粉體或固體材料的真密度測量
http://www.emjwvn.tw2017-05-03 10:47:30

  真密度是相對于顆粒群的堆密度而言的,指材料在絕對密實的狀態下單位體積的固體物質的實際質量,即去除內部孔隙或者顆粒間的空隙后的密度。真密度是粉體材料最基本物理參數,也是測定微粉顆粒分布等其他物理性質必須用到的參數。真密度數值大小決定于材料化學組成及純度,其值直接影響材料質量、性能及用途,對其測定有重要意義。真密度的概念已廣泛應用于塑料、碳素材料、黑火藥等粉體的特征評價中。

  計算公式

  式樣真密度的計算公式:ρ=m/v

  式中:ρ----真密度

  m----試樣的質量

  V----試樣的體積

  以上測試在鋰離子電池材料的真密度測試中經常使用。

  測試真密度的意義

  1、在測定固體物質,比如粉體的比表面積時,需要真密度的數據進行計算。

  2、許多無機非金屬材料都采用粉末原料來制造,因此在科研或生產中經常需要測定真密度。

  3、在水泥或陶瓷材料制造中,需要對粘土的顆粒分布球磨泥漿細度進行測定,都需要真密度的數據。

  4、尤其對于水泥材料,其最終產品是粉體,測定真密度對生產單位和使用單位都具有很大的實用意義。

  真密度測試方法

  常用的測定真密度的方法主要是氣體容積法和浸液法(比重瓶法)兩種。所謂氣體容積法是根據氣體在密閉容器中遵守質量守恒定律,由測得的壓力來確定待測樣品(粉體)的體積,再由樣品的質量來最終測量樣品的密度。所謂浸液法,是根據阿基米德原理,測定粉體的真體積,再由粉體的質量計算其真密度。

  1.浸漬法(比重瓶法):

  適用:適用于粉料,片料,粒料或制品部件的小切此。

  原理:該法測定粉體真密度基于阿基米德原理。

  方法:將待測粉末浸人對其潤濕而不溶解的浸液中,抽真空除氣泡,求出粉末試樣從已知容量的容器中排出已知密度的液體,就可計算所測粉末的真密度。

  存在的問題:

  (1)不同的樣品需要采用不同的浸潤液體,以防止溶解、與材料起反應等問題;對無機粉體一般多選用有機溶劑、對水會引起反應的材料如水泥則可用煤油或二甲苯等有機液體介質等;

  (2)浸潤液體要能夠容易潤濕材料內部孔隙的表面,如果選取的潤濕液不恰當,會產生不易浸潤表面的情況,影響測試結果;

  (3)測試粉末狀材料時,當粉末完全浸入液體中,必須完全排除其氣泡,才能確定其所排除的體積,此時需要采用煮沸來排除其氣泡,并要使用恒溫水浴排除溫度影響,操作起來做不到簡單易行,易出紕漏,且計算過程易受到操作誤差的影響;

  (4)由于操作步驟多,涉及的問題節點多,不同操作者的操作熟練程度不同和手法不同,會直接影響實驗結果的準確性;

  2.氣體容積法(氦氣置法):

  適用:適用于各類粉體、片狀、塊狀材料,尤其適合于多孔材料。

  原理:以氣體取代液體測定樣品所排出的體積。氣體能參入樣品中極小的孔隙和表面的不規則空陷,因此測出的樣品體積更接近樣品的真實體積,從而可以用來計算樣品的密度,測試值更接近樣品的真實密度。

  方法:將試料置于真密度測試儀中,用氦氣作介質,在測量室逐漸加壓到一個規定值,然后氦氣膨脹進入膨脹室內,兩個過程的平衡壓力由儀器自動記錄,根據質量守恒定律,通過標準球校準測量室和膨脹室的體積后,再確定試料的體積,計算出真密度。

  優點:

  (1)此法排除了浸液法對樣品溶解的可能性,具有不損壞樣品的優點。

  (2)采用氦氣代替浸潤液,利用氦氣是小分子直徑惰性氣體,具有易擴散、滲透性好、穩定性好的特點,迅速深入到材料的內部孔隙中,對常規方法無法測量的材料孔隙和不規則表面凹陷等均可迅速填充,測量出的樣品體積與密度瓶法比較,會更加接近樣品的真實體積,從而使得樣品的真密度值更加貼近真實值。

  (3)采用該法的真密度分析儀不會發生與材料反應的問題,不會對設備造成腐蝕,使用過程中安全系數高,且樣品不會被污染可以直接回收,有利于貴重樣品測試后的回收。采用這種方法的儀器操作更加簡單,測試時間更短,測試結果準確,重復性更好,目前國內已有廠家生產,并已被納入到部分行業的行業標準中。

  涉及真密度的領域

  真密度是材料學的重要參數,涉及的領域廣泛:有陶瓷、催化劑、濾材、核燃料、石油化工、土壤、肥料、炭黑、焦炭、纖維、礦物、制藥、化妝品、水泥、粉末食品、干燥劑、粉末金屬、離子交換樹酯、硅膠、氧化鋁、二氧化鈦、固體泡沫等

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2019年128期四肖中特