POROLUX系列毛细流通孔分析仪助您分析金属过滤膜

金属滤材概述

金属滤材凭借其独特的性能和显著优势，被广泛应用于各类过滤场景。这类滤材充分发挥金属材料的固有特性，包括优异的耐腐蚀性、耐溶剂性、高耐磨性以及在高温环境下的稳定运行能力。此外，金属材料具有极佳的可加工性，能够通过颗粒、纤维和细丝（金属丝）等多种形态加工成型，以满足特定的过滤需求。

目前常见的金属过滤介质的主要形态包括：

? 金属丝网

? 扩展烧结金属滤材

? 烧结金属粉末

? 金属滤膜

? 金属泡沫材料等

其应用领域十分广泛，适用于：

? 气体与液体过滤（含油类）

? 物料分离与筛分

? 催化剂回收

? 前置过滤

? 粗过滤

? 无菌过滤等多种工业场景

金属滤材制造中所采用的加工技术会预先决定材料的特性。以最简单的情况为例：通过在实心板材上钻削特定形状的孔洞制成的冲孔金属板，其孔隙结构均匀规整，各孔道通常呈直线贯穿板材。相比之下，烧结金属或金属滤膜往往具有高度复杂且不规则的孔隙结构，这类结构难以通过扫描电镜（SEM）或透射电镜（TEM）等显微技术进行表征。针对此类材料，毛细流孔隙测定法是更为实用的通孔孔径检测方法。

金属滤材孔径测量面临的技术挑战

① 孔隙结构多样性：金属滤材的多孔结构因其生产所用原材料类型的不同而存在显著差异，这些结构直接影响材料的孔隙率、孔径分布、渗透性和过滤效率等特性。此类材料中的孔隙通常相互连通且随机分布，形成高度曲折的孔隙通道。用于液体和气体过滤的金属滤材的孔径变化极大。金属网的孔径可达数百微米，而金属膜的孔径从亚微米到几微米不等。

② 样品厚度变化：金属滤材的厚度可以根据类型的不同而有很大的变化。比如，烧结金属滤片的厚度大约几厘米，而某些电铸成型筛网的厚度仅有几微米，厚度差异显著。另外，金属样品可以有各种形状，例如管状，这意味着需要不同的样品夹具来有效地测试这些金属样品。

③ 润湿性问题：青铜和不锈钢是最常用的金属合金，但镍、钛、铝和钽等纯金属也广泛使用。在毛细流孔隙测定中，为了引起毛细效应，润湿液必须完全浸润材料表面。这意味着液体和材料表面的接触角应为零或无限接近于零。然而，并不是所有常用的润湿液体都能完全润湿金属样品。因此，在对孔径测试仪进行初始测试之前，测量接触角是很重要的。

④ 润湿程序：对于厚而密的金属样品，建议使用真空干燥器促进孔隙/毛细管的润湿并去除气泡。

⑤ 电铸筛网及其同类金属制品的机械强度受限：电铸成型筛网、扩展金属滤材和某些金属网可能非常薄且脆弱，在孔径测试仪中进行高压测试可能损坏其结构。因此，小心处理这些类型的金属样品，以最大限度降低多孔结构受损的风险。

⑥ 孔隙形状和几何形状的变化：电铸成型筛网，扩展金属滤材，单层金属网等样品具有精确可控的孔径，而复杂金属结构中的孔隙可能形状不规则，常呈细长状或相互连通状，导致在孔隙颈部(孔隙最窄部分)出现不可预测的收缩。因此，在选择合适的形状因子计算孔径时，必须充分考虑孔隙颈部的结构特征。

我们如何克服这些挑战？

可使用两种类型的通孔孔径分析仪对金属样品进行分析：POROLUX? Revo和 POROLUX? Cito 系列。POROLUX? Revo可以在步进平衡模式下工作，考虑孔隙弯曲度，并为具有复杂多孔结构的厚壁金属样品提供最准确的结果。同时，压力扫描型通孔孔径分析仪，POROLUX? Cito系列，可为薄壁金属样品的质量控制提供快速和可重复性的结果。

POROLUX? Cito系列：基于压力扫描法的气液孔径分析仪，这是一种快速而可重复的测试，通过不断增加压力，同时记录所产生的流量。POROLUX? Cito系列可以精准解析多种孔隙特征参数，包括最大孔径（气泡点）、平均流量孔径（MFP）、最小孔径（SP）、孔径分布及透气性。POROLUX? Cito系列包含三种型号：POROLUX? Cito L, POROLUX? Cito M和POROLUX? Cito，每款仪器设计用于测量特定压力范围内的孔径大小。

