) 4827993/25 (22) 21.05.90 (46) 23.06.92. Бюл. N. 23 (71) Институт прикладной физики АН БССР (72) П.П.Прохоренко, Г.И.Довгялло, А.П.Корнев и Н.П.Мигун (53) 539.217.1(088.8) (56) Прохоренко П.П„Мигун Н.П. Введение в теорию капиллярного контроля, Минск.

Наука и техника, 1988, с. 207.

Авторское свидетельство СССР

N 543852, кл. G 01 N 15/08, 1976, (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОГО РАДИУСА ПОР В ПОРИСТЫХ ИЗДЕЛИЯХ (57) Изобретение относится к технике исследований физических свойств веществ, а именно структуры пористых тел, например фильтров, строительных материалов, порошковых сорбционных проявителей для капиллярной дефектоскопии. Измеряют

Изобретение относится к технике исследований физических свойств веществ, а именно к исследованиям структуры пористых тел, и может быть использовано в областях техники, где находят применение пористые тела, например фильтры, строительные материалы, порошковые сорбционные проявители для капиллярной дефектоскопии.

Известен способ определения эффективного радиуса пор в пористых материалах при наличии разности гидростатических давлений. Используя результаты измерений, по уравнению Пуазейля находятэффективный радиус пор пористого материала.

Недостатками этого способа являются недостаточная точность и длительность из„„Я „„1742681 А1 длину столба жидкости в капилляре до соприкосновения с исследуемым пористым изделием и после установления капиллярного равновесия между капилляром и пористым изделием. Эффективный радиус пор гэф определяется как гэф=Ч В:(1-ф4роп)/(ЬfpQ7)), где V =2 о/(2о созд+Р й); а - коэффициент поверхностного натяжения жидкости; Π— краевой угол смачивания рабочей жидкостью материала капилляра; P>— атмосферное давление; fa — длина капилляра; R — радиус капилляра; upon длина столба жидкости до приведения в контакт с пористым телом; ст — длина столба жидкости после установления капиллярного равновесия. Способ можно применять для измерения эффективного радиуса пор непосредственно в готовых изделиях сложной формы и больших размеров. 2 ил. мерений, особенно при малых значениях проницаемости.

Наиболее близким к предлагаемому является способ с рядом операций для построения зависимости объема пор от их радиуса путем пропитки эталонного и измеряемого образцов, выдержки для установления капиллярного равновесия, взвешивания каждого образца. На основании взвешивания, определив предварительно зависимость объема пор эталонного образца от радиуса пор, строится кривая распределения пор измеряемого образца по радиусам чи3 =т(г), где чиЗЦ объем пор измеряемого образца;

r — радиус пор. Из полученной зависимости может быть рассчитан эффективный радиус пор как

1742681

VR

" — ъ=т; —.;

1 ост

10 (2) Рх=Рсж гс аф где гср средний радиус пор(из зависимости чиам=1(г);

6r —. краевой угол смачивания жидкостью пористого материала.

Недостатком данного способа является невозможность его применения для измерений радиусов пор непосредственно íà готовых пористых изделиях, особенно изделиях сложной формы и больших размеров, Это обусловлено тем, что для измерения по известному способу требуется два образца (измеряемый и эталонный) одинаковых размеров с поверхностями, обеспечивающими хороший контакт двух образцов.

Ко многим пористым изделиям предъявляются требования по величинам пористости и размеров пор. Поэтому представляется важным измерение эффективного радиуса пор непосредственно в готовых изделиях (фильтры, лопатки газотурбинных двигателей; турбонагнетатели)

Целью изобретения является расширение технологических возможностей способа.

На фиг.1 представлено измерительное устройство; на фиг.2 — зависимость эффективного радиуса гаф от длины ст столба жидкости, оставшейся в капилляре.

Цилиндрический сквозной капилляр 1 длиной =20-25 см и радиусом R=5-100 мкм заполняют рабочей жидкостью 2 на (0,5-0,8) длины. Причем заполнение капилляра производят в горизонтальном положении, так как при вертикальном размещении капилляра высота подъема жидкости, обусловленная капиллярными силами, в капиллярах радиусом 5-100 мкм может быть меньше, чем (0,5-0,8)lo за счет веса столба жидкости, оказывающего сопротивление капиллярным силам. После этого свободный от жидкости конец капилляра герметизируется герметиком 3. При герметизации одного конца капилляра второй конец должен оставаться в соприкосновении с рабочей жидкостью для предотвращения образования воздушного промежутка в канале капилляра со стороны заполнения. После герметизации капилляр выдерживают в жидкости 1-2 мин для установления капиллярного равновесия вследствие сжатия воздуха 4 в тупиковой части капилляра и измеряют после этого длину столба жидкости 5 роп, Затем открытый конец капилляра с находящейся в канале жидкостью приводят в соприкосновение с поверхностью изделия 5 B месте, где

