一：真密度的概念

真密度（True Density）是相对于颗粒群的表观密度和堆密度而言的，指材料在绝对密实的状态下单位体积的固体物质的实际质量，即去除内部孔隙或者颗粒间的空隙后的密度。真密度是粉体材料最基本物理参数，也是测定微粉颗粒分布等其他物理性质必须用到的参数。真密度数值大小决定于材料化学组成及纯度，其值直接影响材料质量、性能及用途，对其测定有重要意义。真密度的概念已广泛应用于塑料、碳素材料、黑火药等粉体的特征评价中。真密度是材料学的重要参数，涉及的领域广泛：有锂电、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。

二：测试真密度的意义

1、在测定固体物质，比如粉体的比表面积时，需要真密度的数据进行计算。

2、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真密度。

3、在水泥或陶瓷材料制造中，需要对粘土的颗粒分布球磨泥浆细度进行测定，都需要真密度的数据。

4、尤其对于水泥材料，其最终产品是粉体，测定真密度对生产单位和使用单位都具有很大的实用意义。

三：真密度测试的方法

常用的测定真密度的方法主要是气体容积法（加压法）和浸液法(比重瓶法)两种。所谓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。所谓浸液法,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。

1：浸渍法（比重瓶法）：

适用：适用于粉料，片料，粒料或制品部件的小切此。

原理：该法测定粉体真密度基于阿基米德原理。

方法：将待测粉末浸人对其润湿而不溶解的浸液中，抽真空除气泡，求出粉末试样从已知容量的容器中排出已知密度的液体，就可计算所测粉末的真密度。

缺点：

（1）不同的样品需要采用不同的浸润液体，以防止溶解、与材料起反应等问题；对无机粉体一般多选用有机溶剂、对水会引起反应的材料如水泥则可用煤油或二甲苯等有机液体介质等；

（2）浸润液体要能够容易润湿材料内部孔隙的表面，如果选取的润湿液不恰当，会产生不易浸润表面的情况，影响测试结果；

（3）测试粉末状材料时，当粉末完全浸入液体中，必须完全排除其气泡，才能确定其所排除的体积，此时需要采用煮沸来排除其气泡，并要使用恒温水浴排除温度影响，操作起来做不到简单易行，易出纰漏，且计算过程易受到操作误差的影响；

（4）由于操作步骤多，涉及的问题节点多，不同操作者的操作熟练程度不同和手法不同，会直接影响实验结果的准确性；

 2：气体容积法（氦气加压置换法）：

适用：适用于各类粉体、片状、块状材料，尤其适合于多孔材料。

原理：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，因此测出的样品体积更接近样品的真实体积，从而可以用来计算样品的密度，测试值更接近样品的真实密度。

方法：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。

优点：

（1）此法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。

（2）采用氦气代替浸润液，利用氦气是小分子直径惰性气体，具有易扩散、渗透性好、稳定性好的特点，迅速深入到材料的内部孔隙中，对常规方法无法测量的材料孔隙和不规则表面凹陷等均可迅速填充，测量出的样品体积与密度瓶法比较，会更加接近样品的真实体积，从而使得样品的真密度值更加贴近真实值。

（3）采用该法的真密度分析仪不会发生与材料反应的问题，不会对设备造成腐蚀，使用过程中安全系数高，且样品不会被污染可以直接回收，有利于贵重样品测试后的回收。采用这种方法的仪器操作更加简单，测试时间更短，测试结果准确，重复性更好，目前国内已有厂家生产，并已被纳入到部分行业的行业标准中。

缺点：

（1）由于密度测量结果受温度影响较大，目前市场上部分厂家的真密度仪没有配备恒温装置，导致测量结果极大的不稳定。

（2）未经预处理的样品表面会吸收一层水份，形成水膜，在压力100KPa（约一个大气压）的情况下，样品孔道内外的压力是相同的，内孔会被水膜隔绝成封闭的空间。如图。

与此同时，当随着测试压力增加时，水膜的位置会被向孔道内部挤压，从而导致实际的内孔体积变小，参于置换的气体无法完全进入孔道内部。如下图。

由于水膜的存在，随着测试压力的增加，水膜会不断的被挤压至孔道深处，所以采取普通气体加压置换法测得的孔体积，完全取决于测试压力的大小。最终得到的真密度值，实际为“假密度”。

3：真空法（真空预处理技术）：

如上所述，未经处理的样品表面，会形成不同程度的水膜，所以在测试样品之前需要对样品进行抽真空处理，在真空状态下，孔内压力大于外部压力，水膜会被排出，仪器测得的真密度值才最为可靠。

四：真密度测量数据对比

我们对2种石墨片材料分别进行了测试，为了验证仪器稳定性，对每次取样的样品重复测试了5次。结果见表1、表2.

表1     32μm石墨片真密度测试

表2     25μm石墨片真密度测试

由于石墨片是一种多孔材料，因此预处理对真密度测试尤其重要。预处理的作用1是为了对样品做进一步处理，使样品达到最佳测试状态；2是为了平衡测试环境，尤其从室温进入注入测试仓的气体不受温度的影响发生热胀冷缩，影响气体定量。应客户要求，我们对每个样品分别进行预处理时间0min、2min、5min、10min、15min的设定，发现当预处理时间设置成10min时样品最为稳定，数据重复性最好。对于表2的，25μm石墨片我们进行了重新取样测试，重复性也非常好。