一种碳化硅铝基复合材料密度测量方法及装置与流程

本发明涉及密度测量技术领域，特别是涉及一种碳化硅铝基复合材料密度测量方法及装置。

背景技术：

铝基复合材料实现碳化硅与陶瓷材料等的冶金结合，制备的产品将兼有铝合金良好的热导率、加工性、高塑性、高韧性、焊接性、导电性、低密度和陶瓷材料的低膨胀、高刚度、高硬度的综合性能，能更好满足航空航天、军工、5g、半导体、高端汽车行业对材料轻量化、高性能化的发展需求。

密度是材料的一个物理性能，对于铝基复合材料是一个非常重要的性能指标，关乎陶瓷等增强相与铝基体结合的连续性、致密度、内部缺陷，进而影响这材料强度、韧性等，因此有必要发明一种针对不同重量、不同高度、不同铝基复合材料密度测量的装置与评定方法。

技术实现要素：

本发明目的是提供一种碳化硅铝基复合材料密度测量装置及评定方法，实现高程序化、高自动化对不同重量、不同高度、不同铝基复合材料密度的测量，不仅提高了工作效率，同时提高了密度测量的准确性、可靠性。

为解决上述技术问题，本发明提供一种碳化硅铝基复合材料密度测量方法，包括以下步骤：

对碳化硅铝基复合材料进行预处理后，获得待测样品，测量待测样品的第一质量；

选取介质溶液放入容器中，获取介质溶液的介质种类、介质温度，其中，介质温度为0℃-40℃，介质种类至少包括水、丙酮、酒精；

控制待测样品垂直稳定浸入到介质溶液中，测量待测样品在介质溶液中的第二质量，其中，待测样品完全浸入到介质溶液中；

根据第一质量、第二质量、介质种类、介质温度，获得碳化硅铝基复合材料的材料密度。

优选地，对碳化硅铝基复合材料进行预处理的方法包括，

将碳化硅铝基复合材料进行超声波清洗后进行烘干，获得待测样品，其中，清洗温度：50-120℃，时间为5-60min，烘干温度为100-200°，烘干时间为5-50min；待测样品的重量为10-100g；待测样品的体积为4-40cm³。

优选地，待测样品的重量为20-80g；

待测样品的体积为8-35cm³；

清洗温度：60-110℃，时间为5-50min；

烘干温度为120-185℃；

烘干时间为5-40min。

优选地，待测样品的重量为20g；

待测样品的体积为8cm³；

清洗温度：75℃、清洗时间为5min；

烘干温度为120℃；

烘干时间为5min。

优选地，待测样品的重量为60g；

待测样品的体积为25cm³；

清洗温度：90℃、清洗时间为30min；

烘干温度为160℃；

烘干时间为25min。

优选地，将待测样品垂直稳定放置到介质溶液的过程中，待测样品的垂直下降速度匀速，吊篮不摇晃；

下降速度为0.1-3毫米/秒。

优选地，在控制待测样品垂直放置到介质溶液中的过程前，在容器中注入介质溶液，测量介质温度，其中，注入介质液面高度与容器高度留有余量，介质温度为0-40℃，介质温度的误差为0.1℃。

优选地，将介质液面高度设置为固定值，获得第二质量，其中，介质温度为24.7-25.2℃。

优选地，通过第一质量、第二质量、介质种类、介质温度，获得材料密度值，其中，材料密度值至少包括3组密度值；通过材料密度值，获得密度结果平均值，并计算相对标准偏差；基于相对标准偏差，判断材料密度的可靠性；相对标准偏差小于0.005，材料密度为可靠值；相对标准偏差等于0.005，材料密度为可疑值；相对标准偏差大于0.005，材料密度为不可靠值。

一种碳化硅铝基复合材料密度测量装置，包括，

天平主机，用于测量第一质量、第二质量；

液位测量装置，设置在容器中，用于保证材料完全浸入液面以下规定深度；

样品吊篮，设置在容器上方，其浮心高于重心，用于放置待测样品；

样品吊篮升降装置，与样品吊篮连接，由弹簧、锁紧机构组成，用于将待测样品垂直稳定放置在介质溶液中；

中性介质温度测量装置，设置在容器的底部，用于测量介质溶液的介质温度；

天平主机还包括中性介质温度测量程序模块、介质液位调整程序模块、介质密度调整程序模块、称重程序模块、密度计算程序模块、结果评定程序模块；

其中，中性介质温度测量程序模块分别与介质密度调整程序模块、中性介质温度测量装置电性连接，用于采集介质温度，通过介质密度调整程序模块调整介质溶液的溶液密度系数；

介质液位调整程序模块与液位测量装置电性连接，用于获得材料浸入液面以下深度；

称重程序模块用于获得第一质量、第二质量；

密度计算程序模块用于获得碳化硅铝基复合材料的材料密度；

结果评定程序模块用于判断材料密度的准确性。

本发明公开了以下技术效果：

本发明的技术方案并与现有技术相比，本发明产生的有益效果是：

本发明实现了高程序化、高自动化的密度测量，保证结果的稳定性，节省了工作效率，通过本发明的装置，可以快速、准确的判定结果的精准性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例所述的密度测量装置示意图；

