Packungsdichte
Packungsdichte bezeichnet die scheinbare Dichte eines Partikelkollektivs, also die Masse der Partikel pro Volumen einschließlich der Hohlräume zwischen den Partikeln. Die Packungsdichte ist umso höher, je effizienter die Partikel den verfügbaren Raum ausfüllen. Eine hohe Packungsdichte wird häufig bei Pulvern mit breiter Partikelgrößenverteilung beobachtet, da kleinere Partikel die Zwischenräume zwischen größeren Partikeln ausfüllen können.
Die Packungsdichte ρPack wird oft über die Schüttdichte beschrieben:
ρPack = m · VPowder
Dabei ist m die Masse des Pulvers und VPowder das Volumen des lose geschütteten Partikelkollektivs. Ergänzend lässt sich die Packungsdichte über den dimensionslosen Packungsgrad ϕ charakterisieren:
Φ = VSolid / VPowder
VSolid ist das reale Feststoffvolumen der Partikel, VPowder das Gesamtvolumen inklusive Hohlräume im Pulver.
Nach einem Mischprozess in einem Präzisionsmischer liegt die Packungsdichte im Idealfall räumlich homogen verteilt vor. Eine homogene Packungsdichte ist eine wichtige Voraussetzung für konstante Produkteigenschaften wie Schüttgewicht, Tablettierbarkeit oder Sinterverhalten. Mechanische Beanspruchungen nach dem Mischen, zum Beispiel Vibration, Abböschung, pneumatische Förderung oder Fluidisierung, können die Mischgüte verschlechtern. Sie können Entmischungsmechanismen aktivieren. Gleichzeitig kann sich durch Setzung und Umlagerung der Partikel die Packungsdichte lokal erhöhen.
In der Pulvermetallurgie und in der Hochleistungskeramik ist die Kombination aus hoher Packungsdichte und guter Homogenität besonders wichtig. Beim Pressen und Sintern von Pulverkollektiven bestimmt die Ausgangs-Packungsdichte maßgeblich die erreichbare Dichte und die mechanischen Eigenschaften des Endproduktes. Ziel ist, die Packungsdichte zu erhöhen, ohne dass es zu einer Segregation kommt.
Pulversysteme liegen in der Regel nicht im Vakuum vor, sondern in der Umgebungsluft. Trockene Pulver können daher als zweiphasige disperse Systeme betrachtet werden, bestehend aus Feststoffpartikeln und umgebender Gasphase. Werden Flüssigkeiten hinzugefügt, entsteht ein dreiphasiges System aus Feststoff, Flüssigkeit und Gas. Sobald die Partikel vollständig von Flüssigkeit umschlossen sind und der Gasraum verdrängt ist, liegt eine Suspension vor, die wieder als zweiphasiges System (Feststoff in Flüssigkeit) beschrieben werden kann.