CN113109217B - 一种粉体材料表观密度的分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种粉体材料表观密度的分析方法，所述粉体材料表观密度的分析方法用于计算粉体材料的表观密度，根据以下公式1求得粉体材料的表观密度：公式1：ED＝cf/(V平均*N)其中，ED表示粉体材料的表观密度，V平均表示单位重量的粉体材料中颗粒的平均体积，N表示单位重量的粉体材料的颗粒总数，cf表示校正因子，可以通过激光粒度仪得到单位重量的粉体材料中颗粒的平均体积V平均以及通过相关计算得到单位重量的粉体材料的颗粒总数N。
Description
技术领域
本发明属于物性分析检测领域，具体涉及一种粉体材料表观密度的分析方法。
背景技术
表观密度是材料的一种重要物化指标，对于形状规则的材料可以直接通过简单的测量和计算得到其表观密度。但是对于大多数粉体材料，其形状和外观通常呈现不规则状态，因此很难通过直接测量和计算得到。
目前，通常采用排液法和气体置换法等测量粉体材料的表观密度。上述方法可以测量开孔孔隙比较少的粉体材料，但是对很多开孔孔隙较多的粉体材料测量有较大的误差，所涉及的粉体材料体积只包括材料实体积和闭孔孔隙体积，无法准确的测量出粉体材料真正的表观密度(表观密度涉及的体积包括粉体材料的实体积、开孔孔隙体积和闭孔孔隙体积)，因此亟需开发一种能够测量对形状外观和孔隙状态不限制的粉体材料的表观密度。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种粉体材料表观密度的分析方法，所述粉体材料表观密度的分析方法用于计算粉体材料的表观密度，根据以下公式1求得粉体材料的表观密度：
公式1：ED＝cf/(V平均*N)
其中，ED表示粉体材料的表观密度，V平均表示单位重量的粉体材料中颗粒的平均体积，N表示单位重量的粉体材料的颗粒总数，cf表示校正因子，通过激光粒度仪可以得到单位重量的粉体材料中颗粒的平均体积V平均以及通过相关计算得到单位重量的粉体材料的颗粒总数N。
在一种可能的实施方式中，所述校正因子cf为多次测量的所述粉体材料的标准样品的表观密度与1/(V平均*N)之间的比值的平均数。
在一种可能的实施方式中，当所述粉体材料为形状规则和等效粒径分布范围均匀的粉体材料时，校正因子cf＝1，粉体材料中颗粒的平均体积V平均由公式2计算所得：
公式2：ED＝1/(V平均*N)
其中，ED表示粉体材料的表观密度，V平均表示单位重量的粉体材料中颗粒的平均体积，N表示单位重量的粉体材料的颗粒总数。
在一种可能的实施方式中，单位重量的粉体材料中颗粒的平均体积V平均由公式3计算所得：
公式3：V平均＝π(D体积)3/6
其中，D体积表示单位重量的粉体材料中颗粒的体积加权平均粒径，π表示圆周率。
在一种可能的实施方式中，单位重量的粉体材料的体积加权平均粒径D体积由所述激光粒度仪直接测量得到，或，单位重量的粉体材料的体积加权平均粒径D体积为所有颗粒的粒径乘以它的体积并求和，随后除以所有颗粒的总体积值计算得到。
在一种可能的实施方式中，粉体材料的颗粒总数N由公式4计算所得：
公式4：N＝SSA/S平均
其中，SSA表示单位重量的粉体材料颗粒外表面的总比表面积，S平均表示单位重量的粉体材料中颗粒的平均表面积。
在一种可能的实施方式中，单位重量的粉体材料颗粒外表面的总比表面积SSA由所述激光粒度仪直接测量得到。
在一种可能的实施方式中，单位重量的粉体材料中颗粒的平均表面积S平均由公式(5)计算所得：
公式5：S平均＝π*(D表面积)2
其中，S平均表示单位重量的粉体材料中颗粒的平均表面积，π表示圆周率，D表面积表示粉体材料的表面积加权平均粒径。
