炭素材料孔徑分布的測定壓汞法

警示：使用本文件時涉及有毒物質汞。在使用本文件前，使用者有責任建立安全環(huán)保意識并

制定有效實用的規(guī)章制度。

1范圍

本文件規(guī)定了炭素材料孔徑分布壓汞法測試的術語和定義、原理、儀器、試劑、試樣、

試驗步驟、結果計算和試驗報告。

本文件適用于壓汞法測定炭素材料的孔徑分布，能測量的孔徑范圍約為0.003μm～400

μm。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期

的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括

所有的修改單）適用于本文件。

GB/T1427炭素材料取樣方法

GB/T8170數值修約規(guī)則與極限數值的表示和判定

GB/T21650.1壓汞法和氣體吸附法測定固體材料孔徑分布和孔隙度第1部分壓汞法

3術語和定義

GB/T21650.1界定的及下列術語和定義適用于本文件。

3.1

毛細管利用率capillaryutilizationratio

毛細管內體積使用比例。

3.2

中位孔徑medianporediameter

50%孔體積對應的孔徑值。

3.3

最可幾孔徑maximumprobabilityporesize

表示在測量范圍內，出現概率最高，具有特征意義的孔徑。

4原理

由于非浸潤液體汞僅在施加外壓力時方可進入多孔體（不包含閉孔），在不斷增壓的情

況下，進入多孔體的汞體積（或孔徑）與外壓力具有一定函數關系，從而測得試樣的孔徑分

布。

5儀器設備

5.1壓汞儀：試驗壓力分為低壓和高壓，低壓測試壓力應至少達到0.21MPa（約30psia），

高壓測試壓力應達到儀器的最大操作壓力。試樣在測試完低壓后，轉入高壓測試。儀器應具

3

備抽真空至小于或等于50μmHg的能力。通?？赏ㄟ^測量膨脹計毛細管內汞柱與膨脹計外

的金屬套管間電容的變化測定進汞體積變化，要求其分辨率達到或小于1mm3。

注：其他有效的壓汞儀同樣適用本文件。

5.2分析天平：感量0.1mg。

5.3干燥箱：具有自動調溫裝置，能保持溫度在105℃～110℃。

5.4膨脹計：根據樣品的形態(tài)、孔隙率選擇合適膨脹劑，毛細管利用率介于20%-90%之間

最為適宜。

注：其他有效的壓汞儀配套的膨脹計或樣品管同樣適用本文件。

6試劑和材料

汞：分析純，純度（質量分數）大于或等于99.4%。

7試樣

7.1取樣和加工

按GB/T1427規(guī)定進行取樣、加工。

7.2尺寸

對試樣尺寸形態(tài)一般無特殊要求，根據膨脹計毛細管利用率適宜范圍確定試樣尺寸。為

測得試樣的真實孔徑分布數據，試樣表面一般不作拋光處理。對于粉末類試樣，粒徑一般要

求大于或等于1mm，粒徑過小可能導致無法測得有效數據。

8試驗步驟

8.1空管校準：為消除由于汞壓縮而產生的相對進汞體積、試樣管和其他儀器元件等產生的

誤差，使用新的膨脹計，無需稱量放入試樣，按下列步驟8.3-8.7進行測試，建立專用的膨

脹計測試數據，以便測試時扣除空白，從而得到試樣的真實孔徑分布數據。

8.2樣品烘干：將試樣放入105℃～110℃干燥箱內烘干至少2h，然后貯存于干燥器內，

冷卻至室溫備用。

8.3膨脹計裝樣：將干燥冷卻后的試樣稱重后，放入一根干凈的膨脹計中，用成套的密封件

密封，密封時必須使用密封脂，確保密封性，密封不嚴可能造成真空度無法達到要求。

注：在裝樣等過程中必須戴好乳膠手套，皮膚不得直接接觸試樣和膨脹劑等，全程佩戴好口罩等防護

用品。

8.4抽真空：抽真空的目的是去除樣品中的大多數蒸汽及氣體。首先將裝有試樣的膨脹計安

裝在壓汞儀低壓站，抽真空至小于或等于50μmHg。

8.5低壓測試：以分級連續(xù)升壓或在可控的方式下以步進式升壓的方式增壓?？梢酝ㄟ^計算

機圖表記錄壓力和相應的進汞體積。當達到設定的壓力后，逐步減壓至大氣壓。當泄壓結束

后將膨脹計組件松開取下，膨脹計毛細管位置朝上整體稱重并記錄。8.6高壓測試：安裝膨

脹計轉移至高壓站，確保密封性。開始高壓測試，以分級連續(xù)升壓或在可控的方式下以步進

式升壓的方式增壓。通過計算機圖表記錄壓力和相應的進汞體積。當達到所需的最大壓力，

逐步減壓至大氣壓。

注：壓力下降需在一種能采集退汞體積對所降壓力關系的可控方式下進行。

8.7測試完畢：測試完畢后，取出膨脹計，取出前必須確保儀器內的壓力已降至大氣壓。

4

注：符合5.1要求的壓汞儀，如8.1-8.7不能覆蓋儀器特定的測試需求，其適用的試驗步驟同樣適用本

文件。

9結果計算

9.1孔徑分布的計算

在假設孔為圓柱形的前提下，Washburn方程給出了壓力與孔徑間的關系[1]，見式（1）。

-4γcosθ

d=……………（1）

pp

式中：

dp—孔徑，單位為納米（nm）；

γ—汞的表面張力，單位為牛每米（N·m-1）。室溫下汞的表面張力介于0.470N·m-1和0.490

