Плотность утряски: как форма частиц меняет уплотнение относительно насыпной
Плотность утряски: HR 1.02 у сфер и 1.11 у несфер
Плотность утряски у сферического боксита 1.6-2.0 мм (SL) почти совпадает с poured: Hausner Ratio 1.02 ± < 0.01, Carr's Index 1.72 ± < 0.01. Несферический 1.0-1.6 мм (NSS) даёт HR 1.11 ± < 0.01 и CI 9.77 ± 0.62. После утряски объём сфер близок к исходному, у несфер прирост упаковки больше. На одном материале форма сдвигает HR от 1.02 до 1.11. Разница читается по паре CI/HR, а не по общему ярлыку шкалы Carr.
Статический угол откоса делит образцы иначе: несферы Passable, сферы Good. Форма сильнее меняет уплотнение при утряске относительно poured, чем подпись шкалы Carr.
Как мерили: ISO 3953 и фракции 1.0-1.6 / 1.6-2.0 мм
Текучесть боксита оценивали по poured и tapped bulk density на Tap Density Volumeter Machine (Dongguan HongTuo Instrument, China) по ISO 3953. Результаты Boribayeva и коллег сняты на этом стенде, не на BeDensi T Pro: цифры Table 2 к модели из каталога не переносить.
Сравнивали несферический и сферический боксит в двух ситовых фракциях: small 1.0-1.6 мм и large 1.6-2.0 мм. Отсюда четыре образца: NSS и NSL, SS и SL. Каждую комбинацию формы и размера повторяли три раза и смотрели воспроизводимость на этих фракциях.
Hausner Ratio считали как отношение плотности после утряски к poured:
HR = ρ_tapped / ρ_poured
Carr's Index - доля прироста упаковки относительно tapped. В Table 2 он уже в процентах (9.77, не 0.0977):
CI = (ρ_tapped - ρ_poured) / ρ_tapped * 100
Насыпную плотность здесь считают парой: poured до утряски и tapped после. HR сразу показывает, насколько объём сжался. Для той же задачи ISO 3953 в каталоге есть прибор для измерения насыпной плотности после утряски: анализаторы насыпной плотности серии BeDensi T Pro. На карточке заявлено соответствие ISO 3953:1993.
По карточке навеску кладут в градуированный цилиндр, вибрируют с заданной частотой и фиксируют объём, когда он перестаёт уменьшаться; плотность считают как массу на финальный объём. Так описан общий ход метода, не протокол стенда статьи.
Что показали CI, HR и угол откоса: таблица боксита и мост на Ti-6Al-4V
В Table 2 четыре фракции боксита. Колонка «Описание текучести» - шкала AoR, не ярлык по CI/HR.
| Фракция | CI | HR | AoR | Описание текучести |
|---|---|---|---|---|
| NSS (несфер. 1.0-1.6 мм) | 9.77 ± 0.62 | 1.11 ± < 0.01 | 43.87 ± 0.28 | Passable |
| NSL (несфер. 1.6-2.0 мм) | 8.76 ± 0.47 | 1.10 ± < 0.01 | 44.48 ± 0.20 | Passable |
| SS (сфер. 1.0-1.6 мм) | 5.68 ± 0.61 | 1.06 ± < 0.01 | 34.21 ± 0.07 | Good |
| SL (сфер. 1.6-2.0 мм) | 1.72 ± < 0.01 | 1.02 ± < 0.01 | 31.48 ± 0.04 | Good |
Крупная сфера SL почти не уплотняется относительно poured (HR 1.02, CI 1.72). Наибольший прирост упаковки даёт мелкая несфера NSS (HR 1.11, CI 9.77). Угол откоса расходится со шкалой Carr: несферы Passable, сферы Good. Определение насыпной плотности порошков парой poured/tapped ловит форму там, где одна шкала Carr все фракции склеивает.
Ludwig и Kluge (2024) на сферическом плазменно-атомизированном Ti-6Al-4V меняли размер и PSD, не форму. D50 (Camsizer, x area) 33.5 мкм у PBF-LB/M_20-53, 47.3 мкм у смеси Ti64_20-100 и 71.2 мкм у PBF-EB/M_45-106, SPHT около 0.89.