图2是本发明实施例所述的样品吊篮示意图；

图3是本发明实施例所述的样品吊篮升降机构示意图；

图4是本发明实施例所述的方法流程图；

其中，1为天平主机，2为液位测量装置，3为样品吊篮，4为样品吊篮升降装置，5为中性介质温度测量装置，6为中性介质温度测量程序模块，7为介质液位调整程序模块，8为介质密度调整程序模块，9为称重程序模块，10为密度计算程序模块，11为结果评定程序模块，12为铝板，13为不锈钢板，14为不锈钢勾花网，15为手柄，16为绕线滑轮，17为绕线滑道，18为绕线，19为绕线导柱，20为弹簧、21为基座、22为定位六角圆柱。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-4所示，本发明提供一种碳化硅铝基复合材料密度测量方法，包括以下步骤：

对碳化硅铝基复合材料进行预处理后，获得待测样品，测量待测样品的第一质量；

选取介质溶液放入容器中，获取介质溶液的介质种类、介质温度，其中，介质温度为0℃-40℃，介质种类至少包括水、丙酮、酒精；

控制待测样品垂直稳定浸入到介质溶液中，测量待测样品在介质溶液中的第二质量，其中，待测样品完全浸入到介质溶液中；

根据第一质量、第二质量、介质种类、介质温度，获得碳化硅铝基复合材料的材料密度。

对碳化硅铝基复合材料进行预处理的方法包括，

将碳化硅铝基复合材料进行超声波清洗后进行烘干，获得待测样品，其中，清洗温度：50-120℃，时间为5-60min，烘干温度为100-200°，烘干时间为5-50min；待测样品的重量为10-100g；待测样品的体积为4-40cm³。

待测样品的重量为20-80g；待测样品的体积为8-35cm³；清洗温度：60-110℃，时间为5-50min；烘干温度为120-185℃；烘干时间为5-40min。

待测样品的重量为20g；待测样品的体积为8cm³；清洗温度：75℃、清洗时间为5min；烘干温度为120℃；烘干时间为5min。

待测样品的重量为60g；待测样品的体积为25cm³；清洗温度：90℃、清洗时间为30min；烘干温度为160℃；烘干时间为25min。

将待测样品垂直稳定放置到介质溶液的过程中，待测样品的垂直下降速度匀速，吊篮不摇晃；下降速度为0.1-3毫米/秒。

在控制待测样品垂直放置到介质溶液中的过程前，在容器中注入介质溶液，测量介质温度，其中，注入介质液面高度与容器高度留有余量，介质温度为0-40℃，介质温度的误差为0.1℃。

将介质液面高度设置为固定值，获得第二质量，其中，介质温度为24.7-25.2℃。

通过第一质量、第二质量、介质种类、介质温度，获得材料密度值，其中，材料密度值至少包括3组密度值；通过材料密度值，获得密度结果平均值，并计算相对标准偏差；基于相对标准偏差，判断材料密度的可靠性；相对标准偏差小于0.005，材料密度为可靠值；相对标准偏差等于0.005，材料密度为可疑值；相对标准偏差大于0.005，材料密度为不可靠值。

一种碳化硅铝基复合材料密度测量装置，包括天平主机1以及设置在天平主机1上的中性介质温度测量程序模块6、介质液位调整程序模块7、介质密度调整程序模块8、称重程序模块9、密度计算程序模块10、结果评定程序模块11，液位测量装置2、样品吊篮3、样品吊篮升降装置4、中性介质温度测量装置5；密度结果评定方法采用结果平均值、相对标准偏差指标来评定，分为结果可靠，结果可疑，结果不可靠三个级别，根据不同级别，处理结果。

天平主机1由双层中空1-5mm的abs树脂防风罩保护，抗冲击能力强，防风性优良且拆卸方便，保证结果不受外界干扰。

中性介质温度测量装置5可对烧杯或水箱等容器内中性介质液体进行温度的自动感应测量，由5个测温点组成(精度±0.1℃)，分布于前、后、左、右和中心部位，温度测量范围0-40℃。以5个点的温度平均值代表中性介质最终测量温度。通过温度测量程序模块6，由电控制传感，直接显示介质即时温度。

