真密度的測(cè)試原理

真密度（True Density）是相對(duì)于顆粒群的表觀密度和堆密度而言的，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的物理參數(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)，因此，對(duì)材料的真密度進(jìn)行測(cè)量變得十分重要。

當(dāng)然，除了作為粉體材料最基本測(cè)物理參數(shù)之外，測(cè)量材料的真密度還具有以下意義：

（1）真密度數(shù)值大小決定了材料化學(xué)組成及純度，其值的大小也直接影響著材料的質(zhì)量、性能及用途。因此測(cè)定粉末的真密度有重要的意義，它是保證許多產(chǎn)品尤其是粉體產(chǎn)品質(zhì)量的重要物理指標(biāo)之一。

（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)常需要去除空隙，測(cè)定粉體真密度。

（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，也需要真密度的數(shù)據(jù)。

（4）真密度是粉體材料一項(xiàng)重要的物性指標(biāo)，因?yàn)樗泻暧^物理性質(zhì)幾乎都與密度有關(guān)，同時(shí)密度也是測(cè)定微粉顆粒分布等其它物理性質(zhì)必須用到的參數(shù)。

（5）對(duì)于水泥等部分建筑材料，其最終產(chǎn)品就是粉體，因此，測(cè)定水泥的真密度對(duì)生產(chǎn)單位和使用單位都具有很大的產(chǎn)業(yè)實(shí)用意義。

（6）在新材料的制造中，比如說精密陶瓷材料，求取總孔隙率測(cè)定時(shí)，都需要真密度的數(shù)據(jù)。

（7）在測(cè)定粉體或多孔材料的比表面積時(shí)，需要粉體真密度的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。

（8）在粉末冶金的過程中，需要計(jì)算粉末體積比(如金屬增材制造生產(chǎn)過程中，需要了解金屬粉和塑料比例)，從而計(jì)算混合粉的理論密度，所以每種粉末的真實(shí)密度是重要數(shù)據(jù)。

在如此多的重要因素協(xié)同之下，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。作為一種重要的材料學(xué)參數(shù)，真密度涉及的領(lǐng)域也逐漸變得廣泛，包括：鋰電、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、固體泡沫等等[2]。

綜上，不管是從真密度的測(cè)量意義，還是從真密度涉及的寬廣領(lǐng)域來說，對(duì)真密度的測(cè)量都值得相關(guān)科研工作者的關(guān)注。因此，筆者將結(jié)合實(shí)例對(duì)其測(cè)量原理與方法進(jìn)行詳細(xì)的展開闡述。

2 測(cè)量原理

提及密度，大家肯定都知道：密度就是物體的質(zhì)量除以體積。單位通常是g/cm3或kg/m3，計(jì)算公式為：

ρ=m/v

然而，看似簡(jiǎn)單的密度其實(shí)并不簡(jiǎn)單。密度一詞，在“密度”大家庭里面只是最基礎(chǔ)的一個(gè)概念。此外還有其他“密度”家庭成員，比如“振實(shí)密度”、“松裝密度”、“堆積密度”、“壓實(shí)密度”、“表觀密度”、“體積密度”、“相對(duì)密度”等，均與“真密度”有所不同（圖1）。

因此，要掌握真密度的測(cè)量原理，上述這些容易混淆的基本相關(guān)概念必須要搞清楚。

（1）表觀密度：表觀密度是指材料的質(zhì)量與表觀體積之比。表觀體積是實(shí)體積加閉口孔隙體積。一般直接測(cè)量體積，對(duì)于形狀非規(guī)則的材料，可用蠟封法封閉孔隙，然后再用排液法測(cè)量體積。表觀密度描述的是材料在長(zhǎng)期自然干燥下的狀態(tài)。

（2）振實(shí)密度：指在規(guī)定條件下容器中的粉末經(jīng)一定壓力振實(shí)后所測(cè)得的單位容積的質(zhì)量，通常采用振實(shí)密度儀測(cè)量。振實(shí)密度是與超細(xì)顆粒尺寸、形貌及其尺寸分布和干燥程度（含水率）有關(guān)的可測(cè)量的宏觀特性之一，也是超細(xì)粉末產(chǎn)品生產(chǎn)與應(yīng)用最常用的質(zhì)量控制參數(shù)。

（3）堆積密度：堆積密度又稱體積密度，松密度，毛體密度，簡(jiǎn)稱堆密度。是把粉塵或者粉料自由填充于某一容器中，在剛填充完成后所測(cè)得的單位體積質(zhì)量。堆積密度受容器大小、填充方式等因素的影響，測(cè)定時(shí)應(yīng)按一定的方法進(jìn)行，通常是從一定的高度讓試料通過漏斗定量自由落下。

（4）相對(duì)密度：指物質(zhì)的密度與參考物質(zhì)的密度在各自規(guī)定的條件下之比。通俗來講，就是某個(gè)物質(zhì)和某個(gè)已知密度的參照物（常見參照物為水）進(jìn)行比較，然后進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算便得知此物質(zhì)的密度。

對(duì)比之下不難發(fā)現(xiàn)，真密度的測(cè)量原理其實(shí)很簡(jiǎn)單：首先測(cè)試出樣品的質(zhì)量，隨后利用液體或者氣體排出的辦法，測(cè)量排出總體積，也就是樣品在絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下的體積，最后根據(jù)密度計(jì)算公式，即可得出樣品材料的真密度。