第八章冶金材料物性测定课件

黏度 研究高温熔体的黏度，不仅能为冶金生产研究高温熔体的黏度，不仅能为冶金生产提供必要的参数，而且也有助于揭示高温熔体提供必要的参数，而且也有助于揭示高温熔体微观结构。微观结构。液体流动时所表现出来的粘滞性，是流体液体流动时所表现出来的粘滞性，是流体各部分质点间在流动时所产生内摩擦力的结果。各部分质点间在流动时所产生内摩擦力的结果。在液体内部，可以想象有无数多互相平行的液在液体内部，可以想象有无数多互相平行的液层存在，层存在，在相邻二液层间若有相对运动时，由在相邻二液层间若有相对运动时，由于分子间力的存在，于分子间力的存在，则沿液层平面产生运动阻则沿液层平面产生运动阻力，这样作用就是液体的内摩擦力，这种性质力，这样作用就是液体的内摩擦力，这种性质就是液体的黏性。就是液体的黏性。第八章第八章 冶金材料物性测定冶金材料物性测定8.1 熔体黏度熔体黏度 的测定的测定8.1.1 黏度定义黏度定义8.1.2 测定方法测定方法8.2 表面张力表面张力 测定测定8.3 密度测定密度测定黏度 研究高温熔体的黏度，不仅能为冶金生产提供3.1.2 黏度黏度的测定方法的测定方法细管法旋转柱体法扭摆振动法垂直振动法升球法 在液体黏度的测定方法中，均以层流状在液体黏度的测定方法中，均以层流状态为理论基础。态为理论基础。主要有以下几种方法：主要有以下几种方法：细管法细管法旋转柱体法旋转柱体法扭摆振动法扭摆振动法垂直振动法垂直振动法升球法升球法 第八章第八章 冶金材料物性测定冶金材料物性测定8.1 熔体黏度熔体黏度 的测定的测定8.1.1 黏度定义黏度定义8.1.2 测定方法测定方法8.2 表面张力表面张力 测定测定8.3 密度测定密度测定3.1.2 黏度的测定方法 在液体黏度 1.细管法细管法 泊肃叶定律泊肃叶定律 适于测量黏度值范围在适于测量黏度值范围在102Pas以下的熔体，以下的熔体，是以泊肃叶定律为理论基础的测定液体黏度的方是以泊肃叶定律为理论基础的测定液体黏度的方法。根据泊肃叶定律法。根据泊肃叶定律 式中：式中：动力黏度，动力黏度，Pas；R管道的内半径，管道的内半径，m；L选取流体元的长度，选取流体元的长度，m；选取流体元左右两端的压力选取流体元左右两端的压力 差，差，Pa。在在t时间流体流过的总体积时间流体流过的总体积 式式(8.1)指出了流体在管内流动时体积流量与流指出了流体在管内流动时体积流量与流 体黏度的关系。体黏度的关系。(8.1)第八章第八章 冶金材料物性测定冶金材料物性测定 1.细管法 适于测量黏度值范围 1.细管法细管法1）水平毛细）水平毛细管黏度计管黏度计 2）垂直毛细）垂直毛细管黏度计管黏度计 装置装置8-1用石英玻璃制成，毛细管用石英玻璃制成，毛细管2内径为内径为0.4mm，长为，长为175mm，3为已知容积。如测金属黏为已知容积。如测金属黏度，首先由度，首先由7将金属试样加到样品容器将金属试样加到样品容器5内，打开真内，打开真空活塞空活塞6将体系抽至真空，然后将装置伸入高温炉将体系抽至真空，然后将装置伸入高温炉4的恒温带中加热，待样品熔化并达到所需温度恒温的恒温带中加热，待样品熔化并达到所需温度恒温后，倾斜炉体，使金属熔体流经后，倾斜炉体，使金属熔体流经3和和2而进入而进入1。然。