真密度測試原理

原理概述

真密度（True Density）是指材料在絕對密實的狀態(tài)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。與之相對應的物理性質還有表觀密度和堆積密度。這一測試廣泛的用于下面的材料：陶瓷，礦物，地質學，藥物，冶金，顏料，建材，發(fā)泡材料，塑料，高分子，磨料，催化劑等。

計算公式：ρ=m/V

公式中: ρ——材料的真實密度，kg/ m³ 或 g/cm³；

m——材料的質量（干燥至恒重），kg或g；

V——材料去除開孔、閉孔及體積，m³或cm³。

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。所謂氣體置換法是以小直徑分子的惰性氣體（氦He）代替液體，利用理想氣體狀態(tài)方程，計算一定溫度和壓力條件下材料排開的氣體體積，從而得到真實密度。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片。

原理：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(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(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．氣體置換法（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：基于質量守恒定律。

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(guī)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(jù)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。當氦氣不適用測試時（如測定活性炭），其他惰性氣體也可以使用。

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。

測試粉末真密度的注意事項

1、對無機粉體一般多選用有機溶劑類。

2、對于陶瓷原料如長石，石英和陶瓷制品一般可用蒸餾水作為液體介質。

3、在液體或樣品之間不能有氣泡產(chǎn)生。

4、比重瓶法測真密度選用的介質多是浸潤性的液體，如乙醇、煤油、二甲苯、蒸餾水等。

5、粒度小于5um的超細粉體：這類超細粉體樣品研磨的太細，在其表面上有更多機會強烈地吸附氣體，會使粉末浮于液體表面，沉降困難，在塞上比重瓶蓋時會溢出損失，導致結果偏低; 測定誤差增大，重現(xiàn)性差。要除去吸附氣體，常需要在高溫真空下處理。

6、浸液法中，選擇不溶解試樣面易潤濕試樣顆粒表面的液體是十分重要的。

7、對可能起作用的材料如水泥則可用煤油或二甲苯等有機液體介質。

8、在稱重時，必須使用恒溫水浴保持液體溫度的恒定。

9、當粉末完全浸入液體中，必須完全排除其中的氣泡，才能準確確定其所排除的體積。

10、對于表面粗糙的顆粒同樣有可能有空氣進入表面裂縫和凹坑內不易除去。提出用離心或比重瓶，將粉末制備成懸浮液放入比重瓶內，使懸浮液受離心作用后再按通常方法測定密度。

11、有機粉末的比表面積比較大，易吸附大量氣體漂在液體介質的表面，如果不使粉末沉降下去，蓋上比重瓶塞的時候可能會引起粉末試樣的損失，導致結果出現(xiàn)較大的誤差。

12、比重瓶超聲法則可以使破壞有機粉末的表面張力，使粉末浸濕并慢慢的沉降下去，并能充分的排除粉末空隙間的氣體，使測定結果更加精確。

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