Twardość cząstek

Twardość cząstek opisuje odporność pojedynczej cząstki na obciążenia mechaniczne, takie jak wgniecenia, zarysowania, pękanie i mielenie. Obejmuje to wgniecenia, zarysowania, pękanie i mielenie. Twardość cząstek jest właściwością specyficzną dla danego materiału. Jest ściśle związana ze strukturą krystaliczną, warunkami wiązania, porowatością i ewentualną matrycą spoiwa.

W materiałoznawstwie twardość jest klasycznie określana na spójnych ciałach stałych. Typowymi metodami są badania wgłębne, takie jak twardość w skali Vickersa, Brinella lub Knoopa, a także badania twardości na zarysowanie według skali Mohsa. Metody te zakładają, że materiał jest ciągły. Jeśli jednak przeniesiemy pojęcie twardości na pojedyncze cząstki, istotna jest przede wszystkim twardość mikro- lub nanomechaniczna. Można ją zmierzyć za pomocą instrumentalnych testów wgłębnych lub metod pomiarowych opartych na AFM.

W inżynierii materiałów sypkich i technologii procesowej twardość cząstek definiuje się natomiast często funkcjonalnie. Twarde cząstki są odporne na rozdrobnienie i ścieranie. Natomiast cząstki miękkie lub kruche pękają już przy niewielkich obciążeniach ścinających lub udarowych. Ma to bezpośredni wpływ na niszczenie ziaren w mieszalnikach, przenośnikach i młynach. Twardość cząstek wpływa również na powstawanie pyłu oraz zmiany rozkładu wielkości cząstek podczas przebiegu procesu.

Szczególne znaczenie techniczne ma rozróżnienie między twardością substancji cząsteczkowej a stabilnością mechaniczną aglomeratów. Aglomeraty porowate lub suszone rozpyłowo mogą na przykład składać się z cząstek pierwotnych o dużej twardości mechanicznej. Jednak jako aglomeraty są one ogólnie miękkie i łatwo ulegają rozpadowi. Dlatego należy rozróżniać twardość kryształów, cząstek i aglomeratów. Te poziomy hierarchii należy rozpatrywać oddzielnie podczas projektowania procesów mieszania, transportu i rozdrabniania.