中性介质为水、丙酮、酒精等，测量温度时提前选取使用的中性介质。

温度测量装置测量的温度实时传输至介质密度调整模块8，实现不同介质不同温度密度的及时调整。该程序模块可自动识别介质类别和温度，根据程序中的数据库匹配密度，去除了温度系数对结果的影响。既保证了结果的更加准确，又省去了人工输入温度的繁琐工作。

液位测量装置2和介质液位调整程序模块7联合工作，可测量液面至样品吊篮中样品上表面的距离，保证在测量过程中样品完全没入液面0.5-3cm，保证测量过程符合阿基米德原理，确保结果更加准确。

样品吊篮3，为弧形对称结构且由底部1-6mm的不锈钢板13、中部1-3mm的铝板12和上部1-3cm的不锈钢勾花网14三部分焊接而成，使样品吊篮13浮心高于重心，保证样品吊篮13在上升或下降过程中平稳，减少气泡。同时进行表面镀锌，防止样品吊篮13腐蚀，镀锌层厚度80-150um。

样品吊篮升降装置4，由手柄15、绕线滑轮16、绕线滑道17、绕线18、绕线导柱19、弹簧20、基座21、定位六角圆柱22组成，样品吊篮与绕线滑道相连。转动手柄15，绕线带动导柱19沿着滑道17运动，缠绕在滑轮16部位，使得弹簧20变形，进而弹簧20存在变回原状的弹力，最终使得绕线滑道17上升，随之带动样品吊篮13上升，插入定位六角圆柱22，使样品吊篮13保持不同高度位置，可更好地满足不同重量、不同高度样品密度的测量。

输入材料密度理论值，密度计算程序模块10会自动计算三个结果平均值、相对标准偏差，结合结果评定程序11评定密度结果。根据相对标准偏差rsd指标评定，①结果可靠：rsd＜0.005；②结果可疑：rsd＝0.005；③结果不可靠：rsd＞0.005。如结果可靠以平均值为最终结果；如结果可疑则需再进行一次测量，直至结果可靠；如结果不可靠，则需对样品重新测量，必要时更换样品测量。

如图1-3所示，本发明提供的密度测量和评定方法实施测量的流程为：

s1、准备样品：

固体样品，重量10-100g，体积4-35cm³。

s2、样品清洗：

在超声波清洗机中去除样品油污，清洗温度：50-120℃，时间为5-60min，烘干温度为100-200°，烘干时间为5-50min；

s3、中性介质选取：

选取水、酒精、丙酮作为密度测量的介质溶液，注入容器中。

s4、中性介质温度测量：

点击温度测量程序模块6，天平会结合温度测量装置自动计算5个分布点的温度的平均值，温度测量范围0-40℃，精度±0.1℃。

s5、中性介质密度调整：

点击按键介质密度调整程序模块8，程序自动识别介质、温度，调整中性介质密度，保证结果的准确性。

s6、天平调零：

使用天平自带校准功能，对天平调零处理。

s7、称量样品第一质量：

转动手柄15，样品吊篮13上升，插入定位六角圆柱22。将样品放入样品吊篮13中，点击按键称重程序模块9，天平自动获得样品第一质量。

s8、称量样品第二质量：

点击按键介质液位调整程序模块7，结合液位测量装置2测量样品表面距液面距离。拔掉定位六角圆柱22，转动手柄，样品吊篮13下降。当液位测量程序显示液面距离合格后，停止转动，插入定位六角圆柱22。点击按键称重程序模块9，天平自动获得样品第二质量。

s9、密度计算：

点击按键密度计算程序模块10，自动计算密度值。重复s4-s9步骤三次。再点击按键密度计算程序模块10，自动计算三次密度结果平均值、相对标准偏差。

s10、密度结果评定：

点击按键结果评定程序模块11，自动对结果评定，如结果可靠，显示屏给出结果。若结果可疑，还需一次密度测量。若结果不可靠，则需要重新测量。

实施例一：

s1、准备样品：

固体样品，重量20g左右，体积8cm³左右。

s2、样品清洗：

在超声波清洗机中去除样品油污，清洗时间5min。清洗后使用干燥箱烘干，烘干温度120℃，时间5min。

s3、中性介质选取：

选取水作为密度测量的介质溶液，注入容器中。

s4、中性介质温度测量：

点击温度测量程序模块6，天平会结合温度测量装置自动计算5个分布点的温度的平均值，温度为25.2℃。

s5、中性介质密度调整：

点击按键介质密度调整程序模块8，程序自动识别介质、温度，调整中性介质密度，保证结果的准确性。密度系数为0.996992。

s6、天平调零：

使用天平自带校准功能，对天平调零处理。

s7、称量样品第一质量：

转动手柄15，样品吊篮13上升，插入定位六角圆柱22。将样品放入样品吊篮13中，点击按键称重程序模块9，天平自动获得样品第一质量为20.1568g。

s8、称量样品第二质量：

点击按键介质液位调整程序模块7，结合液位测量装置2测量样品表面距液面距离。拔掉定位六角圆柱22，转动手柄15，样品吊篮13下降。当液位测量程序显示液面距离合格后，停止转动，插入定位六角圆柱22。点击按键称重程序模块9，天平自动获得样品第二质量为12.9875。

