Плотность d, одна из основных физических характеристик расплавов, непосредственно связана со многими другими (поверхностным натяжением, σ, сжимаемостью χ и теплоемкостью Сv, с динамической вязкостью η, теплотой смешения в жидких сплавах ∆НСМ) следующими соотношениями:
а2 = σ /(d g); β = γ Сv χ/ V; η = νd, (3.25)
где а2 — капиллярная постоянная; g - ускорение свободного падения; β - коэффициент объемного расширения; V - объем; v - кинематическая вязкость.
Образование жидкого сплава, происходящее с поглощением теплоты смешения, сопровождается увеличением объема расплава относительно объема растворителя. Плотность связана со структурой расплава (с основной характеристикой ближнего порядка - координационным числом z) следующими соотношениями:
z = (Vа/V0 - А)/[В (Vа/V0) - С], (3.26)
где постоянные А=0,88; В = 0,2; С = 0,16 и Vа = = 4/3π(n/ra)3NA/M, где ra - табличный радиус атома; n/ - коэффициент учитывающий изменение радиуса атома с изменением z; NA - число Авогадро; V0 - объем жидкого металла, приведенный к температуре 0 К, или
z = Ar3cpd/(M — B), (3.27)
где постоянные А = 6,2; В = 2,5; М - молекулярная масса; гср - среднее межатомное расстояние. Существует зависимость между типом решетки металла и изменением объема при плавлении. Металлы с наиболее компактной упаковкой характеризуются наибольшим увеличением объема при плавлении (3%), элементы с рыхлой упаковкой атомов (например Ge, Si, Bi), характеризуются уменьшением объема (до 4 %) при плавлении вследствие увеличения координационного числа. Между термическим расширением и изменением плотности при плавлении наблюдается следующее соотношение: чем больше коэффициент объемного расширения твердого металла, т. е. чем с большей концентрацией вакансий металл вблизи точки плавления, тем меньше требуется пустот, или вакансий для перевода его в жидкое состояние; для осуществления трансляционных перемещений атомов: чем меньше изменение плотности при /плавлении, тем больше коэффициент объемного расширения жидкого металла. По значению плотности и ее изменению при плавлении можно судить о степени разрыхленности жидкости или концентрации вакансий. В среднем для большинства жидких металлов и сплавов повышению температуры на 100 °С соответствует уменьшение плотности на ~1 % по следующей зависимости: d = A—ВТ, где А, В - постоянные. Отсюда следует, что успешное и корректное измерение плотности жидких металлов возможно при использовании чувствительных методов к малым объемным изменениям с общей ошибкой определения плотности 0,1 %.
Из многочисленных методов измерения плотности расплавов по степени распространенности и точности следует выделить следующие: 1) гидростатического взвешивания; 2) дилатометрический; 3) пикнометрический; 4) проникающего излучения; 5) максимального давления пузыря и метод капли (большой и сплющенной).