在一种可能的实施方式中，单位重量的粉体材料的表面积加权平均粒径D表面积由所述激光粒度仪直接测量得到，或者由单位重量的粉体材料所有颗粒的粒径乘以它的表面积并求和除以所有颗粒的总表面积值得到。
本发明的粉体材料表观密度的分析方法，通过激光粒度仪分析得到粉体材料的比表面积、表面积加权平均粒径和体积加权平均粒径，然后通过相关公式计算得到的，操作方便，方法简单，计算快速，具有良好的可行性。
本发明的粉体材料表观密度的分析方法，不受材料的形状外观、孔隙状态和粒径大小限制，可测量所有形状外观、孔隙状态和粒径大小的粉体材料的表观密度，应用范围广泛。
本发明的粉体材料表观密度的分析方法，利用激光粒度仪进行测试，该测试方法是非破坏性的、无损的，利用激光粒度仪得到粉体材料表观密度，不需要使用化学试剂等有危害物质。
附图说明
图1表示一种圆柱形材料的等效球体。
图2表示一种钴酸锂单晶材料的扫描电镜图(SEM)。
图3表示一种钴酸锂单晶材料的内部结构平面图。
图4表示一种镍钴锰酸锂三元材料的扫描电镜图(SEM)。
图5表示一种镍钴锰酸锂三元材料的的内部结构平面图。
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中设置的元件。当一个元件被认为是“设置在”另一个元件，它可以是直接设置在另一个元件上或者可能同时存在居中设置的元件。
除非另有定义，本专利说明所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本申请实施例提供一种粉体材料表观密度的分析方法。所述粉体材料表观密度的分析方法用于计算粉体材料的表观密度。
称取单位重量的粉体材料，通过激光粒度仪直接获取单位重量的粉体材料中颗粒外表面的总比表面积SSA，单位重量的粉体材料的表面积加权平均粒径D表面积，以及单位重量的粉体材料的体积加权平均粒径D体积。
根据以下公式1求得粉体材料的表观密度：
公式1：ED＝cf/(V平均*N)
其中，ED表示粉体材料的表观密度，V平均表示单位重量的粉体材料中颗粒的平均体积，N表示单位重量的粉体材料的颗粒总数，cf表示校正因子，通过激光粒度仪得到单位重量的粉体材料中颗粒的平均体积V平均以及单位重量的粉体材料的颗粒总数N。
在一种可能的实施方式中，所述校正因子cf为多次测量的所述粉体材料的标准样品的表观密度与1/(V平均*N)之间的比值的平均数。其中，标准样品表示实心样品，也可以理解解为，标准样品颗粒内部没有孔隙。
如图1所示，在一种可能的实施方式中，当所述粉体材料为形状规则和等效粒径分布范围均匀的粉体材料时，校正因子cf＝1，粉体材料中颗粒的平均体积V平均由公式2计算所得：
公式2：ED＝1/(V平均*N)
其中，ED表示粉体材料的表观密度，V平均表示单位重量的粉体材料中颗粒的平均体积，N表示单位重量的粉体材料的颗粒总数。
进一步的，对于单位重量的粉体材料中颗粒的平均体积V平均以及单位重量的粉体材料的颗粒总数N，可由下列公式计算获取。
在一种可能的实施方式中，单位重量的粉体材料中颗粒的平均体积V平均由公式3计算所得：
公式3：V平均＝π(D体积)3/6
其中，D体积表示单位重量的粉体材料中颗粒的体积加权平均粒径，π表示圆周率。
在一种可能的实施方式中，单位重量的粉体材料中颗粒的体积加权平均粒径D体积由所述激光粒度仪直接测量得到，或，单位重量的粉体材料中颗粒的体积加权平均粒径D体积为所有颗粒的粒径乘以它的体积并求和，随后除以所有颗粒的总体积值计算得到。
在一种可能的实施方式中，粉体材料的颗粒总数N由公式4计算所得：
公式4：N＝SSA/S平均
其中，SSA表示单位重量的粉体材料颗粒外表面的总比表面积，S平均表示单位重量的粉体材料中颗粒的平均表面积。
在一种可能的实施方式中，单位重量的粉体材料颗粒外表面的总比表面积SSA由所述激光粒度仪直接测量得到。