然后向相反方向倾斜炉体，使金属熔体重新流回已知后向相反方向倾斜炉体，使金属熔体重新流回已知容积容积3，通过炉子另一端石英窗观察，使液面略高，通过炉子另一端石英窗观察，使液面略高于已知容积上部刻线于已知容积上部刻线a后，立即将炉子恢复水平，后，立即将炉子恢复水平，此时金属熔体靠自身重力而流人毛细管，用秒表准此时金属熔体靠自身重力而流人毛细管，用秒表准确记录熔体液面流经已知容积确记录熔体液面流经已知容积3上下刻线加所需的上下刻线加所需的时间时间t，由（，由（8.2）式可求得熔体的黏度值。）式可求得熔体的黏度值。第八章第八章 冶金材料物性测定冶金材料物性测定 1.细管法 装置8-1用石英式中：式中：R毛细管半径；毛细管半径；V已知容积；已知容积；t 熔体流过已知容积的时间熔体流过已知容积的时间 熔体密度；熔体密度；L毛细管长度；毛细管长度；m，n修正系数；修正系数；g重力加速度；重力加速度；H试料下落高度。试料下落高度。第八章第八章 冶金材料物性测定冶金材料物性测定 1.细管法细管法1）水平毛细管黏度计2）垂直毛细管黏度计(8.2)式中：R毛细管半径；第八章 冶金材料物性测定 1.垂直毛细管黏度计 装置装置8-2用耐热玻璃制成。试料在玻璃容器用耐热玻璃制成。试料在玻璃容器底部熔化，用负压将熔体抽进毛细管和熔体储底部熔化，用负压将熔体抽进毛细管和熔体储存器中。熔体吸入高度用铂接点探针存器中。熔体吸入高度用铂接点探针3和和4指示。指示。当去掉负压后，熔体靠自身重力下降。若事先当去掉负压后，熔体靠自身重力下降。若事先准确测定储存器的容积并测得熔体流过该容积准确测定储存器的容积并测得熔体流过该容积的时间，便可用公式（的时间，便可用公式（8.2）计算熔体在该温度）计算熔体在该温度下的黏度值。下的黏度值。1.细管法细管法1）水平毛细）水平毛细管黏度计管黏度计2）垂直毛细）垂直毛细管黏度计管黏度计第八章第八章 冶金材料物性测定冶金材料物性测定垂直毛细管黏度计 装置8-2用耐热玻璃制成。试2.旋转柱体法旋转柱体法方法原理方法原理 旋转柱体法装置是由两个半径不等的同心体旋转柱体法装置是由两个半径不等的同心体（或圆筒）组成，如图（或圆筒）组成，如图8-3所示。外柱为空心圆筒所示。外柱为空心圆筒（坩埚）。在内外柱体之间充以待测黏度的液体，（坩埚）。在内外柱体之间充以待测黏度的液体，当外力使二柱体之一匀速转动而另一柱体静止不当外力使二柱体之一匀速转动而另一柱体静止不动时，则在两柱体之间的径向距离上的液体内部动时，则在两柱体之间的径向距离上的液体内部出现了速度梯度，于是在液体内部便产生了内摩出现了速度梯度，于是在液体内部便产生了内摩擦。由于内摩擦力作用，在旋转柱体上加一个切擦。由于内摩擦力作用，在旋转柱体上加一个切应力，利用测量此应力可计算液体的黏度值。应力，利用测量此应力可计算液体的黏度值。旋转柱体法第八章第八章 冶金材料物性测定冶金材料物性测定2.旋转柱体法方法原理旋转柱体法第八章 冶金材料物性测定2.旋转柱体法旋转柱体法用旋转柱体法测量黏度要求用旋转柱体法测量黏度要求（1）体液应处于层流状态）体液应处于层流状态（2）样品必须均匀）样品必须均匀（3）液体与内外柱体间无滑动摩擦）液体与内外柱体间无滑动摩擦（4）无化学反应）无化学反应第八章第八章 冶金材料物性测定冶金材料物性测定2.旋转柱体法用旋转柱体法测量黏度要求第八章 冶金材料物2.旋转柱体法旋转柱体法1)内柱体旋转法内柱体旋转法2)外柱体旋转法 内柱体旋转法装置内柱体旋转法装置8-4测量黏度公式：测量黏度公式：式中式中d1，d2 内外柱体直径内外柱体直径 m，使内柱体旋转的荷重质量，使内柱体旋转的荷重质量 f，旋转机构的摩擦力，旋转机构的摩擦力 r，连接滑轮半径，连接滑轮半径 N，内柱体旋转速度，内柱体旋转速度 g，重力加速度，重力加速度 h，内柱体浸没深度，内柱体浸没深度式中除了（式中除了（m-f），），N外其他参数均可用已知黏度液体标定。