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粉體或固體材料的真密度測量

2017-5-2  閱讀(1743)

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    真密度是相對于顆粒群的堆密度而言的,指材料在密實的狀態(tài)下單位體積的固體物質(zhì)的實際質(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zui基本物理參數(shù),也是測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組成及純度,其值直接影響材料質(zhì)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(zhì)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(jīng)常使用。

   測試真密度的意義

1、在測定固體物質(zhì),比如粉體的比表面積時,需要真密度的數(shù)據(jù)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(chǎn)中經(jīng)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(shù)據(jù)。

4、尤其對于水泥材料,其zui終產(chǎn)品是粉體,測定真密度對生產(chǎn)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(jù)氣體在密閉容器中遵守質(zhì)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(zhì)量來zui終測量樣品的密度。所謂浸液法,是根據(jù)阿基米德原理,測定粉體的真體積,再由粉體的質(zhì)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(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,會產(chǎn)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*浸入液體中,必須*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(jié)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(guī)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(zhì),在測量室逐漸加壓到一個規(guī)定值,然后氦氣膨脹進入膨脹室內(nèi),兩個過程的平衡壓力由儀器自動記錄,根據(jù)質(zhì)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(yōu)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(yōu)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(wěn)定性好的特點,迅速深入到材料的內(nèi)部孔隙中,對常規(guī)方法無法測量的材料孔隙和不規(guī)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(fā)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(shù)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(nèi)已有廠家生產(chǎn),并已被納入到部分行業(yè)的行業(yè)標準中。

  涉及真密度的領域

真密度是材料學的重要參數(shù),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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