50 необходимо провести измерения, и выдерживают в таком состоянии до момента установления капиллярного равновесия между пористым изделием и капилляром, после чего измеряют длину оставшегося в капилляре столба жидкости ст. Затем рассчитывают эффективный радиус по формуле где V=2o /(2 icos &-Р,„Я); o — коэффициент поверхностного натяжения рабочей жидкости, Н/м; P — атмосферное давление Па; R — радиус капилляра, м; Ь вЂ” длина капилляра, м; европ — длина столба жидкости в капилляре перед соприкосновением с измеряемым изделий, м; Pocr — длина столба жидкости, оставшейся в капилляре после установления капиллярного равновесия между капилляром и пористым изделием, м.

При герметизации свободного конца капилляра в канале, свободном от жидкости (воздушный пузырь), создается избыточное давление сжатия, которое определяется как

Рсж=Рк+Ра, где Ра — атмосферное давление;

Рк=2 o cos О /R — капиллярное давление жидкости в капилляре (o- коэффициент поверхностного натяжения рабочей жидкости;

0- краевой угол смачивания жидкостью стенок капилляра; R — радиус капилляра). Когда капилляр приводят в соприкосновение с поверхностью изделия, жидкость под действием капиллярных сил самого пористого изделия Рк =2 огаф, где гаф— пор гср — эфcos фективный радиус пор; rcp — средний радиус

flop Оп — краевой угол смачивания жидкостью материала измеряемого изделия, впитывается в последнее, Жидкость будет извлекаться из капилпара до установления равновесия, характеризуемого условием

Ра=Рк=Рк +Рх, (1) где Рх — давление воздушного пузырька в капилляре при установлении равновесия.

При гаф< R значение Р,<Р,, В процессе извлечения жидкости из капилляра давление запертого воздуха в канале капилляра будет уменьшаться по закону

Бойля-Мариотта, что выражается как р где европ — длина столба жидкости в капилляре до приведения капилляра в контакт с измеряемым изделием; @Зад длина извлеченного столба жидкости (фиг.2), 1742681

B момент устано

6 равновесия межд по вления к апиллярного ду пористым изделием

Удобство п е л ром выражением 2 р длагаемого способ ом () запишется как

Рx- сж р использовании каст

1 и ного радиуса и дли е ст оп- к а х на определен ваться расчетной ную глубин у, можно пользо() сти в ка м и измерив ф ил зависимость г капилляре посл р 20см, В 50 ка жидко — мкм и лярно а и

ro равновес сле достижени я капил- С

Формула б изо ретен

Toro изделия определяю а пор в пористых издел

V ния ют заполнение жидкостью эта лиях, включающ ии гаф лия, приведе ние его в контак эталонного изде1 % — г (4) мым образца ,отличаю ст что, с целью расш шийся тем, 15 возмо сширения технол где Ч =2 о/

ы ю паве хн

0 /(о 2 cos8+P R) 0 — коэ и ер ю ради ского сквозн ус ения рабочей ж о/ — фф циент метизиру ют после запал, repе жидко- свободный к олнения жидкость сферное давление Р .

ыи конец капилля а стью ну столбика жидко ра, измеряютдлигол смачивани б я ра очей жи ния в контакт до привериала капилляр . идкости в капилляре тим а. дкостью матесле контакта в с измеряемым в момент о изделием и фект способом мож но оп е лярного рав новесия д стижения капилф пор не тол ф ивный радиус ный ра ористого издел лия, но и ис ько единого диус по из ективреимущество данного ост данного способа заклюерения эффектив- и

О ристого мате уса пор по р ала по Э0 атмосф не требуется изгото - 6 ния, а изм иального об разца.для изме радиу раевой угол смачи илляизмерение можн мачивания мате иа но проводить жи нно на готовом издел от его ь ии незароп — длина столба ормы и размер дения в ов.

35 лием; ст — л ст — длина столбика равновесия; 3 — л е установлени ия капиллярного — длина капилляра.

17426" 1

35

Редактор Л.Гратилло

Заказ 2279 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

-6 г ф 10н

Составитель Е.Карманова

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор Э.Лончакова