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粉體或固體材料的真密度測(cè)量

粉體或固體材料的真密度測(cè)量
成都精新  2017-05-02  |  閱讀:7325

    真密度是相對(duì)于顆粒群的堆密度而言的,指材料在絕對(duì)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。真密度是粉體材料最基本物理參數(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,其最終產(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)量來最終測(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,使用過程中安全系數(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。

 

 

 

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