外其他参数均可用已知黏度液体标定。适于测定适于测定5107Pas范围内高黏度的液体黏度，精度可范围内高黏度的液体黏度，精度可达达5.2。(8.3)第八章第八章 冶金材料物性测定冶金材料物性测定2.旋转柱体法 内柱体旋转法装置8-4测量黏度公式：2.旋转柱体法旋转柱体法1)内柱体旋转法内柱体旋转法2)外柱体旋转法外柱体旋转法 所谓外旋转柱体，就是指盛熔体的坩埚，所谓外旋转柱体，就是指盛熔体的坩埚，故这种方法也称为坩埚旋转法故这种方法也称为坩埚旋转法，图图8-5 是是外旋转柱体法装置图。外旋转柱体法装置图。当外柱体以外力加一转矩使其以一定角速当外柱体以外力加一转矩使其以一定角速度度w转动时，则由于液体的内摩擦力而施加于转动时，则由于液体的内摩擦力而施加于内柱体以扭转力矩，使吊丝发生扭转。当内柱内柱体以扭转力矩，使吊丝发生扭转。当内柱体所受的扭转力矩与吊丝的平衡扭矩相等时，体所受的扭转力矩与吊丝的平衡扭矩相等时，则吊丝的扭转角度不变，可计算出液体黏度。则吊丝的扭转角度不变，可计算出液体黏度。第八章第八章 冶金材料物性测定冶金材料物性测定2.旋转柱体法 所谓外旋转柱体，就是指盛3.1.2.2旋转柱体法 内柱体旋转法 外柱体旋转法外柱体旋转法外旋转柱体法测量液体黏度公式外旋转柱体法测量液体黏度公式式中，式中，吊丝扭转角度吊丝扭转角度 G，吊丝弹性系数，吊丝弹性系数 JP，吊丝极性惯量矩，吊丝极性惯量矩，l，吊丝长度，吊丝长度 d，吊丝直径，吊丝直径 R，r，外内柱体半径，外内柱体半径 h，内柱体浸没深度，内柱体浸没深度式中除了式中除了 ，外其他参数均可用已知黏度液体标定。外其他参数均可用已知黏度液体标定。要求保证内外柱体的同轴性。要求保证内外柱体的同轴性。(8.4)第八章第八章 冶金材料物性测定冶金材料物性测定2.旋转柱体法旋转柱体法1)内柱体旋转法内柱体旋转法2)外柱体旋转法外柱体旋转法3.1.2.2旋转柱体法外旋转柱体法测量液体黏度公式(8.43.扭摆振动法扭摆振动法 对于低黏度液体（如液态金属和熔盐）黏度的测定，对于低黏度液体（如液态金属和熔盐）黏度的测定，广泛采用扭摆振动黏度基于阻尼振动的对数衰减率与阻尼广泛采用扭摆振动黏度基于阻尼振动的对数衰减率与阻尼介质黏度的定量关系。介质黏度的定量关系。8-6是阻尼振动示意图。，用一根是阻尼振动示意图。，用一根弹性吊丝，上端固定不动，下端挂一重物，成一悬吊系统。弹性吊丝，上端固定不动，下端挂一重物，成一悬吊系统。当绕轴线外加一力矩使吊丝扭转某一角度，去掉力矩后，当绕轴线外加一力矩使吊丝扭转某一角度，去掉力矩后，则重物在吊丝弹性力作用下，绕轴线往复振动。若介质摩则重物在吊丝弹性力作用下，绕轴线往复振动。若介质摩擦与吊丝自身内摩擦力不计，则系统做等幅的简谐振动，擦与吊丝自身内摩擦力不计，则系统做等幅的简谐振动，即每次振动的最大扭转角不变。若将重物深入液体中，上即每次振动的最大扭转角不变。若将重物深入液体中，上述振动状态受到液体内摩擦力的阻尼作用，迫使振幅逐渐述振动状态受到液体内摩擦力的阻尼作用，迫使振幅逐渐衰减，直至振幅为零而振动停止。衰减，直至振幅为零而振动停止。通过振幅测量计算对数衰减率是扭摆振动法测量液体通过振幅测量计算对数衰减率是扭摆振动法测量液体黏度的基础。黏度的基础。第八章第八章 冶金材料物性测定冶金材料物性测定3.扭摆振动法 对于低黏度液体（如液态金属3.