H 16 2 四 中 华 示 疹 华人民共和国国家标准 GB/T 13390一2008 代替 GB/T 13390一1992 业/ I王一 \ 金属粉末比表面积的测定 所吸附法 Metallic powder一Determination of the Specific surface area-一Method of nitrogen adsorpbtion 2008-03-31 发布 2008-09-01 实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 发布 GB/T 13390一2008 前 言 本标准代替 GB/T 13390一1992金属粉未比表面积的测定”氮吸附法》。 本标准与 GB/T 13390一1992 相比,主要有以下改动， 一一将简化 BET 装置改变为容量法装置; 一一将相对压力 P/P, 范围由0.05一0. 35 改变为 0.05一0. 30。 本标准附录 A 为资料性附录。 本标准由中国有色金属工业协会提出。 本标准由全国有色金属标准化技术委员会归口。 本标准由钢铁研究总院负责起草 。 本标准主要起草人 :朱黎冉、赵鹏、李忠全。 本标准所代替标准的历次版本发布情况为: 一一GB/工13390一1992 。 | GB/T 13390一2008 金属粉末比表面积的测定”和氮吸附法 1 范围 本标准规定了金属粉末比表面积的测定方法。 本标准适用于金属粉末比表面积的测定。测定范围 0. 1 m /g一1 000 my/g。非金属粉末及微孔材 料的比表面积测定亦可参照使用。 本标准所测定比表面积为粉末的总比表面积,包括所分子可进入粉末体的任何开孔比表面积;它不 辣于用空气透过法测定的比表面积,后者系指包络表面积。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件,其随后所有 的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准,然而,鼓励根据本标准达成协议的各方研究 是否可使用这些文件的最新版本。几是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本标准。 GB/T 5314 粉末治金用粉末的取样方法 3 术语与符号 3.1 术语 3.1. 1 吸附质 adsorbate 吸附剂表面上富集的吸附气体。 3. 1. 2 吸附剂 adsorbent 吸附测量气体的粉末。 3.1.3 平衡吸附压力 equilibrium adsorption pressure 当吸附质达到平衡时气体的压力。 3. 1.4 饱和蒸气压力 saturation vapour pressure 在吸附温度下 ,吸附质完全液化时的给气压力。 3. 1.5 相对压力”relative pressure 平衡吸附压力与饱和蒸气压力的比值。 3. 1.6 吸附体积“adsorption volume 在平衡吸附压力下,吸附剂吸附气体的体积。 3. 1.7 死体积 dead volume 在平衡压力下,吸附质未能到达区域的体积。 3.2 符号 本标准使用的符号见表 1 。 1 GB/T 13390一2008 表 1 符号 说明 单位 A BET 图斜率 RN ms Au 脱附峰面积 crmn2 人A， U 形管压力计右臂内孔面积 cm 人A、 标准峰面积 cm2 也 BET 图截距 cm -3 C BET 常数 和 和 开 仪器常数 min。pV- SS- 7 试样质量 g N 阿佛加德罗常数,6. 022又103 一 已 平衡吸附压力 四 Pa 己、 大气压力 站 Pa 卫。 充人量管中氨气的压力 Pa PP 量管中氨气向样品泡膨胀后的压力 Pa P. 充人量管中吸附质气体的压力 Pa Pu 饱和蒸气压力 Pa P/P， 相对压力 一 Ru 吸附质气体流量 mL/min Ra 氨气流量 mLy/min Rr 混合气总流量 mL/min 已 总表面积 mm Sv 体积比表面积 Im2 /cms Sw 质量比表面积 mV/g 实验时环境温度 C V 吸附体积(标准态) TV 充人量管中吸附气体体积(标准态) cms V 量管体积 cm Vm 单层吸附体积(标准态) cmas V， 吸附平衡后量管和样品泡中剩余的吸附质气体体积(标准态) cms V、 体积管中充人吸附质气体体积(标准态) cms V， 标准体积管体积 cma V。 1 摩尔吸附质的体积(标准态) ,22. 414 cmas O 样品材料的有效密度 g/cnms Oo 气体的密度(标准态) g/cnns a 吸附质分子横断面积 cm2 风 死空间校正因子 cma /Pa GB/T 13390一2008 4 原理 当试样放在氮气体系中时,在低温下 ,其物质表面将发生物理吸附。当吸附达到平衡时,测量平衡 吸附压力和物质表面吸附的气体体积,根据 BET 方程式(1)计算试样单分子层吸附量 wu ,从而求出试 样的比表面积。 PP， _-C一1 站 FEPT 证太6 二 令 P/P, 为z,了全 为yc二1为A,-L 为互,便得到一条斜率为 A,截距为日的直线方程 "TVGP/PED 7C 0 ， 2 全 y王AZz十刀,作图如图 1 所示。 