充填密度
充填密度とは、粒子集団の見かけの密度、つまり粒子間の空隙を含む体積あたりの粒子の質量を指します。粒子利用可能な空間を効率的に埋めるほど、充填密度は高くなります。充填密度が高いのは、粒子サイズの分布が広い粉末でよく見られます。これは、小さな粒子が大きな粒子間の隙間を埋めることができるためです。
充填密度 ρPack は、多くの場合、かさ密度によって表されます。
ρPack = m · VPowder
ここで、m は粉末の質量、VPowder は、緩く積まれた粒子集合体の体積です。さらに、充填密度は、無次元充填度 ϕ によって特徴付けることができます。
Φ = VSolid / VPowder
VSolid は粒子の実際の固体体積、VPowder は粉末中の空隙を含む総体積です。
精密ミキサーでの混合プロセス後、理想的には、充填密度は空間的に均一に分布しています。均質な充填密度は、かさ密度、打錠性、焼結特性などの製品特性を一定に保つための重要な条件です。混合後の振動、傾斜、空気輸送、流動化などの機械的ストレスは、混合品質を低下させる可能性があります。これらは分離メカニズムを活性化させる可能性があります。同時に、粒子の沈降や再配置により、充填密度が局所的に増加する場合があります。
粉末冶金および高性能セラミックでは、高い充填密度と優れた均質性の組み合わせが特に重要です。粉末集合体のプレスおよび焼結では、初期充填密度が、達成可能な密度および最終製品の機械的特性を大きく左右します。目標は、偏析を起こさずに充填密度を高めることです。
粉末システムは、通常、真空ではなく、周囲の空気中に存在します。したがって、乾燥粉末は、固体粒子と周囲の気相で構成される二相分散系とみなすことができます。液体を添加すると、固体、液体、気体からなる三相系が生成されます。粒子が完全に液体に包まれ、気体空間が置換されると、再び二相系（液体中の固体）と表現できる懸濁液が生成されます。