4.9. Испытание порошков на слипаемость

Ранее уже говорилось о том, что в тонких и сверхтонких порошках, масса частиц которых очень мала, как и гравитационные силы, воздействующие на них, значительно возрастает роль поверхностных взаимодействий между частицами. Влияние этих

последних может существенно искажать или даже нейтрализовать действие гравитации. Так, например, даже при отсутствии временных ограничений невозможна седиментация в поле силы тяжести для частиц в десятые доли микрометра и менее, зато броуновское движение становится преобладающим выражением динамики движения таких частиц в вязкой среде, их самих можно уподобить крупным молекулам.

Металлические порошки, как и любые другие сыпучие материалы, характеризуются специфическими аутогезионными взаимодействиями, т. е. взаимными связями различной физической природы между частицами, которые препятствуют разъединению последних без применения внешних усилий [45]. Присущие всем дисперсным материалам, эти связи проявляются тем или иным образом в различных свойствах порошков, зависимых от них. Од­ нако с ростом дисперсности роль межчастичных взаимодействий возрастает и выражается в увеличении слипаемости частиц по­ рошка благодаря возрастанию сил сцепления между ними, что вызывает повышенную агрегированность, а при хранении - нежелательное явление слеживаемости, к которой наиболее склонны тонкие порошки с пластинчатой и чешуйчатой формой частиц [4G].

Аутогезионные взаимодействия между частицами обусловлены как факторами внутренней физической природы (электростатические, ван-дер-ваальсовы силы), так и некоторыми внешними причинами. Они возрастают, например, при росте шероховатости поверхности, усложнения и разветвления формы частиц, увеличения влажности порошков, вызывающей на поверхности частиц действие капиллярных сил вогнутых менисков, которые образуются приконденсации паров житости вблизи точек межчастичных контактов [45, 47].

При возрастании сил сцепления затрудняется качественное перемешивание порошков при приготовлении порошковых смесей, что неизбежно сказывается неблагоприятным образом на качестве прессовок и изделий из таких смесей. Силы аутогезии вызывают образование прочных конгломератов из мелних частиц, создание сеток и арочных структур в объеме порошка, что значительно снижает сыпучесть таких порошков, увеличивает рыхлость ихукладки при свободной засыпке и   принудительном уплотнении, препятствует свободному истечению через отверстия. Кроме того, эти же _СИJIЫ затрудняют приготовление препаратов _ДJIЯ анализа порошков, образуя агрегаты, которые мешают оценить действительный размер частиц, поскольну объектом определения становятся не сами частицы, а их вторичные ноагуляционные образования. Погрешность определения размеров за счет такой агрегированности для мелкодисперсных фракций может достигать 200% [48].

В литературе межчастичные взаимодействия традиционно именуют адгезионными, хотя в строгом смысле слова адгезия означает взаимодействие частиц порошка с твердой поверхностью макророскопических

тел, что обусловливает прилипание частиц к стенкам емкостей, пресс-форм и различных аналитических аппаратов. Однако поскольку характер сил аутогезии и адгезии принципиально не различается, а прямое экспериментальное определение аутогезионных взаимодействий для большинства порошков технически не осуществимо, то о них принято судить по экспериментально доступным определению адгезионным взаимодействиям. Поэтому при дальнейшем изложении, как и ранее, мы будем употреблять термин «адгезию» в общеупотребительном смысле, распространяя его и на аутогезионные связи.

Из всего вышеизложенного ясно, насколько существенной является количественная оценка сил прилипания среди прочих диагностических признаков порошка при решении практических вопросов изготовления порошковых материалов.

Ранее уже говорилось о способах диспергирования проб для микроскопического анализа. В частности, признанным является метод воздействия на суспензию порошка полем высокой звуковой частоты с помощью прибора типа УЗДН. Но существуют способы надежного разрушения вторичных агрегатов в сухом состоянии при воздействии на них электрического поля [47-49], ценность которых состоит еще и в том, что они позволяют оценить величину сил прилипания тем или иным образом.

Прежде всего, это метод, основанный на компенсации сил прилипания силами кулоновского взаимодействия между частицей и поверхностью электрода под напряжением [47-49]. Схема прибора приведена на рис. 4. 11, а. Частицы исследуемой пробы наносятся на электропроводный слой 2 стеклянной пластинки 1, которая помещается внутри герметической полости. Гайка 3 и клемма 9 служат контактами для подключения источника регулируемого высокого напряжения, которое создает электростатическое поле между параллельными электродам, - электро-проводящим слоем с частицами порошка 2 и сеткой 5. Внутри полости через штуцер 7 создается газовая среда (порядка нескольких атмосфер) для обеспечения лучшей электрической плотности между электродами и попутного изучения влияния различных сред и давлений на силы прилипания.

Описанное устройство помещается под микроскопом 8, в поле

обзора которого выбирается наиболее крупная частица. Определяются ее линейные размеры, по которым она потом аппроксимируется сферой с диаметром, равным ее среднеарифметическому диаметру по двум измерениям, и на  электроды устройства подается напряжение (вначале минимальное).

Наблюдая под микроскопом выбранную частицу и постепенно увеличивая напряжение, фиксируют то его значение, при котором частица отрывается от прокладки. Затем выбирают новый объект наблюдения и измерения повторяются. Так, после ряда замеров, проведенных для частиц последовательно убывающего размера, можно оценить силы прилипания в терминах напряженности электрического поля и обеспечить разрушение конгломератов