N·m-1之間。如果該值未知，可取γ=0.480N·m-1；

θ—汞與試樣的接觸角，單位為度（°）。應使用合適的儀器測量接觸角，在多數情況

下，接觸角介于125°與150°之間。其中，θ=130°適應于大部分材料，如果接觸角未知也可

取θ=140°；

p—壓力，單位為兆帕（MPa）。

通過式（1）可換算獲取試樣平均孔徑、中位孔徑、最可幾孔徑以及孔徑分布等曲線或

數據。圖1～圖2所示為某石墨的典型孔徑分布曲線。

圖1累積進汞體積與孔徑關系參考曲線

5

圖2累積進汞體積對數微分與孔徑關系參考曲線（圖中曲線最高點即為最可幾孔徑）

9.2結果保留小數點后兩位，數值修約按GB/T8170規(guī)定進行。

10試驗報告

試驗報告應包括下列內容：

a）委托單位；

b）試樣編號、處理方式、名稱及規(guī)格；

c）試驗條件；

d）試驗結果；

e）試驗單位；

f）審核人員；

g）試驗日期；

h）試驗方法。

6

參考文獻

[1]EdwardW.Washburn.Thedynamicsofcapillaryflow[J].PhysicalReview,1921,17(3):

273-283

7

ICS29.050

CCSQ52YB

中華人民共和國黑色冶金行業(yè)標準

YB/Txxxx-xxxx

炭素材料孔徑分布的測定壓汞法

Carbonmaterials-Testmethodforporesizedistribution-Mercuryporosimetry

（報批稿）

XXX-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實施

中華人民共和國工業(yè)和信息化部

1

炭素材料孔徑分布的測定壓汞法

警示：使用本文件時涉及有毒物質汞。在使用本文件前，使用者有責任建立安全環(huán)保意識并

制定有效實用的規(guī)章制度。

1范圍

本文件規(guī)定了炭素材料孔徑分布壓汞法測試的術語和定義、原理、儀器、試劑、試樣、

試驗步驟、結果計算和試驗報告。

本文件適用于壓汞法測定炭素材料的孔徑分布，能測量的孔徑范圍約為0.003μm～400

μm。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期

的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括

所有的修改單）適用于本文件。

GB/T1427炭素材料取樣方法

GB/T8170數值修約規(guī)則與極限數值的表示和判定

GB/T21650.1壓汞法和氣體吸附法測定固體材料孔徑分布和孔隙度第1部分壓汞法

3術語和定義

GB/T21650.1界定的及下列術語和定義適用于本文件。

3.1

毛細管利用率capillaryutilizationratio

毛細管內體積使用比例。

3.2

中位孔徑medianporediameter

50%孔體積對應的孔徑值。

3.3

最可幾孔徑maximumprobabilityporesize

表示在測量范圍內，出現概率最高，具有特征意義的孔徑。

4原理

由于非浸潤液體汞僅在施加外壓力時方可進入多孔體（不包含閉孔），在不斷增壓的情

況下，進入多孔體的汞體積（或孔徑）與外壓力具有一定函數關系，從而測得試樣的孔徑分

布。

5儀器設備

5.1壓汞儀：試驗壓力分為低壓和高壓，低壓測試壓力應至少達到0.21MPa（約30psia），

高壓測試壓力應達到儀器的最大操作壓力。試樣在測試完低壓后，轉入高壓測試。儀器應具

3

備抽真空至小于或等于50μmHg的能力。通常可通過測量膨脹計毛細管內汞柱與膨脹計外

的金屬套管間電容的變化測定進汞體積變化，要求其分辨率達到或小于1mm3。

注：其他有效的壓汞儀同樣適用本文件。

5.2分析天平：感量0.1mg。

5.3干燥箱：具有自動調溫裝置，能保持溫度在105℃～110℃。

5.4膨脹計：根據樣品的形態(tài)、孔隙率選擇合適膨脹劑，毛細管利用率介于20%-90%之間

最為適宜。

注：其他有效的壓汞儀配套的膨脹計或樣品管同樣適用本文件。

6試劑和材料

汞：分析純，純度（質量分數）大于或等于99.4%。

7試樣

7.1取樣和加工

按GB/T1427規(guī)定進行取樣、加工。

7.2尺寸

對試樣尺寸形態(tài)一般無特殊要求，根據膨脹計毛細管利用率適宜范圍確定試樣尺寸。為

測得試樣的真實孔徑分布數據，試樣表面一般不作拋光處理。對于粉末類試樣，粒徑一般要

求大于或等于1mm，粒徑過小可能導致無法測得有效數據。

8試驗步驟

8.1空管校準：為消除由于汞壓縮而產生的相對進汞體積、試樣管和其他儀器元件等產生的

誤差，使用新的膨脹計，無需稱量放入試樣，按下列步驟8.3-8.7進行測試，建立專用的膨

脹計測試數據，以便測試時扣除空白，從而得到試樣的真實孔徑分布數據。

8.2樣品烘干：將試樣放入