Apparent по DIN EN ISO 3923-1, tapped по DIN EN ISO 3953. Грубее PBF-EB/M без мелких частиц даёт ниже и apparent, и tapped, чем 20-53 мкм и смесь 20-100 мкм. Разброс HR максимум 0.04 (1.09 у PBF-LB/M_20-53 против 1.13 у Ti64_20-100): на сферах размер и PSD двигают обе плотности, а HR остаётся близким. У боксита наоборот: форма сдвигает HR сильнее, чем переход мелкой и крупной фракции внутри одной морфологии.
Для прессования таблеток и текучести смеси та же пара величин нужна как ориентир сырья, без цифр чужого DoE. HR и CI показывают, насколько порошок уплотняется от насыпного состояния. Они не заменяют контроль массы на прессе.
Границы применимости: боксит в миллиметрах и AM-порошок в микрометрах
Типичные металлопорошки лаборатории лежат в микрометровом диапазоне, как Ti-6Al-4V, а не в миллиметрах боксита. Индексы Table 2 описывают эти четыре фракции, а не любой порошок на полке. Сырьё контролируют парой poured/apparent + tapped, без опоры на одну величину.
Как выбрать анализатор плотности утряски для ваших задач?
Плотность утряски по ISO 3953 зависит от цилиндра, амплитуды, частоты и числа параллельных проб. Прибор берут под протокол лаборатории, а не копируют чужой стенд один в один.
- 2. Амплитуда вибрации: 3 мм или 14 мм. Сверяют с методикой лаборатории.
- Частота: 100-300 мин-1, настраиваемая. Вместе с амплитудой задаёт режим уплотнения.
- Объём цилиндра: 25 мл, 100 мл или 250 мл. Цилиндры меняют без инструментов.
- Число постов: T1 Pro - 1 цилиндр, небольшие лаборатории и контроль партий. T2 Pro - 2 поста, производственные лаборатории и контроль качества. T3 Pro - 3 поста, серийные испытания.
- Воспроизводимость: ≤1% у всех трёх моделей. Это цифра с карточки, не со стендов papers.
- Счётчик и печать: до 9999 циклов, встроенный термопринтер, таймер и цифровой дисплей.
Если в лаборатории нужно измерение плотности утряски по ISO 3953
Для измерения плотности утряски по ISO 3953 рассмотрите анализаторы насыпной плотности серии BeDensi T Pro как отправную точку.
На той же карточке выбирают T1 Pro, T2 Pro или T3 Pro по числу одновременных тестов. Если нужна не утряска, а apparent без уплотнения, смотрите материал про насыпная (apparent) плотность и волюметр Скотта. Для линии таблетирования рядом полезен разбор, как выбрать таблеточный пресс. Если нужна другая конфигурация, напишите: Александра, технический специалист по подбору лабораторного оборудования, поможет подобрать модель под вашу методику.
- Тел.: 8 (499) 490-02-72
- Email: blog@assa-group.ru
Итог
У боксита форма сильнее сдвигает HR и CI (уплотнение при утряске относительно poured), чем переход мелкой и крупной фракции: SL 1.02 против NSS 1.11. На сферическом Ti-6Al-4V размер и PSD двигают и apparent, и tapped, а разброс HR максимум 0.04. Для контроля сырья считают пару насыпной и утряски по ISO 3953, а анализатор серии BeDensi T Pro берут как инструмент той же задачи.
Источники:
- Boribayeva A., Baigarina A., Gvozdeva X., Musahanov A., Golman B. (2025). Experimental and DEM based characterization of flowability of non-spherical and spherical bauxite particles. Sci Rep. DOI: 10.1038/s41598-025-04138-6. PMC12218128.
- Ludwig I., Kluge M. (2024). Investigation of an Increased Particle Size Distribution of Ti-6Al-4V Powders Used for Laser-Based Powder Bed Fusion of Metals. Materials. DOI: 10.3390/ma17122942. PMC11205904.
