材料内部孔隙与其基本物理性质的依存关系

秦泽昊

摘 要：当前，人类所发现的所有天然材料都无法保持绝对密实的状态，根据材料的属性与组成分子结构不同，材料内部结构都会一定数量的孔隙存在，这也导致材料在某方面会存在一定的缺陷。而当前随着现代化建设水平的提高与科技的发展，对材料的质量与甄选也提出了新的要求，在这一背景下就要求提高对材料内部孔隙的认识，探究出孔隙形成、分布与造成的性质形象的具体原因，建立起可靠的实验数据档案，从而为提升材料的使用性能做出贡献。

关键词：孔隙；结构特征；关系

一、材料内部孔隙的基本结构特征

（一）孔隙结构特征

通过实验研究表明，材料内部孔隙的数量与体积与材料的密度具有直接联系，通常孔隙数量多、体积大的材料在性质上都较为粗疏，反之则比较紧密。同时，材料内部孔隙的数量与体积与其在具体使用中的性能通常具有一致性，例如孔隙紧密的材料的抗渗与防冻性能都比较强，而粗疏的材料则具有较好的吸水性等等。而当前我们通常所说的孔隙结构特征就是通过对材料孔隙的数量与体积进行观察与对比，然后对其特征进行总结。而孔隙结构通常分为两种，一种是孔隙较为独立的封闭式结构，另一种则是孔隙互相勾连的连通结构。根据孔隙的体积大小可以将孔隙分为三个级别：粗大孔隙、细小孔隙、极微孔隙。而材料的性质与孔隙的数量、孔隙结构、孔隙大小层级都具有着重要的联系。

（二）孔隙分布

孔隙分布需要根据孔隙数量中大大小小的孔隙在总体数量中占据的比重来确定，尤其是在固体材料的测量中，不同大小的孔隙分别占据的比重相对于总体孔隙数量的多少更加受到重视。如上文所述的孔隙三种大小级别，材料内部的孔隙大小通常都是不确定的，三种大小的孔隙在材料内部都会有所存在，这就导致测量孔隙分布具有了更为重要的意义。

当前测量孔隙大小的方法通常采取的是水银压入法，此方法的基础即拉普拉斯公式，通过测量大于90度角的液态水银进入材料内部的压力（与张力所带来的阻力相等），从而根据函数公式来计算在一定压力下能够得出的孔隙大小数据。

二、材料内部孔隙与其基本物理性质的依存关系

（一）表观密度

材料在不受外界因素影响的条件下单位体积材料的质量与体积之比，即表观密度。而由于材料在天然状态下是必然存在着孔隙的，所以我们所测量出来的材料体积其实是由材料自身的物质与孔隙共同组成的，而孔隙则会直接影响到材料表观密度的大小，孔隙数量多、体积大的材料所测量得到的表观密度数据通常不具备可靠性。

（二）吸水性与抗渗性

材料的吸水性能是指材料在与水接触的过程中所能够将水分融入材料内部的性能，对材料的吸水性造成影响因素不仅包括材料本身的亲水程度，还与材料内部孔隙的数量与体积具有直接联系，孔隙数量多的材料通常在吸水性能上具有良好的表现，而孔隙结构呈封闭状态的材料则会将水分阻挡于材料之外。而孔隙体积较大的材料虽然能够吸收较多的水分，但是却不容易将水分保持住，容易出现吸水之后的水分流失；与此相对应的，当前吸水性能优异的材料通产都是孔隙数量多、孔隙开口小的材料，能够在吸收水平之后将水分锁在材料内部，水分流失的比例小。而水分通常会导致材料在强度性能上变软，容易吸收热量，限制了材料的使用范围与实用价值，同时，由于材料吸水导致内部孔隙充满了水分，增加了材料的质量，从而导致材料表观密度的上升。

抗渗性则是材料与水之后防止水分进入材料内部的能力，材料内部孔隙的数量与体积相当于为水分子的进入留下了空间，而当前为了提高材料的防渗性能，通常会采取手段将材料变成绝对密实，将材料内部孔隙减少到接近于零。

三、材料内部孔隙与其力学性质的关系

天然材料的内部结构中，通常都会存在着一些降低其使用价值的结构劣势，例如晶格错位，材料杂质比例大，内部孔隙因素等等，在实际的使用过程中，一旦材料受到环境的影响或者其他外力因素，作用力将在这些材料存在问题的部分产生集中，从而导致材料本身存在缺陷或问题扩大化，严重甚至会导致材料的损毁，而外国科学家为了解决这一问题则提出了假说，研究材料内部存在的缝隙、外力作用的影响与材料的强度三者之间的关系，通过实验则得出了结论：材料裂缝的大小与材料的强度具有直接的影响，在受到外力作用的条件下，材料内部的缝隙越大其越容易受到损坏。这就表明，材料内部孔隙对材料强度的影响因素主要决定于材料的内部孔隙结构，所以在此基础上，又有科学家对材料内部孔隙的大小对材料强度的影响进行了实验，最后得出的结论是：材料孔隙越小，其对材料的强度影响越低，材料的强度性能越优秀。借此实验则对材料学的发展做出了突出的贡献，而随着科学技术的发展，得出的数据表明材料的最大孔隙只要低于10μm，其對材料的强度影响就几乎可以忽略不计。

四、结语

综上所述，材料内部孔隙对材料的基本物理性质具有着重要的影响，而在实际上提高材料性能或者甄选材料的种类过程当中，一定要着重考虑材料内部孔隙的数量与大小因素，以及材料的孔隙结构，借此才能够对材料的性能与用途进行更高的把握。

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