POROLUX? Revo系列：是一种基于压力步进平衡方法的气液孔径分析仪。该仪器配备了专利MP2 技术，能够提供最准确、可重复的孔径测量结果。多级压力过程（MP2）是一项创新技术，可确保在测量过程中压力平稳增加，并加快达到流量和压力稳定的过程。POROLUX? Revo系列包括两款型号：POROLUX? Revo X和POROLUX? Revo。与 POROLUX? Cito 系列一样，POROLUX Revo 可以测量最大孔径（气泡点）、平均流量孔径 (MFP)、最小孔径 (SP)、孔径分布和气体渗透率。得益于增强的数学模型，还可计算获得以下参数：

- 总孔数量

- 总孔隙面积（%与μm2）

- 开孔率（%）

- 计算渗透率（达西）

通用配件：两款仪器均可配备3合1通用样品夹具，厚样品专用的深样品夹具或定制夹具。对于较厚的金属样品来说，深样品夹具是至关重要的。 此外，当测试薄的扩展金属样品时，建议使用蚀刻金属网格（EMG）支撑片，以防止材料结构发生任何变化。

测试结果

本文测试了三种金属滤材，两个金属编织网（样品A和B）由相同材料制成，其中样品B有额外涂层处理。我们还研究了多孔金属泡沫（样品C）和由不同大小的颗粒组成的两个烧结金属滤片（样品D和E），如图1所示。

在进行测量之前，将所有样品放置在盛有Galpore浸润液的容器，并置于真空中，以去除孔隙中的气泡，促进浸润过程。本次测试虽使用Galpore润湿液，但毛细流孔径测定亦可采用其他润湿液体。

使用压力扫描孔径分析仪POROLUX? Cito分析了具有相对开放孔隙结构的样品（样品A， B和C），其平均流量孔径为10至150 um。如图1所示，烧结金属滤片（样品D和E）很厚，并表现出非常致密的多孔结构。由此可以推断，这些材料中的孔隙可能是复杂而曲折的。因此，采用压力步进平衡法工作的POROLUX? Revo孔径分析仪进行测试，确保考虑孔隙的弯曲度。

对每个样品中的三个平行样进行测试，所测孔径的算术平均值如表1所示。由表可知，试样C孔径最大，编织金属网（试样A和B）孔径中等，烧结金属片（试样D和E）孔径最小。

表1概述了所研究样品的测试结果。图2中的孔径分布图对所有测量的孔径进行了更全面、更详细的分析。该图显示了不同样本的曲线形状。例如，样品A呈现出一个尖锐峰，表明孔隙结构均匀。这一特性是编织金属网的关键特征之一，均匀可控的孔径分布，确保一致的过滤效率。

样品B是经过涂层处理后的金属编织网，表明涂层处理可以显著改变孔径尺寸。如图2所示，经过涂层处理后，B试样的孔径分布逐渐偏向小孔径方向。

烧结金属片（样品D和E）以及金属泡沫样品C显示了较宽的孔径分布，没有明显的特征峰值。

图2. 不同样品的孔径分布

在POROLUX? Cito上测量得到的A,B,C三个样品的干湿曲线如图3所示。干曲线是用干燥的样品测量的，说明气体如何流过材料。干燥曲线的凸形与孔隙大小分布图的观测结果一致。例如，图3显示了气体体积流速与压力之间的非线性关系，样品A、B和C均表现为凸曲线。这种形状表明这些样品中存在较大的孔隙，这些孔隙有助于从层流过渡到湍流。

相反，样品D和E的孔径明显小于样品A、B和C，如图4所示。并且样品D和E的曲线呈现凹形，这是用Galpore等粘性湿润液体测量的金属样品的典型特征。采用Galpore对所有样品进行检测，以确保结果的一致性和可比性。此外，描述样品透气性的干曲线的位置与孔径分布图一致。从图2、3、4和表1可以看出，孔隙越大，透气性曲线增加越明显。

图4. 在POROLUX? Revo上测量样品D和E的干湿曲线。

结论

金属滤材形式多样，孔隙结构各异，给孔径测量带来诸多挑战。

根据样品形状和孔隙结构特点，可选择不同的孔径分析仪：

? POROLUX? Cito：适合薄而开放的金属样品，提供快速可重复的结果

? POROLUX? Revo：适合厚且具有复杂曲折孔隙结构的金属样品，提供最准确的结果

通过分析孔径、孔径分布和气体渗透性等参数，用户可以全面了解样品的孔隙结构，实现更精细的表征。

POROLUX?系列孔径分析仪为金属过滤介质的质量控制和性能评估提供了可靠的技术解决方案。

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