J=4x+8 六| 下 人 人7 人AX | >P/及 加 图1 BET图 图 1 在相对压力 P/P, 为0.05~0. 30 范围内通常是线性的,而两个端点有时会偏离直线,计算时 偏离的点应镀掉。 通过一系列相对压力 P/P, 和吸附气体量V 的测量,由BET 图或最小二乘法求出斜率 A 和截距如 值,由式(2)计算出单分子层吸附体积 wu ,再由式(4)或(5)计算出粉末的质量比表面积 Sw 或体积比表 面积 Sv 。 "” ” A十 S= 各 (3) 7I2 一般情况下,C 值比较大,即截距 如 很小,则方程(1)可简化为方程(6) V =VGL一P/P,) 6) 5 仪器和材料 5.1 主要仪器 本标准采用容量法装置或连续流动色谱仪。根据 BET 原理制作的能得到正确比表面积的仪器可 以采用。 5.1.1 容量法测定仪 容量法测定仪是一种用容量法测定原理测量样品吸附气体量的仪器。其原理示意图见图 2。 3 GB/T 13390一2008 二 =士] CO se 个 < Fe 和 Y 人 Na | | | He 2一| 和 3 KG 1 1一一样品; 2一一盛有液氮的杜瓦瓶; 3一一真空系统; 4一一压力计; 5一一气体量管。 图2 容量法比表面测定仪 5.1.2 色谱法测定仪 根据气相色谱原理,测量样品吸附的气体量。本仪器主要由气路系统和热导池鉴定器组成,见 图 3。 3 4 5 6 7 8 9 10 中一 加 Qpo | VY \ or Na 7 AN 人 | 夺 人7 了 人 | O 虽 二 时 和D SS 民1 从 ( JU 二 NS W_ OO UL “ 13 1一一氨气瓶; 6一一混气缸; 11一一标准体积管; 2一一氮气瓶; 7一一冷阱; 12一一试样管 3一一稳压阀; 8一一恒温管; 13一一杜瓦瓶; 4一一稳流闽，; 9一一热导池; 14一一气泡流量计。 5一一转子流量计， 10一一六通阀; 图3 连续流动色谱仪气路流程图 5.2 辅助设备 5.2.1 天平 感量为 0. 1 mg。 4 GB/T 13390一2008 5.2.2 杜瓦瓶 各种尺才的杜瓦瓶和液氮(或液氧)的储存设备。 5.2.3 盛样器 容量法的盛样器是把样品装在玻璃泡内,内装一芯子,以减少样品管的死空间和防止抽空时粉末溅 出 。一个典型的盛样器见图 4a)所示。 流动色谱法的盛样器是用 U 形玻璃管盛装样品。一个典型的盛样器如图 4b)所示。 小 a) 容量法用盛样器 b) 流动色谱法用感样器 4 盛样器 5.2.4 和氧蒸气压力温度计 用以测量液氮的饱和薰气压和温度 。 一个典型的氧蒸汽压力温度计如图5 所示。U 形管内实体部分装和人冬液体,其他自由空间充满 氧气。 放 图5 和氧蒸汽压力温度计 5.3 材料 5.3.1 吸附气体(如氮气)其纯度不小于 99.99%% 。 5.3.2 氨气或氧气,其纯度不小于 99. 99%% 。 5.3.3 液体氮或液体氧,应有一定的纯度,以使其愧和莹气压力在测量过程中保持稳定。 6 取样 6.1 取样按 GB/工5314 的规定进行。 6.2 采用容量法,称取试样量应使其总表面积在 5 m: 一50 m: 范围内。采用连续流动色谱仪,则称取 样品量应债其总表面积在 0.5 mr一200 mz 范围内。 7.1 脱气 在吸附测量之前,必须对试样进行脱气处理。 采用容量法测定仪装置测量时,试样应在真空下加热脱气。真空度为 1. 33 Pa 一1. 33X10 ” Pa， 加热温度为100C一300 ,保持时间0. 5 h一3 h。 5 GB/T 13390一2008 采用连续流动色谱仪测量时,应在流动的惰性气氛下加热冲洗试样。加热温度为 100C一300C ， 保持时间 0. 5 h一3 h。 7.2 测量 7.2.1 容量法测量 让已知量的吸附气体逐步进入样品室中(见图 2) 。每一次样品吸附了气体,并因此在有限的不变 容积中的气体压力下降了,直到吸附达到平衡为止。吸附的气体量是进入量管中的气体量和吸附平衡 后量管和样品盛样器中剩余的气体量之差,这个量用气体状态方程来确定。 死体积必须在吸附等温线测量之前或之后来确定。这个体积用氨气在测量的温度下进行标定。 7.2.2 连续流动色谱仪测量 氮气为吸附气体,氮气为载气(也可用氧气) ,两种气体以一定比例混合后,在接近大气压力下流过 样品,用热导池监视混合气体的热传导率。 调节氮气流量约为 40 mL/min,用皂泡流量计 14 测量氮气流量 Ra 。调节氮气流量,待两路气体 混合均匀后 ,再用皂泡流量计 14 测量混合气体的总流量 Rr。然后接通电源 ,调节电桥的零点。待仪器 稳定后,把装有液氮的杜瓦瓶套在样品管 12 上,当吸附达到平衡时,热导池 9 测出一个吸附峰。移开液 氮浴,热导池 9 又测出一个与吸附峰极性相反的脱附峰。通常,氨气流量调节好后,不再重新调节,通过 变化氮气流量 Rs来改变相对压力。在相对压力 P/P, 为0.05~0. 30 范围内,至少要测量 3一5 点。 脱附完毕后 ,将六通阀 10 转至标定位置,向混合气中注人已知体积的纯所和气,以得到一个标准峰。 带有仪器常数的仪器,不需要测量标准峰。 8 计算 8.1 容量法 8.1.1 死空间校正因子 死空间校正因子风由式(7)求出。 上一 273.15CP.