Elsevier

Chemical Engineering Science

Volume 23, Issue 12, December 1968, Pages 1405-1420
Chemical Engineering Science

The tensile strength of powders

https://doi.org/10.1016/0009-2509(68)89051-7Get rights and content

Abstract

A theory of the tensile strength of powders, incorporating the effect of powder density, particle size distribution and interparticle force, has been developed. It enables the experimental results for different size fractions of each of five materials of different chemical and physical nature to be correlated with the particle size distribution. The large variation of tensile strength with small changes in density is interpreted to be a manifestation of the dependence of the interparticle force with surface separation of particle-pairs. A law of corresponding states is also established and it correlates the tensile strength data of the five materials. It is suggested that the functional form of the interparticle forces is very nearly the same for the five materials. An estimate is made of the energy and length parameters that characterise the interparticle forces involved. The practical use of the correlations obtained for the prediction of tensile strength from particle size distribution determination alone is discussed.

Résumé

On a développé une théorie de la résistance à la traction des poudres, qui comprend l'effet de la densité des poudres, la distribution des particules selon leur taille et la force entre les particules. Cette théorie permet de corréler les résultats expérimentaux pour des fractions de différentes tailles de chacun des cinq matériaux de nature différente au point de vue chimique et physique, avec la distribution des particules selon leur taille. La grande variation de la résistance à la traction avec de faibles changements de densité est interprétée comme une minifestation de la dépendance de la force intraparticulaire avec la séparation en surface des paires de particules. Une loi des états correspondants est aussi établie et elle met en corrélation les données de résistance à la traction des cinq matériaux. On suggère que la forme fonctionnelle des forces intraparticulaires est presque identique pour les cinq matériaux. On fait une estimation de l'énergie et des paramètres de longueur qui caractérisent les forces intraparticulaires en question. On discute de l'usage pratique des corrélations obtenues pour la prédiction de la résistance à la traction à partir de la seule détermination de la distribution des particules selon leur taille.

Zusammenfassung

Es wurde eine Theorie für die Zugfestigkeit von Pulvern unter Berücksichtigung des Einflusses von Pulverdichte, Teilchengrössenverteilung und Zwischenteilchenkraft entwickelt. Diese Theorie ermöglicht es, die Versuchsergebnisse für verschiedene Grössenfraktionen von fünf Materialien verschiedener chemischer und physikalischer Art mit der Teilchengrössenverteilung in Beziehung zu bringen. Die grosse Variation der Zugfestigkeit bei kleinen Änderungen der Dichte wird als ein Beweis der Abhängigkeit der Zwischenteilchenkraft von der Oberflächentrennung der Teilchenpaare ausgelegt. Ein Gesetz übereinstimmender Zustände wird ebenfalls formuliert, das die Zugfestigkeitsdaten der fünf Materialien korreliert. Es wird vorgeschlagen, dass die funktionelle Form der Zwischenteilchenkräfte bei allen fünf Materialien nahezu die gleiche ist. Es wird eine Abschätzung der Energieund Längenparameter, die die betreffenden Zwischenteilchenkräfte kennzeichnen, durchgeführt. Die praktische Anwendung der erzielten Korrelationen, was die Vorhersage der Zugfestigkeit allein mit Hilfe der Bestimmung der Teilchengrössenverteilung anbelangt, wird erörtert.

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      Both models overestimate the value of C, fundamentally because the interparticle contact geometry (rough surfaces) and the particle packing characteristics in the bed (heterogeneities in particle distribution, etc.) are of greater complexity than the models based on ideal particle packings (smooth spheres of equal size). Other models (Cheng, 1968; Cheng et al., 1968, 1973; Hartley et al., 1985; Shinohara and Tanaka, 1975, etc.) attempt to explain why the experimental values of T, and therefore also of C, are smaller than the theoretical values and why the effect of compactness on the latter is greater than that described by Eq. (15). If the particles are not spherical, particle distribution and orientation in a bed will clearly be heterogeneous.

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