材料內部孔隙與其基本物理性質的依存關系

秦澤昊

摘 要：當前，人類所發現的所有天然材料都無法保持絕對密實的狀態，根據材料的屬性與組成分子結構不同，材料內部結構都會一定數量的孔隙存在，這也導致材料在某方面會存在一定的缺陷。而當前隨著現代化建設水平的提高與科技的發展，對材料的質量與甄選也提出了新的要求，在這一背景下就要求提高對材料內部孔隙的認識，探究出孔隙形成、分布與造成的性質形象的具體原因，建立起可靠的實驗數據檔案，從而為提升材料的使用性能做出貢獻。

關鍵詞：孔隙；結構特征；關系

一、材料內部孔隙的基本結構特征

（一）孔隙結構特征

通過實驗研究表明，材料內部孔隙的數量與體積與材料的密度具有直接聯系，通常孔隙數量多、體積大的材料在性質上都較為粗疏，反之則比較緊密。同時，材料內部孔隙的數量與體積與其在具體使用中的性能通常具有一致性，例如孔隙緊密的材料的抗滲與防凍性能都比較強，而粗疏的材料則具有較好的吸水性等等。而當前我們通常所說的孔隙結構特征就是通過對材料孔隙的數量與體積進行觀察與對比，然后對其特征進行總結。而孔隙結構通常分為兩種，一種是孔隙較為獨立的封閉式結構，另一種則是孔隙互相勾連的連通結構。根據孔隙的體積大小可以將孔隙分為三個級別：粗大孔隙、細小孔隙、極微孔隙。而材料的性質與孔隙的數量、孔隙結構、孔隙大小層級都具有著重要的聯系。

（二）孔隙分布

孔隙分布需要根據孔隙數量中大大小小的孔隙在總體數量中占據的比重來確定，尤其是在固體材料的測量中，不同大小的孔隙分別占據的比重相對于總體孔隙數量的多少更加受到重視。如上文所述的孔隙三種大小級別，材料內部的孔隙大小通常都是不確定的，三種大小的孔隙在材料內部都會有所存在，這就導致測量孔隙分布具有了更為重要的意義。

當前測量孔隙大小的方法通常采取的是水銀壓入法，此方法的基礎即拉普拉斯公式，通過測量大于90度角的液態水銀進入材料內部的壓力（與張力所帶來的阻力相等），從而根據函數公式來計算在一定壓力下能夠得出的孔隙大小數據。

二、材料內部孔隙與其基本物理性質的依存關系

（一）表觀密度

材料在不受外界因素影響的條件下單位體積材料的質量與體積之比，即表觀密度。而由于材料在天然狀態下是必然存在著孔隙的，所以我們所測量出來的材料體積其實是由材料自身的物質與孔隙共同組成的，而孔隙則會直接影響到材料表觀密度的大小，孔隙數量多、體積大的材料所測量得到的表觀密度數據通常不具備可靠性。

（二）吸水性與抗滲性

材料的吸水性能是指材料在與水接觸的過程中所能夠將水分融入材料內部的性能，對材料的吸水性造成影響因素不僅包括材料本身的親水程度，還與材料內部孔隙的數量與體積具有直接聯系，孔隙數量多的材料通常在吸水性能上具有良好的表現，而孔隙結構呈封閉狀態的材料則會將水分阻擋于材料之外。而孔隙體積較大的材料雖然能夠吸收較多的水分，但是卻不容易將水分保持住，容易出現吸水之后的水分流失；與此相對應的，當前吸水性能優異的材料通產都是孔隙數量多、孔隙開口小的材料，能夠在吸收水平之后將水分鎖在材料內部，水分流失的比例小。而水分通常會導致材料在強度性能上變軟，容易吸收熱量，限制了材料的使用范圍與實用價值，同時，由于材料吸水導致內部孔隙充滿了水分，增加了材料的質量，從而導致材料表觀密度的上升。

抗滲性則是材料與水之后防止水分進入材料內部的能力，材料內部孔隙的數量與體積相當于為水分子的進入留下了空間，而當前為了提高材料的防滲性能，通常會采取手段將材料變成絕對密實，將材料內部孔隙減少到接近于零。

三、材料內部孔隙與其力學性質的關系

天然材料的內部結構中，通常都會存在著一些降低其使用價值的結構劣勢，例如晶格錯位，材料雜質比例大，內部孔隙因素等等，在實際的使用過程中，一旦材料受到環境的影響或者其他外力因素，作用力將在這些材料存在問題的部分產生集中，從而導致材料本身存在缺陷或問題擴大化，嚴重甚至會導致材料的損毀，而外國科學家為了解決這一問題則提出了假說，研究材料內部存在的縫隙、外力作用的影響與材料的強度三者之間的關系，通過實驗則得出了結論：材料裂縫的大小與材料的強度具有直接的影響，在受到外力作用的條件下，材料內部的縫隙越大其越容易受到損壞。這就表明，材料內部孔隙對材料強度的影響因素主要決定于材料的內部孔隙結構，所以在此基礎上，又有科學家對材料內部孔隙的大小對材料強度的影響進行了實驗，最后得出的結論是：材料孔隙越小，其對材料的強度影響越低，材料的強度性能越優秀。借此實驗則對材料學的發展做出了突出的貢獻，而隨著科學技術的發展，得出的數據表明材料的最大孔隙只要低于10μm，其對材料的強度影響就幾乎可以忽略不計。

四、結語

綜上所述，材料內部孔隙對材料的基本物理性質具有著重要的影響，而在實際上提高材料性能或者甄選材料的種類過程當中，一定要著重考慮材料內部孔隙的數量與大小因素，以及材料的孔隙結構，借此才能夠對材料的性能與用途進行更高的把握。

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