Определение пористости образцов шунгита и пирографита методом контактной лазерно-ультрозвуковой структуроскопии

Метод определения пористости и локальных модулей упругости базировался на

измерении скоростей распространения продольных и сдвиговых упругих волн с погрешностью,

не превосходящей 0,2%. Использовался «времяпролетный» метод и лазерно-ультразвуковой

дефектоскоп УДЛ-2М. Результаты измерений скоростей продольных и сдвиговых волн и

рассчитанные по ним модули упругости приведены в Таблице 1:

Таблица 1

Материал (p, г/см3)	Clz, м/с	Ctz, м/с	модуль Юнга Е, ГПа	модуль сдвига µ, ГПа	коэффициент Пуассона σ
шунгит (2,2470)	3944	2710	37	17	0,12
шунгит (1,1203)	2110	-	-	-	-
пирографит (1,8196)	3220	1622	11	4	0,36
пирографит (1,8175)	3290	1674	14	5	0,33

 

Скорость сдвиговой волны в шунгите (1,1203) определить не удалось из-за сложности регистрируемого сигнала и невозможности идентификации. Это связано с повышенной пористостью (по сравнению с шунгитом (2,2470)), которая выражается в том числе в более низком значении скорости распространения продольных ультразвуковых волн.

Из табличных данных видно, что шунгит (2,2470) обладает большей способностью к сопротивлению при растяжении/сжатии и сдвиге, то есть является более «жестким» по отношению к пирографитам, и в то же время является более хрупким материалом по отношению  к ним (коэффициент Пуассона ближе к нулю).

Объемная концентрация газовых пор (пористость) образца P, усредненная по всему объему, определяется по формуле:

(1) P = 1 - (p/p₀)

где p – измеренная плотность образца, p₀ – плотность материала без пор. Для значений пористости до 20÷25% для однофазной среды справедливо соотношение:

(2) C_l/C_l0 = (1 - P^2/3)^1/2

где C_l - скорость распространения продольной ультразвуковой волны в образце, а C_l0 – аналогичная скорость в идеальном материале без пор.

Полученные по измеренным скоростям упругих волн значения пористости приведены в таблице 2.

Таблица 2

Материал (p, г/см3)	Cl, м/с	Cl0, м/с	P, %
шунгит (2,2470)	3944	4000	0,8
пирографит (1,8196)	3220	4000	21
пирографит (1,8175)	3290	4000	18

 

Таким образом, измеряя скорости упругих волн с погрешностью не более 0,2%, можно рассчитать локальные модули упругости образцов и их пористость.