扭摆振动法扭摆振动法柱体扭摆振动法柱体扭摆振动法圆盘扭摆振动法圆盘扭摆振动法球体扭摆振动法球体扭摆振动法坩埚扭摆振动法坩埚扭摆振动法 对于低黏度液体（如液态金属和熔盐）对于低黏度液体（如液态金属和熔盐）黏度的测定，广泛采用扭摆振动黏度基于黏度的测定，广泛采用扭摆振动黏度基于阻尼振动的对数衰减率与阻尼介质黏度的阻尼振动的对数衰减率与阻尼介质黏度的定量关系。定量关系。第八章第八章 冶金材料物性测定冶金材料物性测定3.扭摆振动法柱体扭摆振动法第八章 冶金材料物性测定3.扭摆振动法扭摆振动法1)柱体扭摆振动法柱体扭摆振动法2)圆盘扭摆振动法圆盘扭摆振动法3)球体扭摆振动法球体扭摆振动法4)坩埚扭摆振动法坩埚扭摆振动法 8-7是柱体扭摆振动法装置示意图。是柱体扭摆振动法装置示意图。用一弹性吊丝，上端固定不动，下端用一弹性吊丝，上端固定不动，下端悬挂惯性体、连杆和柱体，连杆上固定一悬挂惯性体、连杆和柱体，连杆上固定一反射镜反射镜。柱体插入盛在圆筒形坩埚的液体。柱体插入盛在圆筒形坩埚的液体试料中，坩埚置于高温炉内加热到实验温试料中，坩埚置于高温炉内加热到实验温度。用外力给悬吊系统以外力矩，使吊丝度。用外力给悬吊系统以外力矩，使吊丝发生扭转，达一定角度后，去掉外力矩，发生扭转，达一定角度后，去掉外力矩，柱体便在吊丝扭力、系统转动惯量和试料柱体便在吊丝扭力、系统转动惯量和试料对柱体的黏制阻力作用下，作阻尼衰减振对柱体的黏制阻力作用下，作阻尼衰减振动。动。图图87 柱体扭摆振动法示意图柱体扭摆振动法示意图第八章第八章 冶金材料物性测定冶金材料物性测定3.扭摆振动法 8-7是柱体扭摆振动法3.扭摆振动法扭摆振动法1)柱体扭摆振动法柱体扭摆振动法2)圆盘扭摆振动法圆盘扭摆振动法3)球体扭摆振动法球体扭摆振动法4)坩埚扭摆振动坩埚扭摆振动法法 式中：式中：液体部度；液体部度；对数衰减率；对数衰减率；I系统的转动惯量；系统的转动惯量；D单位扭转的转矩；单位扭转的转矩；K常数。常数。可测的黏度的范围约为可测的黏度的范围约为 0.005180Pas。(8.5)第八章第八章 冶金材料物性测定冶金材料物性测定3.扭摆振动法 (8.5)第八章 冶金材3.1.2.3扭摆振扭摆振动法动法柱体扭摆振动法圆盘扭摆振动法圆盘扭摆振动法球体扭摆振动法坩埚扭摆振动法 使用高熔点金属或耐火材料做成圆盘，使用高熔点金属或耐火材料做成圆盘，用连杆连接后浸入高温待测熔体中，用连杆连接后浸入高温待测熔体中，8-8为为此法悬吊系统二图例此法悬吊系统二图例 圆盘扭摆振动法计算黏度公式圆盘扭摆振动法计算黏度公式 圆盘在熔体中对数衰减率圆盘在熔体中对数衰减率 0圆盘在空气中的对数衰减率圆盘在空气中的对数衰减率c1、c2、c3仪器常数，与圆盘浸没深度和端仪器常数，与圆盘浸没深度和端面缝隙大小有关。一般用已知黏度液体进行面缝隙大小有关。一般用已知黏度液体进行标定。标定。此法适用于大部分液态金属和熔盐。此法适用于大部分液态金属和熔盐。测量时要特别注意连杆与液面接触处不测量时要特别注意连杆与液面接触处不应有氧化层与浮渣。应有氧化层与浮渣。(8.6)第八章第八章 冶金材料物性测定冶金材料物性测定3.扭摆振动法扭摆振动法1)柱体扭摆振动法柱体扭摆振动法2)圆盘扭摆振动法圆盘扭摆振动法3)球体扭摆振动法球体扭摆振动法4)坩埚扭摆振动法坩埚扭摆振动法3.1.2.3扭摆振动法 使用高熔点金属或3.1.2.3扭摆振扭摆振动法动法柱体扭摆振动法圆盘扭摆振动法球体扭摆振动法球体扭摆振动法坩埚扭摆振动法 使用高熔点金属或耐火材料做成球体，使用高熔点金属或耐火材料做成球体，用连杆连接与吊丝连接，吊丝上端不动，组用连杆连接与吊丝连接，吊丝上端不动，组成一悬吊系统。