粉末流動性

粉末流動性（flowability of powders）

它對生產流程的設計十分重要，自動壓力機壓制複雜零件時，如果粉末流動性差，則不能保證自動壓制的裝粉速率，或容易產生搭橋現象，而使壓坯尺寸或密度達不到要求，甚至局部不能成形或開裂，影響產品質量。

測定粉末流動性的儀器稱為粉末流動儀，也叫霍爾流速計。由漏斗、底座和接粉器等部件組成。漏斗在出廠前和用戶使用前都要用標準物質進行校正，測定校正係數。50g標準物質在新漏鬥上的流動時間應在40s±0.5s以內。漏斗在使用過程中應定期用標準物質校正，如果標準物質在該漏鬥上的流動時間有變化，應測定新的校正係數。當漏斗使用一段時間后，用50g標準物質測得的流動時間縮短到37s以下時，這個漏斗應予報廢。

粉末流動性能與很多因素有關，如粉末顆粒尺寸、形狀和粗糙度、比表面等。一般地說，增加顆粒間的摩擦係數會使粉末流動困難。通常球形顆粒的粉末流動性最好，而顆粒形狀不規則、尺寸小、表面粗糙的粉末，其流動性差。

1．休止角

休止角（angle of repose）是粉體堆積層的自由斜面與水平面形成的最大角。常用的測定方法有注入法，排出法，傾斜角法等，如圖1所示。休止角不僅可以直接測定，而且可以測定粉體層的高度和圓盤半徑後計算而得。即tanθ=高度/半徑。

圖1 休止角測定示意圖

休止角是粒子在粉體堆體積層的自由斜面上滑動時所受重力和粒子間摩擦力達到平衡而處於靜止狀態下測得，是檢驗粉體流動性的好壞的最簡便的方法。休止角越小，摩擦力越小，流動性越好，一般認為θ≤40°時可以滿足生產流動性的需要。粘附性粉體（sticky powder）或粒子徑小於100-200μm以下粉體的粒子間相互作用力較大而流動性差，相應地所測休止角較大。值得注意的是，測量方法不同所得數據有所不同，重現性差，所以不能把它看作粉體的一個物理常數。

2．流出速度

流出速度（flow velocity）是將物料加入於漏斗中測定全部物料流出所需的時間來描述，測定裝置如圖2所示。如果粉體的流動性很差而不能流出時加入100μm的玻璃球助流，測定自由流動所需玻璃球的量（w%），以表示流動性。加入量越多流動性越差。

3．壓縮度

壓縮度（compressibility）將一定量的粉體輕輕裝入量筒后測量最初松體積；採用輕敲法（tapping method）使粉體處於最緊狀態，測量最終的體積；計算最松密度ρ0與最緊密度ρf；根據公式12-31計算壓縮度c。

圖3 輕敲測定儀

壓縮度是粉體流動性的重要指標，其大小反映粉體的凝聚性、鬆軟狀態。壓縮度20%以下時流動性較好，壓縮度增大時流動性下降，當C值達到40%-50%時粉體很難從容器中自動流出。

4．內部摩擦係數μ

圖4 流動性測試儀的主要部件——剪切池

內部摩擦係數（coefficient of internal friction）測定裝置如圖4所示，對靜止的粉體層施加垂直應力V（normal stress），在水平方向施加剪切應力S（shear stress），當τ值較小時粉體層處於靜止狀態，V值逐漸增大到某一值時粉體層開始滑動，這種剛剛使粉體層開始滑動的狀態叫限界應力狀態。在限界應力狀態下垂直應力V與剪切應力S之間的關係。粉體層的V與S之間的關係為經過原點的直線（如a）時，叫自由流動粉（free flowing powder）。μ表示內部摩擦係數，叫內部摩擦角。如果直線不經過原點（如b線）時，該粉體為粘附性粉體（cohesive powder）。C—粘附力（cohesive force）。粉體層的V與S之間的關係為直線時，叫Coulomb粉體，根據μ、以及C的大小評價流動性，這些數字越小流動性越好。如果粉體層的粘附性較強時，V與S之間為非直線（如C線）關係，此時粉體的剪切特性可用Warren-Spring式。σT—抗張強度；n—剪切指數，n值接近於1時，曲線近於直線。