一Pov 7 1.013 25 X105(273.15十妨P/ 8.1.2 充入的吸附气体量 充人的吸附气体量由式(8)求出。 273.15P.V 8.1.3 剩余的吸附气体量 当吸附达到平衡后,剩余的吸附气体量由式(9)求出。 7 一了1十 -23lsy 90) 人 1.013 25 X 105(273. 15 二让) 8.1.4 上豚附气体量 了一六一人 (10) 8.1.5 比表面积 试样的单分子层吸附体积 wu 由式(1)或式(2)求出,其 Sw 或 Sv 由式(4)或式(5)求出。 8.2 连续流动色谱法 8.2.1 相对压力 相对压力由式(11)求出。 P/P, 一 加 又 导 (0 11) 8.2.2 吸附的氮气体积由式(12)和式(13)求出。 6 GB/T 13390一2008 273. 15书^ 六 =人 二六[让人 oo 2 一公 十 5 3 如果使用仪器常数,试样吸附的氮气体积由式(14)求出。 允王开XAXR、 14) 8.2.3 试样的单分子层吸附体积 Vs 由式(1)或式(2)求出,Sw 或 Sv 由式(4)或式(5)求出。 8.3 结果精度 通常,比表面积的测量误差约为士2儿,最大不超过士5办 。 9 试验报告 试验报告应包括以下内容: a) 本标准编号; b) 鉴别试样的必要说明， c) 所用仪器类别， d) 脱气条件; e) 液所的饱和莹气压力; fD BET 作图的线性情况,如果采用单点法,应注明相对压力; g) 所得结果; h) 本标准未作规定的操作， D 可能影响结果的任何情况。 7 GB/T 13390一2008 附 录 A (资料性附录) 液氮饱和燕气压 表A.1 和氮的饱和蒸气压 Pu .温度 .和压差 Po, 的关系 20. 13 151 98. 79 741.0 195.98 24.00 180 113. 52 851. 3 194. 80 156 101. 26 759.5 195.78 185 115.92 869.5 157 101. 79 763. 5 195.73 186 116. 46 873.5 21. 33 160 103. 32 775.0 195. 60 25. 20 189 117. 86 884.0 194. 46 165 105. 92 794. 5 195. 40 25. 86 194 120. 46 903. 5 22. 53 169 107. 99 810. 0 195. 23 26. 40 198 122. 59 919. 5 194. 12 7 亏 5 171 108. 99 817.5 195. 15 200 123. 46 926.0 172 109. 52 821.5 195. 11 201 123. 99 930.0 丽 | mw] 2 雹 5 23. 20 174 110. 52 829.0 195. 03 27.06 203 124. 99 937. 5 193. 95 178 112. 46 843. 5 194. 88 27. 60 207 126. 92 952.0 193. 81 8 GB/T 13390一2008 表 A. 1(续) 27. 86 209 127. 86 959.0 193.74 30. 93 232 139.06 工043.0 193.01 211 128. 72 965. 5 193. 67 234 139. 99 1 050.0 212 129. 26 969. 5 193. 64 235 140. 39 1 053.0 28.53 214 130. 19 976. 5 193. 57 31. 60 237 141. 46 1 061.0 218 132. 66 995.0 193. 45 32. 13 241 143. 19 1 074.0 192.73 219 133.06 998.0 193. 41 242 143.72 1] 078.0 220 133. 59 1 002.0 193. 38 243 144. 39 1 083.0 29. 73 223 134. 92 1 012.0 193. 29 32. 80 246 145. 85 工094.0 192. 57 226 136. 26 1 022.0 193. 20 249 147. 45 1 106.0 227 136. 66 1 025.0 193. 16 250 147. 85 1] 109.0 ETETEETET ET 9 CO [之| 〇 | 〇 O) CD CD 区 全 =] 已 中 华人 民共 和 家 标 准 金属粉末比表面积的测定”和氮了吸附法 GB/T 13390一2008 中国标准出版社出版发行 北京复兴门外三里河北街 16 号 邮政编码:100045 网址 www. Spc. net. cn 电话:68523946 68517548 中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷 各地新华书店经销 开本 880X1230 1/16 印张 1 字数 18 千字 2008 年 6 月第一版 ”2008年6月第一次印刷 书号: 155066。1-31450 如有印装差错 由本社发行中心调换 版权专有 ”侵权必究 | GBZT 13390-2008 举报电话:(010)68533533