用外力矩使球体扭摆，球体成一悬吊系统。用外力矩使球体扭摆，球体在熔体的黏制阻力作用下作阻尼衰减振动。在熔体的黏制阻力作用下作阻尼衰减振动。测定其对数衰减率以计算熔体黏度。测定其对数衰减率以计算熔体黏度。球体扭摆振动法计算黏度公式球体扭摆振动法计算黏度公式 圆盘在熔体中对数衰减率圆盘在熔体中对数衰减率 0 圆盘在空气中的对数衰减率圆盘在空气中的对数衰减率 振动周期振动周期 熔体密度熔体密度c1、c2、c3仪器常数，与圆盘浸没深度和端面仪器常数，与圆盘浸没深度和端面缝隙大小有关。一般用已知黏度液体进行标缝隙大小有关。一般用已知黏度液体进行标定。定。(8.7)第八章第八章 冶金材料物性测定冶金材料物性测定3.扭摆振动法扭摆振动法1)柱体扭摆振动法柱体扭摆振动法2)圆盘扭摆振动法圆盘扭摆振动法3)球体扭摆振动法球体扭摆振动法4)坩埚扭摆振动法坩埚扭摆振动法3.1.2.3扭摆振动法 使用高熔点金属或耐火材3.1.2.3扭摆振扭摆振动法动法柱体扭摆振动法圆盘扭摆振动法球体扭摆振动法坩埚扭摆振动法坩埚扭摆振动法 8-9是坩埚扭摆振动法的装置示意图。在是坩埚扭摆振动法的装置示意图。在测定黏度时，用外力矩使悬吊坩埚扭摆启动，测定黏度时，用外力矩使悬吊坩埚扭摆启动，当振动达一定振幅后去掉外力矩，开始扭摆当振动达一定振幅后去掉外力矩，开始扭摆振动，由于熔体的内摩擦力作用，系统作阻振动，由于熔体的内摩擦力作用，系统作阻尼振动，其对数衰减率与熔体黏度保持一定尼振动，其对数衰减率与熔体黏度保持一定的关系，于是便可通过系统对数衰减率的测的关系，于是便可通过系统对数衰减率的测定，计算出熔体的黏度值。定，计算出熔体的黏度值。黏度测量范围为黏度测量范围为0.lmPas50mPas。第八章第八章 冶金材料物性测定冶金材料物性测定3.扭摆振动法扭摆振动法1)柱体扭摆振动法柱体扭摆振动法2)圆盘扭摆振动法圆盘扭摆振动法3)球体扭摆振动法球体扭摆振动法4)坩埚扭摆振动法坩埚扭摆振动法3.1.2.3扭摆振动法 8-9是坩埚扭摆4.升球法升球法 8-10是是 拉球法装置，该法是基于测量小拉球法装置，该法是基于测量小球在粘性流体中的运动速度获得黏度。球在粘性流体中的运动速度获得黏度。基本公式是斯托克斯公式基本公式是斯托克斯公式式中：式中：mb，m1分别为小球的质量及小球分别为小球的质量及小球所排开的同体积熔体的质量；所排开的同体积熔体的质量；g重力加速度；重力加速度；r小球的半径；小球的半径；v小球在黏性流体中的运动速度。小球在黏性流体中的运动速度。(8.8)第八章第八章 冶金材料物性测定冶金材料物性测定4.升球法 8-10是 拉球法装置，该法是4.升球法升球法 对于相对测量，上式可写成对于相对测量，上式可写成 式中：式中：m天平右天平右盘所加的砝所加的砝码质量；量；t小球移小球移动一定距离的一定距离的时间；K仪器常数，用器常数，用标样标定得到。定得到。小球上升一定距离所需的小球上升一定距离所需的时间等于天平指等于天平指针从左从左边某一位置偏某一位置偏转到右到右边某一位置的某一位置的时间。(8.9)第八章第八章 冶金材料物性测定冶金材料物性测定4.升球法 对于相对测量，8.2 表面张表面张 力测定力测定8.2.1 表面张力表面张力 的定义的定义8.2.2 测定方法测定方法表面张力的定义：表面张力的定义：液体表面层的质点（分子、原子或离子）液体表面层的质点（分子、原子或离子）受到一个指向液体内部的合力的作用，若要增受到一个指向液体内部的合力的作用，若要增大液体的表面积，就要反抗这个指向液体内部大液体的表面积，就要反抗这个指向液体内部的合力而作功。