tilavuusosuutta

Tilavuusosuus (volume fraction) on maatila termi, joka kuvaa yhden faasin tai komponentin tilavuuden suhdetta kokonais tilavuuteen. Se on dimensionless suure, ja sitä käytetään yleisesti laboratorio- ja teollisuusyhteyksissä. Tilavuusosuus voi ilmaista esimerkiksi vahvikkeen tai epäjatkuvien tilojen osuutta monifaasisessa materiaalissa. Yleensä tilavuusosuus ilmoitetaan joko arvoina 0–1 tai prosenttimuodossa 0–100.

Käyttökohteet ja yhteydet

Tilavuusosuutta käytetään laajasti materiaalitieteessä, komposiittien analysoinnissa sekä poristen ja koostumusten tutkimuksessa. Se kuvaa faasien jakautumista tilavuudessa ja vaikuttaa olennaisesti mekaanisiin, termisiin ja akustoivisiin ominaisuuksiin. Tilavuusosuus on usein yhteydessä tiheyteen ja massaprosentteihin siten, että suurempi tilavuusosan arvo ei tarkoita suoraan suurempaa massaa, koska tiheydet voivat poiketa huomattavasti.

Laskentakaavat

Vf,i = V_i / V_total, jossa V_i on faasin tilavuus ja V_total koko tilavuus. Massaprosentin ja tiheyden avulla voidaan laskea Vf,i: Vf,i = (w_i / ρ_i) / sum_j (w_j / ρ_j), missä w_i on faasin massa ja ρ_i sen tiheys. Kahden faasin tapauksessa Vf_r = (ρ_c − ρ_m) / (ρ_r − ρ_m), jossa ρ_c on komposiitin tiheys, ρ_m matriisin tiheys ja ρ_r vahvikkeen tiheys. Esimerkki: jos komposiitin tiheys on 2.0 g/cm3, matriisin 1.2 g/cm3 ja vahvikkeen 3.0 g/cm3, Vf_r ≈ (2.0 − 1.2) / (3.0 − 1.2) ≈ 0.44.

Mittaaminen ja tulkinta

Tilavuusosuutta voidaan arvioida kuvantamismenetelmillä (optinen mikroskopia, röntgen- tai CT-tomografia), image analysis -menetelmillä sekä epäjatkuvien tilavuuksien määrittämisessä Archimedeen periaatteen kautta. Ominaisuuksien tulkinnassa tilavuusosuus osoittaa faasijakoisen materiaalin käyttäytymistä: suurempi vahvikkeen tilavuusosuus yleensä jäykistää rakennetta, mutta voi heikentää muovautuvuutta. Tilavuusosuus on oleellinen parametri sekä suunnittelussa että laadunhallinnassa.