L’impacchettamento delle polveri influenza la densità del verde e quindi del
ceramico finale.
A seconda del tipo di impacchettamento (numero di coordinazione) si possono
avere densità del verde (PF = fattore di impacchettamento = quantità di solido
nell’unità di volume = densità) diverse.
NP: numero di particelle per unità di volume
NC: numero di punti di contatto per unità di volume (saranno poi anche i punti
di sinterizzazione)
Se si hanno particelle uguali PFmax=74%; quindi il prodotto finale sarà poroso.
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Utilizzando particelle con dimensioni diverse si possono raggiungere densità
del verde superiori. In pratica si cerca di usare polveri con rapporto tra le
granulometrie (ac/af) almeno pari a 7 in modo che le particelle più piccole
possano entrare negli interstizi delle più grandi in configurazione piramidale o
tetraedrica.
Con particelle di due diverse dimensioni può essere calcolata la densità
massima teorica (PFmax) ipotizzando che le particelle più piccole occupino gli
interstizi lasciati dalle più grandi. Il caso ideale si ha quando il rapporto tra i
raggi (af/ac) è pari a zero.
Nel diagramma le rette (VI e VII) corrispondono all’impacchettamento ideale
quando una delle granulometrie è sostituita (in ugual peso) dall’altra.
Sulla base della densità delle polveri prese separatamente (PFc = 1/Vc; PFf = 1/
Vf) e della densità del solido (ρth = 1/V0) può quindi essere calcolata la
frazione ponderale di particelle fini ottimale.
Lo scostamento dal caso teorico è ovviamente tanto maggiore quanto diverso
da zero è il rapporto af/ac.
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Per polveri con distribuzione granulometrica continua si può far uso
dell’equazione di Andreasen o a quella AFDZ per calcolare la distribuzione
ottimale. L’impacchettamento si definisce ottimale quando ogni frazione in massa
rispetto ad a, è calcolabile mediante tali equazioni.
La densità del verde viene modificata ogni qual volta si ha uno spostamento da
questa distribuzione ottimale, oppure se siamo in presenza di polveri non
sferiche o ancora se è presente del binder (che ha la capacità di legare le
polveri ma senza garantire per forza che le fini riempiano gli interstizi).
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In un solido (sia esso anche un aggregato di polveri) la porosità può essere
chiusa o aperta a seconda che sia inaccessibile o meno dall’esterno. Il volume
occupato solo dalla massa solida (quindi, porosità esclusa) è detto volume
reale.
A seconda delle porzioni del solido considerato si definiscono volume e
porosità apparente e di bulk.
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La misura della densità apparente è realizzata mediante picnometria. Tale
tecnica si basa sulla misura del peso del solido (m1 - m0) e del volume del
contenitore non occupato dal solido ((m3-m0)-(m2-m1))/(ρliquido-ρaria). Il fluido
utilizzato può essere liquido (in genere acqua) o gas (elio o azoto).
La densità apparente può essere determinata anche tramite il metodo di
Archimede, misurando il peso a secco e la spinta esercitata da un liquido (in
genere acqua). Il peso in immersione è in genere effettuato con il campione
all’interno di un cestello immerso nel fluido (bilancia di Archimede).
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Nella porosimetria ad intrusione di mercurio si sfrutta la non bagnabilità delle
superfici da parte del mercurio. Si può quindi determinare il volume di bulk
(analogamente alla picnometria) e la distribuzione volumetrica dei pori.
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