可见，液体表面层的质点比内的合力而作功。可见，液体表面层的质点比内部的质点具有较多的能量，这个多余的能量称部的质点具有较多的能量，这个多余的能量称为表面能。它也可以看成液体表面经受有切向为表面能。它也可以看成液体表面经受有切向力的作用，该切向力力图使表面积缩小，这种力的作用，该切向力力图使表面积缩小，这种切应力称做表面张力，其单位是切应力称做表面张力，其单位是N/m或或mN/m，并用，并用表示。表示。任何两相间的界面都存在着这样的表面张任何两相间的界面都存在着这样的表面张力，习惯上将凝聚相与气相之间的这种力称做力，习惯上将凝聚相与气相之间的这种力称做表面张力，而两凝聚相之间的这种力则称作界表面张力，而两凝聚相之间的这种力则称作界面张力。面张力。第八章第八章 冶金材料物性测定冶金材料物性测定8.2 表面张表面张力的定义：第八章 冶8.2 表面张表面张 力测定力测定8.2.1 表面张力表面张力 的定义的定义8.2.2 测定方法测定方法 表面张力是熔体的重要物理性质之一。在表面张力是熔体的重要物理性质之一。在金属的冶炼过程中，液态金属、熔渣、熔盐和金属的冶炼过程中，液态金属、熔渣、熔盐和熔锍的表面性质，以及它们之间的界面性质，熔锍的表面性质，以及它们之间的界面性质，在许多情况下都起着非常重要的作用。下面就在许多情况下都起着非常重要的作用。下面就介绍几种测定熔体表面张力的方法。介绍几种测定熔体表面张力的方法。动力学方法：动力学方法：是以测量某一过程特征的数值来是以测量某一过程特征的数值来 计算表面张力。计算表面张力。静力学方法：静力学方法：是以测量某一状态下的某些特定是以测量某一状态下的某些特定 数值来计算表面张力。数值来计算表面张力。第八章第八章 冶金材料物性测定冶金材料物性测定8.2 表面张 表面张力是熔体的重要物理性质之8.2 表面张表面张 力测定力测定8.2.1 表面张力表面张力 的定义的定义8.2.2 测定方法测定方法动力学方法包括：动力学方法包括：毛细管波法、振动滴法毛细管波法、振动滴法静力学方法包括：静力学方法包括：毛细管上升法、拉筒法、气毛细管上升法、拉筒法、气 泡泡 最大压力法、静滴法、最大压力法、静滴法、悬滴法、滴重法等悬滴法、滴重法等 通常对液态金属熔盐和熔渣，常用的是通常对液态金属熔盐和熔渣，常用的是气泡最大压力法和静滴法。对硅酸盐玻璃体系气泡最大压力法和静滴法。对硅酸盐玻璃体系常用拉筒法和滴重法。常用拉筒法和滴重法。第八章第八章 冶金材料物性测定冶金材料物性测定8.2 表面张动力学方法包括：毛细管波法、振动滴法第八章 8.2.2 测定方法测定方法1.气泡最大压力法气泡最大压力法1）原理）原理2）装置图）装置图3）实验过程）实验过程 原理如图原理如图8-111.1.将毛细管插入液体一定深度将毛细管插入液体一定深度h h；2.2.向毛细管缓缓吹气，管内液体被排出管向毛细管缓缓吹气，管内液体被排出管 外，随后在管口处形成气泡并不断长大。外，随后在管口处形成气泡并不断长大。3.3.气泡在成长过程中，其内部压力气泡在成长过程中，其内部压力P P与液体与液体 静压力及液体表面张力的合力保持动态平静压力及液体表面张力的合力保持动态平 衡，直至这种平衡被破坏，气泡脱离管口衡，直至这种平衡被破坏，气泡脱离管口 而浮出液面。而浮出液面。