在一种可能的实施方式中，单位重量的粉体材料中颗粒的平均表面积S平均由公式5计算所得：
公式5：S平均＝π*(D表面积)2
其中，S平均表示单位重量的粉体材料中颗粒的平均表面积，π表示圆周率，D表面积表示粉体材料中颗粒的表面积加权平均粒径。
在一种可能的实施方式中，单位重量的粉体材料中颗粒的表面积加权平均粒径D表面积由所述激光粒度仪直接测量得到，或者由单位重量的粉体材料中所有颗粒的粒径乘以它的表面积并求和除以所有颗粒的总表面积值得到。
于一实施例中，所述激光粒度仪分析所用的分散介质可以为水或空气，即，所述激光粒度分析仪可采用干法或者湿法的测量方式。
本发明的粉体材料表观密度的分析方法，通过激光粒度仪分析得到粉体材料中颗粒的比表面积、表面积加权平均粒径和体积加权平均粒径，然后通过相关公式计算得到的，操作方便，方法简单，计算快速，具有良好的可行性。
本发明的粉体材料表观密度的分析方法，不受材料的形状外观、孔隙状态和粒径大小限制，可测量所有形状外观、孔隙状态和粒径大小的粉体材料的表观密度，应用范围广泛。
本发明的粉体材料表观密度的分析方法，利用激光粒度仪进行测试，该测试方法是非破坏性的、无损的，利用激光粒度仪得到粉体材料表观密度，不需要使用化学试剂等有危害物质。
实施例1
称取单位重量的钴酸锂单晶材料，通过激光粒度仪直接获取单位重量的钴酸锂单晶材料颗粒外表面的总比表面积SSA，表面积加权平均粒径D表面积，以及体积加权平均粒径D体积。
根据以下公式1求得钴酸锂单晶材料的表观密度：
公式1：ED＝cf/(V平均*N)
其中，ED表示钴酸锂单晶材料的表观密度。
所述校正因子cf为多次测量的标准样品的实际表观密度与1/(V平均*N)之间的比值的平均数，如下表1所示，cf约为1.67：
表1
进一步的，对于钴酸锂单晶材料中颗粒的平均体积V平均以及钴酸锂单晶材料的颗粒总数N，可由下列公式计算获取。
平均体积V平均由公式3计算所得：
公式3：V平均＝π(D体积)3/6
其中，D体积表示钴酸锂单晶材料中颗粒的体积加权平均粒径，π表示圆周率。
颗粒总数N由公式4计算所得：
公式4：N＝SSA/S平均
其中，SSA表示单位重量钴酸锂单晶材料颗粒外表面的总比表面积，S平均表示钴酸锂单晶材料中颗粒的平均表面积。
颗粒的平均表面积S平均由公式5计算所得：
公式5：S平均＝π*(D表面积)2
其中，S平均表示钴酸锂单晶材料中颗粒的平均表面积，π表示圆周率，D表面积表示钴酸锂单晶材料中颗粒的表面积加权平均粒径。
测量结果及计算数值如下表2：
表2
如图2、3所示，钴酸锂单晶材料形状不规则，颗粒有大有小，粒径分布范围很宽，如图3所示的这种钴酸锂单晶材料是内部结构平面图可知，这种钴酸锂单晶材料内部结构密实，几乎没有孔洞和孔隙，这种钴酸锂单晶材料理论密度为5.0498g/cm3，与本申请实施例计算出的表观密度5.0470g/cm3结果相近。
实施例2
称取单位重量的镍钴锰酸锂三元材料，通过激光粒度仪直接获取单位重量的镍钴锰酸锂三元材料颗粒外表面的总比表面积SSA，表面积加权平均粒径D表面积，以及体积加权平均粒径D体积。
所述镍钴锰酸锂三元材料形状较规则，粒径分布范围较窄，校正因子cf＝1，镍钴锰酸锂三元材料中颗粒的平均体积V平均由公式2计算所得：
公式2：ED＝1/(V平均*N)
其中，ED表示镍钴锰酸锂三元材料的表观密度，V平均表示单位重量的镍钴锰酸锂三元材料中颗粒的平均体积，N表示单位重量的镍钴锰酸锂三元材料的颗粒总数。
进一步的，对于单位重量的镍钴锰酸锂三元材料中颗粒的平均体积V平均以及单位重量的镍钴锰酸锂三元材料的颗粒总数N，可由下列公式计算获取。
平均体积V平均由公式3计算所得：
公式3：V平均＝π(D体积)3/6
其中，D体积表示单位重量的镍钴锰酸锂三元材料中颗粒的体积加权平均粒径，π表示圆周率。
颗粒总数N由公式4计算所得：
公式4：N＝SSA/S平均
其中，SSA表示单位重量的镍钴锰酸锂三元材料颗粒外表面的总比表面积，S平均表示单位重量的镍钴锰酸锂三元材料中颗粒的平均表面积。
颗粒的平均表面积S平均由公式5计算所得：
公式5：S平均＝π*(D表面积)2
其中，S平均表示单位重量的镍钴锰酸锂三元材料中颗粒的平均表面积，π表示圆周率，D表面积表示镍钴锰酸锂三元材料中颗粒的表面积加权平均粒径。
测量结果及计算数值如下表3：
表3
如图4、5所示，镍钴锰酸锂三元材料形状较规则，粒径分布范围较窄，镍钴锰酸锂三元材料内部孔洞和孔隙较多，本申请实施例计算出的表观密度4.2355g/cm3，比其理论密度为4.7393g/cm3小11.9％左右，说明本申请的方法可以有效地分析镍钴锰酸锂三元材料的表观密度。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种粉体材料表观密度的分析方法，其特征在于，所述粉体材料表观密度的分析方法用于计算粉体材料的表观密度，根据以下公式1求得粉体材料的表观密度：
公式1：ED＝cf/(V平均*N)
其中，ED表示粉体材料的表观密度，V平均表示单位重量的粉体材料中颗粒的平均体积，N表示单位重量的粉体材料的颗粒总数，cf表示校正因子，所述校正因子cf为多次测量的所述粉体材料的标准样品的表观密度与1/(V平均*N)之间的比值的平均数，通过激光粒度仪得到单位重量的粉体材料中颗粒的平均体积V平均以及单位重量的粉体材料的颗粒总数N。
2.如权利要求1所述的粉体材料表观密度的分析方法，其特征在于，当所述粉体材料为形状规则和等效粒径分布范围均匀的粉体材料时，校正因子cf＝1，单位重量的粉体材料中颗粒的平均体积V平均由公式2计算所得：
公式2：ED＝1/(V平均*N)
其中，ED表示粉体材料的表观密度，V平均表示单位重量的粉体材料中颗粒的平均体积，N表示单位重量的粉体材料的颗粒总数。
3.如权利要求1所述的粉体材料表观密度的分析方法，其特征在于，单位重量的粉体材料中颗粒的平均体积V平均由公式3计算所得：
公式3：V平均＝π(D体积)3/6
其中，D体积表示单位重量的粉体材料中颗粒的体积加权平均粒径，π表示圆周率。
4.如权利要求3所述的粉体材料表观密度的分析方法，其特征在于，单位重量的粉体材料中颗粒的体积加权平均粒径D体积由所述激光粒度仪直接测量得到，或，单位重量的粉体材料中颗粒的体积加权平均粒径D体积为所有颗粒的粒径乘以它的体积并求和，随后除以所有颗粒的总体积值计算得到。
5.如权利要求4所述的粉体材料表观密度的分析方法，其特征在于，粉体材料的颗粒总数N由公式4计算所得：
公式4：N＝SSA/S平均
其中，SSA表示单位重量的粉体材料颗粒外表面的总比表面积，S平均表示单位重量的粉体材料中颗粒的平均表面积。
6.如权利要求5所述的粉体材料表观密度的分析方法，其特征在于，单位重量的粉体材料颗粒外表面的总比表面积SSA由所述激光粒度仪直接测量得到。
7.如权利要求5所述的粉体材料表观密度的分析方法，其特征在于，单位重量的粉体材料中颗粒的平均表面积S平均由公式(5)计算所得：
公式5：S平均＝π*(D表面积)2
其中，S平均表示单位重量的粉体材料中颗粒的平均表面积，π表示圆周率，D表面积表示粉体材料中颗粒的表面积加权平均粒径。
8.如权利要求7所述的粉体材料表观密度的分析方法，其特征在于，单位重量的粉体材料中颗粒的表面积加权平均粒径D表面积由所述激光粒度仪直接测量得到，或者由单位重量的粉体材料中所有颗粒的粒径乘以它的表面积并求和除以所有颗粒的总表面积值得到。
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