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多孔材料作为一种新兴材料被广泛应用于各领域,但多孔材料本身还有很多问题有待解决。例如:关于钙芒硝多孔介质溶解性能的研究中,由于钙芒硝溶解于水,试样在水中易塌陷,所以没有关于钙芒硝本身在溶解中所发生变化的研究;在研究多孔介质流体问题时,所应用的多孔介质模型都是单一孔径;关于单一孔径多孔材料的三轴渗流研究尚属空白。
本实验通过制备钙芒硝—铜—酚醛树脂复合材料试样,研究钙芒硝在水中溶解的速度及溶解后的表面形态和物相组成;采用粉末冶金法制备了具有复合孔径的多孔铜试样,研究了具有复合孔径多孔材料的孔隙对力学性能的影响;研究了单一孔径多孔材料的力学性能在三轴渗流中的孔隙变化。
溶解实验结果表明:钙芒硝复合材料在水中溶解时,试样的气孔率在刚开始溶解的6h变化很快,随后成线性缓慢变化,气孔率由开始的19.95%最终增加到56.85%。
原子分光光度计测得结果表明:钙芒硝复合材料的溶解液中Na+的含量随溶解时间的增加而增加,其变化曲线接近一条乘幂曲线,其中幂指数为0.0503,x的系数为1.0299。试样在水中溶解300小时后,溶液中Na+的含量由0mg增加到12.36mg。XRD结果表明:随着钙芒硝复合材料在水中溶解时间的增加,试样中钙芒硝的主要组成相由Na2Ca(SO4)2转化为CaSO4.2H2O。
根据应力—应变曲线的计算结果表明:对于采用松装烧结制备的单一孔径多孔铜材料,孔隙率为38.35%时,弹性模量为E1=494MPa;孔隙率为35.38%的弹性模量为E2=843MPa。
三轴渗流结果表明:采用松装烧结制备的单一孔径多孔铜在三轴压力作用下,孔隙率为38.35%试样的轴压和侧压对轴向位移增量影响都很明显;而孔隙率为35.38%试样轴向的位移增量受轴压影响明显,但受侧压影响不大。
本试验采用特殊的烧结工艺制备出具有复合孔径的多孔铜材料,复合孔径的多孔铜是由占试样体积34.83%、平均孔径为184μm的大孔和占试样体积18.57%、平均孔径为20μm的小孔组成的。