第八章第八章 冶金材料物性测定冶金材料物性测定8.2.2 测定方法 原理如图8-11第八章 冶金材料物3.2.2 测定方法气泡最大压力法气泡最大压力法1）原理）原理2）装置图3）实验过程3.2.4 静滴法1）原理2）装置图3）实验过程4）数据处理 设液体密度为设液体密度为，表面张力为，表面张力为，气泡，气泡半径为半径为r,应有下面关系式成立：应有下面关系式成立：所示所示3种气泡状态，只有状态种气泡状态，只有状态2的气泡半的气泡半径为最小，此时气泡半径与毛细管半径径为最小，此时气泡半径与毛细管半径r相相等，显然气泡内压力达到最大值，即等，显然气泡内压力达到最大值，即(8.10)(8.11)第八章第八章 冶金材料物性测定冶金材料物性测定8.2.2 测定方法测定方法1.气泡最大压力法气泡最大压力法1）原理）原理2）装置图）装置图3）实验过程）实验过程3.2.2 测定方法 设液体密度为，表面3.2.2 测定方法气泡最大压力法气泡最大压力法1）原理）原理2）装置图3）实验过程3.2.4 静滴法1）原理2）装置图3）实验过程4）数据处理 式中式中 是压力计中液柱高度，是压力计中液柱高度，是压力计是压力计中工作液体的密度。气泡内最大压力将是中工作液体的密度。气泡内最大压力将是(8.12)第八章第八章 冶金材料物性测定冶金材料物性测定8.2.2 测定方法测定方法1.气泡最大压力法气泡最大压力法1）原理）原理2）装置图）装置图3）实验过程）实验过程 如果用开口液体压力计来测定气体的如果用开口液体压力计来测定气体的压力，压力，(8.13)3.2.2 测定方法 式中 是压3.2.2 测定方法气泡最大压力法气泡最大压力法1）原理2）装置图）装置图3）实验过程静滴法1）原理2）装置图3）实验过程4）数据处理 气泡最大压力法的装置由高温炉、气泡最大压力法的装置由高温炉、毛细管及其升降机构、测压设备和毛细管及其升降机构、测压设备和气体净化部分四部分组成，如图气体净化部分四部分组成，如图8-12所示：所示：第八章第八章 冶金材料物性测定冶金材料物性测定8.2.2 测定方法测定方法1.气泡最大压力法气泡最大压力法1）原理）原理2）装置图）装置图3）实验过程）实验过程3.2.2 测定方法 气泡最大压力法的装置由高温炉、毛细管及3.2.2 测定方法气泡最大压力法气泡最大压力法1）原理2）装置图3）实验过程）实验过程3.2.4 静滴法1）原理2）装置图3）实验过程4）数据处理 1.加热加热2.送管送管3.调阀调阀4.读数读数5.送管送管6.读数读数第八章第八章 冶金材料物性测定冶金材料物性测定8.2.2 测定方法测定方法1.气泡最大压力法气泡最大压力法1）原理）原理2）装置图）装置图3）实验过程）实验过程3.2.2 测定方法 1.加热第八章 冶金材料物性测定88.2.2 测定方法测定方法2.静滴法静滴法1）原理）原理2）装置图）装置图3）实验过程）实验过程4）数据处理）数据处理 静滴法可用于测定熔体表面张力和密度，静滴法可用于测定熔体表面张力和密度，也可测定熔体与固体之间的接触角。由于静也可测定熔体与固体之间的接触角。由于静滴法装置相对于气泡最大压力法装置易于抽滴法装置相对于气泡最大压力法装置易于抽真空，同时该法要求水平垫片材质与被测熔真空，同时该法要求水平垫片材质与被测熔体不润湿。所以，静滴法更适用于液态金属体不润湿。所以，静滴法更适用于液态金属和密度的测定和密度的测定。静滴法的特点是设备易实现高真空，特静滴法的特点是设备易实现高真空，特别适用于液态金属的测定。但对熔渣、熔盐，别适用于液态金属的测定。但对熔渣、熔盐，由于较难找到既不与熔体润湿，又不与熔体由于较难找到既不与熔体润湿，又不与熔体反应的垫片，因而应用较少。