一、工作原理
基本原理是:汞对一般固体不润湿(接触角大于90°),欲使汞进入孔需施加外压,外压越大,汞能进入的孔半径越小。测量不同外压下进入孔中汞的量即可知相应孔大小的孔体积。所用压汞仪使用压力最大约600MPa,可测孔范围:0.003 - >950um(孔直径)。
Pr=-2γcosθ:著名的瓦什伯恩( Washburn)方程,它表明在θ和γ不变的前提下,随着压力的逐渐增大,汞将会逐渐进入孔径更小的孔。θ是汞对固体的接触角, γ是汞的表面张力。
Washburn建立了压力和圆柱体孔直径间的关系。如果压力从P1改变到P2,分别对应孔径r1、r2,并设法量测出单位质量试样在两种孔径的孔之间的孔内所压入的汞体积△V,则在连续改变测孔压力时,就可测出汞进入不同孔级孔中的求量,从而得到孔径分布。
二、压汞数据分析
1.首页总汇

关于中间孔径(V)和中间孔径(A)数值差异较大的原因:
中间孔径(V)的概念是指,不同孔径的孔以孔体积的大小进行排布,取中值孔体积对应的孔径的大小;中间孔径(A)的概念是指,不同孔径的孔以孔表面大小积进行排布,取中值表面积对应的孔径大小。相同体积不同孔直径的孔,孔直径较小的孔的孔表面积较大。所以一般情况下,中间孔径(V)较中间孔径(A)更大。
2. 进汞退汞曲线

横坐标表示孔径(压力逐渐增大,可压入孔径越来越小),纵坐标表示压力增大过程的累计进汞体积。红色线是进汞曲线,绿色线是退汞曲线,退汞不能完全退出来。此图可以看出样品的主体孔结构信息。
3. 孔径分布曲线

横坐标表示孔径,纵坐标表示对应孔径的孔体积量,此图表示对应材料孔径的孔体积量分布曲线。

横坐标表示孔径,纵坐标表示对应孔径的孔体积量除以孔径,以圆柱形孔为例,孔体积除以横截圆面积为孔长度,圆面积和直径为正相关,所以体积除以直径曲线图表示对应孔径的孔长度比例分布图。
4. 不同孔径区间孔体积占比分析

第一列:测试压力
第二列:测试压力对应的最小压入孔径
第三列:累积进汞体积
第四列:压力增加增加的汞体积
第五列:以压入的汞占总进汞量(总孔体积)的百分比
第六列:由上一个压力点到下一个压力点进汞体积(总孔体积)占总进汞体积百分比
因此,可以计算不同孔径范围的孔体积百分比。
三、应用范围和样品要求
常规块状提供堆积体积2cm3以上样品量,特殊样品,比如电极片、玻璃涂片等,在保持样品结构不破坏的情况下,提供1cm长宽多片,样品越薄,尽量多提供几片。
土壤和岩石:
样品特点:一般岩石孔容、孔隙率较小,孔径分布较宽。样品需要烘干,如果研究样品的孔径分布,样品颗粒尽量小一些,避免制样室产生的裂纹。当然如果研究天然裂纹分布状况,样品不能敲得很小。
建筑材料(水泥、沙浆块、混凝土):
这类材料一般孔隙率百分之几到十几,孔径分布较宽。用锋利器件敲成1-5mm颗粒,低于60度烘干。超过100度的温度烘干会使结晶水逸出,原矿物晶格便被破坏,形成另外一种化合物。
四、颗粒粒径大小影响
样品颗粒大小汞压入样品时首先是进入和外表面连通的孔道实际上样品中仅有部分孔和外表面直接相连,其余的内部孔隙是通过一系列不同形状和大小的中间孔和外界相通。根据上述讨论的结果,这种状况使测量的孔径比实际值小。对于相同质量的样品,颗粒越小,和外界汞接触的表面积增大,可以让更多的孔直接和外界的汞相通。选择孔径分布较窄的陶瓷样品进行试验,分别将陶瓷样品敲成8mm和2mm左右的颗粒,在相同的测量条件下,两种颗粒的样品测量出的最可几孔径分别为55.1pum和56.3um。
五、作图案例展示及作图注意事项
压汞孔径分布作图:
在Excel中找到“Log Differential Intrusion vs Pore size”对应的两列数据,进行Origin画图,直接画图得到的结果需要进一步处理:

调整步骤:双击横坐标,将Type改为Log10,将From改为1:

调整后得到的图,可以将孔径分布的部分有效的显示出来:

以下是两个作图案例,水泥和气凝胶的,供大家参考:
