精密陶瓷的密度測量之真密度的測試方法

(1)   浮力法<比重天平法>
在氣相中及液相中秤量粒子，得質量ms及m’s，
則粒子在液相中承受之浮力為 f = (ms - m’s)g
由Archimedies原理之在密度rl的液相中，體積Vs的粒子承受的浮力為
f = Vsrlg
因而由兩式得粒子體積為
Vs = (ms – m’s) / rl
粒子的密度rs用下式計算
rs = ms – Vs
若補正氣相密度rg所致的浮力，則成(JISZ – 8807(1962)固體比重測定法)
    ρs=[ms/(ms-m’s)](ρl-ρg) + ρg
粒子比液體輕時，可加重錘而使粒子沉入液體中測定，用下式計算
ρs = [ms/(ms-m’s+Dms)](ρl-ρg) + ρg
Dms為附加的重錘重量
粒子小時，不能直接懸吊于天平而測定質量，要用圖1.8的圓筒型比重瓶，這是直徑約20mm，長約35mm的薄玻璃制，一端封閉，引出口的一部份，連接于吊線，吊線通常用毛發或細尼龍線，以免體積變化或表面張力的影響。

(2)比重瓶法
這是用圖1-9所示體積約15-30cc的比重瓶，適于測定小粒子或粉末的比重。先將粉粒體裝入比重瓶體積約1/2，在10mmHg以下的減壓力，充分除去氣泡。沒比重瓶質量為m0，體積為V0，充滿密度rl的液體，則全質量m1為
            m1 = mo + rlVo
其次在比重瓶中裝入質量ms，體積Vs的分粒粒體，充滿液體時的質量m2為
             m1  =  mo + rl (Vo – Vs) +ms
            粉粒體的體積由Vs兩式得
             Vs = (m1 – m2 + ms) / rl
             因而粉粒體的密度rs為
             rs = [ms/(m1-m2+ms)]rl
 
(3)比重瓶法
用圖所示有體積刻度的瓶，先將液體裝到刻度管部C中央，在恒溫槽中保持一定溫度，以刻度測定體積V1，其次將正確測量的質量ms粉粒體裝入瓶中，減壓或震動除去氣泡，在恒溫槽中成為一定溫度后，以刻度測定當時的體積V2。
             rs = ms / (V2 – V1)
1、粉體之Bulk Density
(1)   取一干凈且干燥之量筒<容積100c.c.或200c.c.>，至于天平上秤重，秤至0.1gm。
(2)   在量筒內裝入一些粉粒<必要時，其粒度可經過篩選>，然后將量筒在一橡皮墊上輕敲20次后，利用量筒上之刻度讀取該粉粒之體積<讀至1c.c.左右>。
(3)   將裝粉體之量筒置于天平上秤重，秤至0.1gm。然后將裝有粉體之重量減去未裝粉體之重量，即得該粉體之重量。
(4)   以粉體之重量除以粉體之體積，即得Bulk Density。
(5)   另選其他粒度之同類粉體進行以上步驟。
(6)   由于操作上的不同，此Bulk Density可能會有20%的誤差。
2、粉體之True Density
(1)   將比重瓶洗凈、烘干、抽真空后，以電動天平秤重，秤至0.1gm，即Mo。
(2)   在比重瓶內裝入蒸餾水。<裝至比重瓶的刻劃處>查表求得實驗當時水的密度，利用公式M1 = Mo + roVo，求得M1。<30c.c.之比重瓶，Vo即為30c.c.>
(3)   將測試用的粉粒秤重，秤至0.1g，此即是 Ms。
(4)   將秤重后的粉末裝入比重瓶內，在加入蒸餾水至比重瓶的刻劃處，然后秤其重量，此即M2。
(5)   利用公式      rs ＝ [ms/(m1-m2+ms)]rl
求得粉粒體的真實比重
       DENSITY OF WATER
The temperature of maximum density for pure water , free from air = 3.98C(277.13K)

t1  3C	d1 m/ml	t1  3C	d1 gm/ml
0	0.99987	40	0.99224
3.98	1.00000	45	0.99025
5	0.99999	50	0.98807
10	0.99973	55	0.98573
15	0.99913	60	0.98324
18	0.99862	65	0.98059
20	0.99823	70	0.97781
25	0.99707	75	0.97489
30	0.99567	80	0.97183
35	0.99406	85	0.96865
38	0.99299	90	0.96534
		95	0.96192
		100	0.95868

 
3、燒結法之Bulk density（封蠟法）
(1)    先將未封蠟的試樣放在室溫下一小時候稱其重量，記為W1。
(2)    將蠟一層層刮下來，以磁性攪拌機加熱其融化，將試樣放入，使其覆蓋一層蠟以封住表面的void。封蠟完成后使其在室溫下冷卻30分鐘后秤重，記為W2。
(3)     將封蠟的試樣放入25℃的水槽中秤重，記為W3。
(4)    如不知道蠟的密度，必須先測量其密度，記為F（可用天平稱重，以水位之上升量體積，計算密度）。
(5)     以下式來計算Bulk density
 Bulk density = W1/{ W2- W3 - [ (W2-W1) / F] }

4、燒結法之Bulk density（煮沸法）
(1)       先將樣品放在150℃的爐中加熱，使孔隙中的水分全部跑掉，然后使其干燥后，稱重記為Wa。
(2)        將去離子水煮沸后，試樣放入煮半小時（要使試樣沉在水面下，但不要碰到底和旁道），在水中冷卻1小時（此法乃簡化之方法）。
(3)        試樣在水中吸水后，將外表稍擦干，稱重記為Wb。
(4)    水中秤重記為Ww。
(5)    依照實驗原理可計算得：
A.                 樣品體積V=Wb-Ww           B.                 open pore體積= Wb-Wa
C.                 實體部分體積= Wa-Ww         D.                 視孔隙率P= (Wb-Wa)/V*100
E.                  吸水率A= (Wb-Wa)/Wa*100     F.                  視比重T= Wa/(Wa-Ww)
G.                 Bulk density B= Wa/V