粉體或固體材料的真密度測(cè)量

    真密度是相對(duì)于顆粒群的堆密度而言的，指材料在**密實(shí)的狀態(tài)下單位體積的固體物質(zhì)的實(shí)際質(zhì)量，即去除內(nèi)部孔隙或者顆粒間的空隙后的密度。真密度是粉體材料*基本物理參數(shù)，也是測(cè)定微粉顆粒分布等其他物理性質(zhì)必須用到的參數(shù)。真密度數(shù)值大小決定于材料化學(xué)組成及純度，其值直接影響材料質(zhì)量、性能及用途，對(duì)其測(cè)定有重要意義。真密度的概念已廣泛應(yīng)用于塑料、碳素材料、黑火藥等粉體的特征評(píng)價(jià)中。

計(jì)算公式

式樣真密度的計(jì)算公式：ρ=m/v

式中：ρ----真密度

m----試樣的質(zhì)量

V----試樣的體積

以上測(cè)試在鋰離子電池材料的真密度測(cè)試中經(jīng)常使用。

   測(cè)試真密度的意義

1、在測(cè)定固體物質(zhì)，比如粉體的比表面積時(shí)，需要真密度的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算  。

2、許多無機(jī)非金屬材料都采用粉末原料來制造，因此在科研或生產(chǎn)中經(jīng)常需要測(cè)定真密度。

3、在水泥或陶瓷材料制造中，需要對(duì)粘土的顆粒分布球磨泥漿細(xì)度進(jìn)行測(cè)定，都需要真密度的數(shù)據(jù)。

4、尤其對(duì)于水泥材料，其*終產(chǎn)品是粉體，測(cè)定真密度對(duì)生產(chǎn)單位和使用單位都具有很大的實(shí)用意義。

   真密度測(cè)試方法

常用的測(cè)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(jù)氣體在密閉容器中遵守質(zhì)量守恒定律,由測(cè)得的壓力來確定待測(cè)樣品(粉體)的體積,再由樣品的質(zhì)量來*終測(cè)量樣品的密度。所謂浸液法,是根據(jù)阿基米德原理,測(cè)定粉體的真體積,再由粉體的質(zhì)量計(jì)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(cè)定粉體真密度基于阿基米德原理。

方法：將待測(cè)粉末浸人對(duì)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(jì)算所測(cè)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(yīng)等問題；對(duì)無機(jī)粉體一般多選用有機(jī)溶劑、對(duì)水會(huì)引起反應(yīng)的材料如水泥則可用煤油或二甲苯等有機(jī)液體介質(zhì)等；

（2）浸潤液體要能夠容易潤濕材料內(nèi)部孔隙的表面，如果選取的潤濕液不恰當(dāng)，會(huì)產(chǎn)生不易浸潤表面的情況，影響測(cè)試結(jié)果；

（3）測(cè)試粉末狀材料時(shí)，當(dāng)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(shí)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(jiǎn)單易行，易出紕漏，且計(jì)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(jié)點(diǎn)多，不同操作者的操作熟練程度不同和手法不同，會(huì)直接影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)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(cè)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(guī)則空陷，因此測(cè)出的樣品體積更接近樣品的真實(shí)體積，從而可以用來計(jì)算樣品的密度，測(cè)試值更接近樣品的真實(shí)密度。

方法：將試料置于真密度測(cè)試儀中,用氦氣作介質(zhì),在測(cè)量室逐漸加壓到一個(gè)規(guī)定值,然后氦氣膨脹進(jìn)入膨脹室內(nèi),兩個(gè)過程的平衡壓力由儀器自動(dòng)記錄,根據(jù)質(zhì)量守恒定律,通過標(biāo)準(zhǔn)球校準(zhǔn)測(cè)量室和膨脹室的體積后,再確定試料的體積,計(jì)算出真密度。

優(yōu)點(diǎn)：

（1）此法排除了浸液法對(duì)樣品溶解的可能性，具有不損壞樣品的優(yōu)點(diǎn)。

（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(kuò)散、滲透性好、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，迅速深入到材料的內(nèi)部孔隙中，對(duì)常規(guī)方法無法測(cè)量的材料孔隙和不規(guī)則表面凹陷等均可迅速填充，測(cè)量出的樣品體積與密度瓶法比較，會(huì)更加接近樣品的真實(shí)體積，從而使得樣品的真密度值更加貼近真實(shí)值。

（3）采用該法的真密度分析儀不會(huì)發(fā)生與材料反應(yīng)的問題，不會(huì)對(duì)設(shè)備造成腐蝕，使用過程中**系數(shù)高，且樣品不會(huì)被污染可以直接回收，有利于貴重樣品測(cè)試后的回收。采用這種方法的儀器操作更加簡(jiǎn)單，測(cè)試時(shí)間更短，測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確，重復(fù)性更好，目前國內(nèi)已有廠家生產(chǎn)，并已被納入到部分行業(yè)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中。

  涉及真密度的領(lǐng)域

真密度是材料學(xué)的重要參數(shù)，涉及的領(lǐng)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。