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所有带闭孔粉体测的都是假的真密度
2020年04月28日 发布 分类:粉体入门 点击量:752
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粉体有各种各样的密度,如真密度,绝对密度,骨架密度,表观密度,堆积密度,振实密度等等,等等,实在实在是让人眼花缭乱,头晕发涨,因此在讲这个话题之前,我们需要厘清不同密度到底指的什么东西。今天我们的讨论主题是“真密度”,在生产中让人感到迷惑的它经常会与表观密度等概念混合一起,让人一脸蒙蔽。下面先来一个表格对比一下。

粉体材料各种密度定义的对比表格

密度类型

定义

材料自身体积

开孔体积

闭孔体积

颗粒间隙

真密度(绝对密度、真实密度)

物质的质量除以体积,不包含开孔及闭孔

×

×

×

骨架密度

物质的质量除以体积,包含闭孔,但不含开孔

×

×

表观密度(包封密度、颗粒密度)

物质的质量除以包含闭孔,开孔的体积

×

堆积密度

通常有松装密度、振实密度压实密度

 

严格来说粉体的真密度指的是物质的质量除以体积(此体积不包含开孔和闭孔的体积)。对于带有带有闭孔(样品内部有与外部不相连的空间,见下图)样品的而言,由于材料内部存在气体/液体无法到达的闭孔(无法测量,不得而知),所以测得的真密度并不是太真。除了金属材料及花岗岩、玻璃等少数较密实的非金属材料外,绝大多数材料都有一定数量的内部孔隙,因此很多时候,真正的真密度实际上也没得测量,从而工业上也有将真密度与骨架密度划等号的说法,“具体真密度是怎么定义”,对于不同应用场景及应用范畴,明确我们将要研究的对象到底是何方神圣就行。而工业上所说的真密度往往指的是包含了“材料自身体积+加上闭孔的体积”的骨架密度。

由于超细粉体材料中,材料内部的闭孔并不多,大多时候可以忽略不计,因此,下文我们所讲的真密度等同于骨架密度。

 

1:颗粒的开孔与闭孔

为何要测真密度?

那我们为什么要测真密度?其一,在测定人工合成物质,比如测试人造石墨的石墨化程度时,需要真密度的数据测试;其二,真密度是粉体材料基本物理参数,其与材料的宏观物理性质关联甚大。真密度值取决于材料化学组成及纯度,其值直接影响着材料的质量、性能及用途,许多无机非金属材料都采用粉末原料来制造,因此在科研或生产中经常需要测定粉体真密度。

真密度值作为是材料学的重要参数,涉及的领域广泛:有陶瓷、催化剂、滤材、核燃料、石油化工、土壤、肥料、炭黑、焦炭、纤维、矿物、制药、化妆品、水泥、粉末食品、干燥剂、粉末金属、离子交换树酯、硅胶、氧化铝、二氧化钛、固体泡沫等

那具体真密度值对生产的指导意义是什么?我们以氧化铝陶瓷的铝电解过程为例,氧化铝陶瓷的真密度大小与样品的粒度、化学成分以及α-氧化铝含量等因素有关。真密度对氧化铝再电解质中的沉降和扩散有一定影响,如果真密度过大,不利于氧化铝颗粒再电解槽中扩散,造成氧化铝沉降团聚于槽底。

真密度如何测?

常用的测定真密度的方法主要是浸液法(比重瓶法)气体容积法两种。浸液法是根据阿基米德原理测定粉体的真体积再由粉体的质量计算其真密度气体容积法是根据气体在密闭容器中遵守质量守恒定律由测得的压力来确定待测样品(粉体)的体积再由样品的质量来最终测量样品的密度。下面将简单说明。

 

1、浸液法(比重瓶法)-传统

采用比重瓶测定粉体真密度是基于“阿基米得原理-排水法”的浸液法粉体真密度的传统测试方法操作步骤:浸液法是将粉体加入易于浸润颗粒的浸液(采用的介质多为浸润性、挥发性强的液体,如煤油、乙醇而甲苯等)中,测定样品排除液体的体积,此法必须真空脱气以完全排除气泡(以免气泡成为测试体积的一份子),才能确定其所排除的体积。真空脱气操作可采用加热煮沸法和减压法,或者两者同时并用。

浸液法又分为比重瓶法和悬吊法,其中比重瓶法具有仪器简单、操作还算方便、结果可靠等优点,是目前应用较多的测定真密度的方法之一,但存在人工操作的步骤比较多,对操作员要求较高。而目前广泛采用的双比重瓶法还是可以让这个测试方法操作难度下降一丢丢。

 

2、气体容积法-无损检测

以气体取代液体测定样品所排出的体积气体能渗入样品中极小的孔隙和表面的不规则空陷,因此在小颗粒的测试气体容积法似乎更胜一筹。操作步骤:将试料置于真密度测试仪中用氦气作介质在测量室逐渐加压到一个规定值然后氦气膨胀进入膨胀室内两个过程的平衡压力由仪器自动记录根据质量守恒定律通过标准球校准测量室和膨胀室的体积后再确定试料的体积计算出真密度。

采用这种测试方法,全程凸显了自动化,高速的气息,由于使用的是气体,还能排除了浸液法对样品溶解的可能性,具有不损坏样品的优点。但它也并非没有缺点,由于密度测量结果受温度影响较大如果没有恒温的手段,测量结果降会有极大的不稳定。

 

2全自动真密度分析仪产品来源:贝士德仪器)

比重瓶是早期使用的方法,在某些对真密度要求不高的材料领域有所应用,但测试介质水对很多物质有浸润性,排水会比较困难,因此会造成误差。而后起之秀,气体容积法则具有无损检测、排气方便的特点,检测结果更加准确,在自动化方面及检测效率上也是更胜一筹。

值得一提的是,如果某些材料闭孔较多(一般情况是块状材料),则测试出来的骨架密度会跟真密度存在较大差距,那么在应用中就不能直接把骨架密度用来等同于真密度了。如果需要得到真密度,就需要将样品粉碎(150目以下),目的是破坏闭孔,再进行测试即可得到材料真密度。如果把粉碎前后的结果整合在一起,还能得到开孔率和闭孔率(仅限于有固定外观的块状材料)北京贝士德真密度分析仪具备以上功能。

粉体圈 编辑小白

 


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