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粉體的填充指標

粉體是由大量離散的粉末顆粒組成的一種復雜集合體，其中粉末顆粒間具有形狀不同、大小各異的孔隙。孔隙的存在導致相鄰顆粒之間難以形成很強的作用力，故粉體顆粒在靜止時表現出固體的性質，而在運動時則又表現出流體的性質。粉體在人類日常生活中十分常見，如食鹽、面粉、藥品等。

由于生產加工方式的不同，粉體顆粒的形狀復雜多樣。粉體顆粒的具體形狀可以通過顯微鏡進行觀察。顆粒的粒徑則可以通過篩分法、圖像法等方式進行測量。粉體顆粒的形狀和粒徑影響粉體的流動效果、填充狀態以及顆粒間孔隙的形貌。

在工業生產過程中，常需要將粉體顆粒倒入容器中或將多種粉體顆粒混合均勻，進而進行后續加工達到生產要求。容器中粉體的均勻分布對產品的性能至關重要，例如，制藥行業需要將不同成分的藥品粉末混合均勻提高藥品性能；高性能的粉末冶金零部件則需要盡可能高的填充密度。

粉末體系中由于含有大量的孔隙，其填充混合程度的表征也與固體和液體不同，常用容積密度、填充率、空隙率、配位數等來表示。

由于粉體填充方式的不同，粉體的容積密度又可以分為松裝密度和振實密度。松裝密度是指粉體在重力作用下從某一高度自由下落堆積測得的密度，采取松裝方式進行填充時，其密度及均勻性受容器尺寸和粉末體填充高度的影響。為了使粉體混合均勻，減小粉體顆粒間的孔隙，常對容器中的粉體施加振動激勵，這種方式下得到的密度稱為振實密度。

松裝密度測定裝置

影響粉體填充的因素

在工業生產過程中，為了獲得高性能、高致密度的產品，則需要盡可能的使粉體混合均勻，減小顆粒間的間隙，提高填充密度。常見的影響粉體填充效果的因素有顆粒性質、壁效應、機械運動、水分效應等。

（1）顆粒性質

粉體顆粒的形狀和粒徑等幾何性質對粉體的填充效果影響顯著。顆粒形狀越復雜、粒徑越小，相鄰顆粒間的貼合效果越差，填充效果越差。此外，顆粒的表面粗糙度、磁性等性質也會影響粉體的填充效果。粉體顆粒的表面越粗糙，填充效果越差。

（2）壁效應

容器中靠近容器壁的粉體會表現出不同于容器內其他部位粉體的特性，這種現象稱為壁效應。例如，熱傳導快、間隙大、壁限制等。壁效應的大小受容器形狀、材質等因素的影響，也與顆粒的性質密切相關。當顆粒與容器壁接觸面積越大時，間隙越小，填充效果越好。根據粉體在容器內的位置不同，可將粉體的堆積分為角結構、邊緣結構和中間結構。

（3）機械運動

堆積速度和振動都會改變粉體的填充效果。粉體的填充密度隨著堆積速度的增大而增大，這是由于堆積速度越快，粉體的慣性越大，可以將粉體系統內包含的空氣排出。當粉體較小時，粉體顆粒間常含有大量的空氣，極易形成穩定的拱橋現象。在重力和外界振動激勵的共同作用下，顆粒開始運動，小顆粒填充大顆粒的間隙，增大填充密度。對于振動是增大還是減小粉體的填充密度，則取決于粉體的初始填充效果。

（4）水分效應

粉體的填充效果會因為水分的存在發生改變，顆粒表面間形成水膜。水分的產生使粉體填充體積變大，并且細小的顆粒黏結成團，變成不規則形狀的大顆粒。當粉體顆粒粒徑越細小時，水分效應對粉體填充效果的影響效果越顯著。

資料來源：

趙艷波：基于EDEM的粉體振動填充特性研究，太原理工大學

（中國粉體網編輯整理/平安）

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