静滴法的附属反应的垫片，因而应用较少。静滴法的附属设备多，操作和计算均较复杂。设备多，操作和计算均较复杂。第八章第八章 冶金材料物性测定冶金材料物性测定8.2.2 测定方法 静滴法可用于测定熔体8.2.2 测定方法测定方法2.静滴法静滴法1）原理）原理2）装置图）装置图3）实验过程）实验过程4）数据处理）数据处理 液滴在不润湿的水平垫片上的形状如图液滴在不润湿的水平垫片上的形状如图8-13所示。该形状是由两种力相互平衡所决所示。该形状是由两种力相互平衡所决定，一种力是液体的静压力，它使液滴力趋定，一种力是液体的静压力，它使液滴力趋铺展在垫片上；另一种力是毛细附加力，它铺展在垫片上；另一种力是毛细附加力，它使液滴趋于球形。静压力与密度有关，毛细使液滴趋于球形。静压力与密度有关，毛细附加力与表面张力有关。因而，从理论上可附加力与表面张力有关。因而，从理论上可根据液滴的质量及几何形状计算出密度和表根据液滴的质量及几何形状计算出密度和表面张力。面张力。第八章第八章 冶金材料物性测定冶金材料物性测定8.2.2 测定方法 液滴在不润湿的水平8.2.2 测定方法测定方法2.静滴法静滴法1）原理）原理2）装置图）装置图3）实验过程）实验过程4）数据处理）数据处理毛细附加力静压力毛细附加力静压力整理得整理得(8.14)第八章第八章 冶金材料物性测定冶金材料物性测定8.2.2 测定方法毛细附加力静压力整理得(8.14)第八8.2.2 测定方法测定方法2.静滴法静滴法1）原理）原理2）装置图）装置图3）实验过程）实验过程4）数据处理）数据处理第八章第八章 冶金材料物性测定冶金材料物性测定8.2.2 测定方法第八章 冶金材料物性测定8.2.2 测定方法测定方法2.静滴法静滴法1）原理）原理2）装置图）装置图3）实验过程）实验过程4）数据处理）数据处理1.将清洁的固体试样放置在垫片上，固态试样通将清洁的固体试样放置在垫片上，固态试样通 常制成圆柱状，质量约常制成圆柱状，质量约1.56.0克，实验前预先克，实验前预先 对试样称重。对试样称重。2.调整垫片位置，使成水平状态。调整垫片位置，使成水平状态。3.将体系抽真空并加热。将体系抽真空并加热。4.根据试样的性质，试样熔化后可在真空或氩气根据试样的性质，试样熔化后可在真空或氩气 氛下进行测定。氛下进行测定。5.升温至实验温度后，保温升温至实验温度后，保温20min，对液滴摄影。，对液滴摄影。6.然后改变至另一温度，保温然后改变至另一温度，保温20min后再摄影。后再摄影。7.冲洗摄影底片，并精确测量有关投影尺寸，利用冲洗摄影底片，并精确测量有关投影尺寸，利用 Bashforth和和Adams表格计算表面张力和密度。表格计算表面张力和密度。第八章第八章 冶金材料物性测定冶金材料物性测定8.2.2 测定方法1.将清洁的固体试样放置在垫片上，固态试思考题思考题8-1 测定钢渣的黏度可以用哪些方法？测定钢渣的黏度可以用哪些方法？8-2 如何测量氟化物熔盐的密度及表面张如何测量氟化物熔盐的密度及表面张 力？可否用旋转柱体法测量其黏度？力？可否用旋转柱体法测量其黏度？8-3 可否用钼重锤、钼拉筒测量熔体的密度可否用钼重锤、钼拉筒测量熔体的密度 及表面张力，应注意什么？及表面张力，应注意什么？第八章第八章 冶金材料物性测定冶金材料物性测定思考题8-1 测定钢渣的黏度可以用哪些方法？第八章 冶人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。人有了知识，就会具备各种分析能力，第八章冶金材料物性测定课件