炭素材料孔径分布的测定压汞法 警示：使用本文件时涉及有毒物质汞。在使用本文件前，使用者有责任建立安全环保意识并 制定有效实用的规章制度。 1范围 本文件规定了炭素材料孔径分布压汞法测试的术语和定义、原理、仪器、试剂、试样、 试验步骤、结果计算和试验报告。 本文件适用于压汞法测定炭素材料的孔径分布，能测量的孔径范围约为0.003μm～400 μm. 2规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期 的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括 所有的修改单）适用于本文件。 GB/T1427炭素材料取样方法 GB/T8170数值修约规则与极限数值的表示和判定 GB/T21650.1压汞法和气体吸附法测定固体材料孔径分布和孔隙度第1部分压汞法 3术语和定义 GB/T21650.1界定的及下列术语和定义适用于本文件。 3. 1 毛细管利用率capillaryutilizationratio 毛细管内体积使用比例。 3. 2 中位孔径medianporediameter 50%孔体积对应的孔径值。 3. 3 最可几孔径 maximumprobabilityporesize 表示在测量范围内，出现概率最高，具有特征意义的孔径。 4原理 由于非浸润液体汞仅在施加外压力时方可进入多孔体（不包含闭孔），在不断增压的情 况下，进入多孔体的汞体积（或孔径）与外压力具有一定函数关系，从而测得试样的孔径分 布。 5仪器设备 5.1压汞仪：试验压力分为低压和高压，低压测试压力应至少达到0.21MPa（约30psia）， 高压测试压力应达到仪器的最大操作压力。试样在测试完低压后，转入高压测试。仪器应具 3 备抽真空至小于或等于50μumHg的能力。通常可通过测量膨胀计毛细管内汞柱与膨胀计外 的金属套管间电容的变化测定进汞体积变化，要求其分辨率达到或小于1mm3。 注：其他有效的压汞仪同样适用本文件。 5.2分析天平：感量0.1mg。 5.3干燥箱：具有自动调温装置，能保持温度在105℃～110℃。 5.4膨胀计：根据样品的形态、孔隙率选择合适膨胀剂，毛细管利用率介于20%-90%之间 最为适宜。 注：其他有效的压汞仪配套的膨胀计或样品管同样适用本文件。 6试剂和材料 汞：分析纯，纯度（质量分数）大于或等于99.4%。 7试样 7.1取样和加工 按GB/T1427规定进行取样、加工。 7.2尺寸 对试样尺寸形态一般无特殊要求，根据膨胀计毛细管利用率适宜范围确定试样尺寸。为 测得试样的真实孔径分布数据，试样表面一般不作抛光处理。对于粉末类试样，粒径一般要 求大于或等于1mm，粒径过小可能导致无法测得有效数据。 8试验步骤 8.1空管校准：为消除由于汞压缩而产生的相对进汞体积、试样管和其他仪器元件等产生的 误差，使用新的膨胀计，无需称量放入试样，按下列步骤8.3-8.7进行测试，建立专用的膨 胀计测试数据，以便测试时扣除空白，从而得到试样的真实孔径分布数据。 8.2样品烘干：将试样放入105℃～110℃干燥箱内烘干至少2h，然后贮存于干燥器内， 冷却至室温备用 8.3膨胀计装样：将干燥冷却后的试样称重后，放入一根干净的膨胀计中，用成套的密封件 密封，密封时必须使用密封脂，确保密封性，密封不严可能造成真空度无法达到要求。 注：在装样等过程中必须戴好乳胶手套，皮肤不得直接接触试样和膨胀剂等，全程佩戴好口罩等防护 用品。 8.4抽真空：抽真空的目的是去除样品中的大多数蒸汽及气体。首先将装有试样的膨胀计安 装在压汞仪低压站，抽真空至小于或等于50μmHg。 8.5低压测试：以分级连续升压或在可控的方式下以步进式升压的方式增压。可以通过计算 机图表记录压力和相应的进汞体积。当达到设定的压力后，逐步减压至大气压。当泄压结束 后将膨胀计组件松开取下，膨胀计毛细管位置朝上整体称重并记录。8.6高压测试：安装膨 胀计转移至高压站，确保密封性。开始高压测试，以分级连续升压或在可控的方式下以步进 式升压的方式增压。通过计算机图表记录压力和相应的进汞体积。当达到所需的最大压力， 逐步减压至大气压。 注：压力下降需在一种能采集退汞体积对所降压力关系的可控方式下进行 8.7测试完毕：测试完毕后，取出膨胀计，取出前必须确保仪器内的压力已降至大气压。 4 注：符合5.1要求的压汞仪，如8.1-8.7不能覆盖仪器特定的测试需求，其适用的试验步骤同样适用本 文件。 9结果计算 9.1孔径分布的计算 在假设孔为圆柱形的前提下，Washburn方程给出了压力与孔径间的关系[!]，见式（1）。 -4/7cos.6 (1) p 式中： d一孔径，单位为纳米（nm)； 一汞的表面张力，单位为牛每米（Nml）。室温下汞的表面张力介于0.470Nml和0.490 N·ml之间。如果该值未知，可取=0.480N·m； 6一汞与试样的接触角，单位为度（°）。应使用合适的仪器测量接触角，在多数情况 下，接触角介于125°与150°之间。其中，0-130°适应于大部分材料，如果接触角未知也可 取6=140°； p一压力，单位为兆帕（MPa)。 通过式（1）可换算获取试样平均孔径、中位孔径、最可几孔径以及孔径分布等曲线或 数据。图1～图2所示为某石墨的典型孔径分布曲线。 0. 1 0.1 进汞体积/(ml/g) 0.1 I'o 累积 0.0 0.0 0.0 5 50 500 5000 50000 500000 孔径/nm 图1累积进汞体积与孔径关系参考曲线 1.0 累积进汞体积对数微分/(ml/g) 0.6 0.4 0.2 0.0 50 5 500 5000 50000 500000 孔径/nm 5