s9、密度计算：

点击按键密度计算程序模块10，自动计算密度值为2.8031。重复s4-s9步骤三次。输入材料密度理论值，再点击按键密度计算程序模块10，自动计算三次密度结果平均值2.8113、相对标准偏差0.002。

s10、密度结果评定：

点击按键结果评定程序模块11，自动对结果评定，显示屏给出结果可靠评定，最终密度值为2.8113。

实施例二：

s1、准备样品：

固体样品，重量60g左右，体积25cm³左右。

s2、样品清洗：

在超声波清洗机中去除样品油污，清洗温度：90℃，时间为30min，烘干温度为160°，烘干时间为25min；

s3、中性介质选取：

选取水作为密度测量的介质溶液，注入容器中。

s4、中性介质温度测量：

点击温度测量程序模块6，天平会结合温度测量装置自动计算5个分布点的温度的平均值，温度为24.7℃。

s5、中性介质密度调整：

点击按键介质密度调整程序模块8，程序自动识别介质、温度，调整中性介质密度，保证结果的准确性。密度系数为0.997120。

s6、天平调零：

使用天平自带校准功能，对天平调零处理。

s7、称量样品第一质量：

转动手柄15，样品吊篮13上升，插入定位六角圆柱22。将样品放入样品吊篮13中，点击按键称重程序模块9，天平自动获得样品第一质量为60.2346g。

s8、称量样品第二质量：

点击按键介质液位调整程序模块7，结合液位测量装置2测量样品表面距液面距离。拔掉定位六角圆柱22，转动手柄15，样品吊篮13下降。当液位测量程序显示液面距离合格后，停止转动，插入定位六角圆柱22。点击按键称重程序模块9，天平自动获得样品第二质量为38.7461g。

s9、密度计算：

点击按键密度计算程序模块10，自动计算密度值为2.8031。重复s4-s9步骤三次。输入材料密度理论值，再点击按键密度计算程序模块10，自动计算三次密度结果平均值2.8169、相对标准偏差0.004。

s10、密度结果评定：

点击按键结果评定程序模块11，自动对结果评定，显示屏给出结果可靠评定，最终密度值为2.8169。

实施例三：

s1、准备样品：

固体样品，重量50g左右，体积20cm³左右。

s2、样品清洗：

在超声波清洗机中去除样品油污，清洗温度：85℃，时间为30min，烘干温度为150°，烘干时间为20min；

s3、中性介质选取：

选取丙酮作为密度测量的介质溶液，注入容器中。

s4、中性介质温度测量：

点击温度测量程序模块6，天平会结合温度测量装置自动计算5个分布点的温度的平均值，温度为27.0℃。

s5、中性介质密度调整：

点击按键介质密度调整程序模块8，程序自动识别介质、温度，调整中性介质密度，保证结果的准确性。密度系数为0.78352。

s6、天平调零：

使用天平自带校准功能，对天平调零处理。

s7、称量样品第一质量：

转动手柄15，样品吊篮13上升，插入定位六角圆柱22。将样品放入样品吊篮13中，点击按键称重程序模块9，天平自动获得样品第一质量为48.8236g。

s8、称量样品第二质量：

点击按键介质液位调整程序模块7，结合液位测量装置2测量样品表面距液面距离。拔掉定位六角圆柱22，转动手柄15，样品吊篮13下降。当液位测量程序显示液面距离合格后，停止转动，插入定位六角圆柱22。点击按键称重程序模块9，天平自动获得样品第二质量为31.3248g。

s9、密度计算：

点击按键密度计算程序模块10，自动计算密度值为2.7901。重复s4-s9步骤三次。输入材料密度理论值，再点击按键密度计算程序模块10，自动计算三次密度结果平均值2.7965、相对标准偏差0.003。

s10、密度结果评定：

点击按键结果评定程序模块11，自动对结果评定，显示屏给出结果可靠评定，最终密度值为2.7965。

因此，本发明采用上述一种碳化硅铝基复合材料密度测量装置和评定方法，实现了高程序化、高自动化的密度测量装置，通过对结果的评定，可以很直观的显示样品密度的级别，满足各行各业对碳化硅铝基复合材料轻量化的发展需求。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。