降低的压力比 ($P^*$) 决定了粘性粉末压块的内部结构，是控制材料特性的主要杠杆。该变量定义为外部施加压力与颗粒接触点处最大拉伸吸引力之比，它决定了粉末是组织成松散、孤立的团簇还是致密的、承载载荷的网络。
$P^*$ 是控制从孤立的、自应力颗粒团簇到致密的力链网络的转变的关键阈值。调节此比率可以精确地工程化材料的最终机械强度和孔隙率。
$P^*$ 在结构形态中的作用
定义控制机制
变量 $P^*$ 量化了两种力之间的竞争。它将实验室压机施加的外部力与自然将颗粒粘合在一起的内部内聚力进行比较。
该比率不仅仅是一个测量值；它是内部几何形状的预测因子。它精确地确定了力如何在粉末床上传输。
低 $P^*$ 值下的行为
当施加的压力相对于颗粒间吸引力较低时，材料会采用特定的结构。
力网络充当一系列孤立的、自应力的团簇。在这种状态下，内部内聚力占主导地位，阻止颗粒完全重排成统一的致密体。
向高密度系统的转变
随着压机通过增加外部压力，$P^*$ 值会升高。这种转变迫使材料内部结构发生根本性重组。
孤立的团簇会分解并重排。它们转化为力链模式，这是致密系统的特征。这种转变是粉末能够承受更高载荷并实现更大压实的原因。
为什么这个比率控制材料质量
调节机械强度
监测 $P^*$ 的主要价值在于其与结构完整性的直接相关性。
通过操纵实验室压机压力以获得特定的 $P^*$，您可以决定力网络的连通性。连续的力链网络可提供更高的机械强度，而孤立的团簇则会导致结构较弱。
控制孔隙率
$P^*$ 对于管理压块内的空隙空间同样至关重要。
团簇重排成致密链直接降低了孔隙率。因此，将 $P^*$ 保持在特定范围内是针对最终产品中精确密度或孔隙率水平的最有效方法。
理解权衡
未校准压力的风险
未能计算 $P^*$ 会导致不可预测的内部结构。
如果“高压”不足以克服所讨论粉末的特定最大拉伸吸引力，那么仅仅施加“高压”是不够的。
平衡结构与内聚力
在保持多孔团簇和实现致密力链之间存在固有的权衡。
低 $P^*$ 保留了自应力团簇的独特特性，但牺牲了承载能力。相反，将 $P^*$ 推得太高会完全消除这些团簇，转而追求密度。您无法同时最大化这两种状态；您必须针对特定的 $P^*$ 范围。
为您的目标做出正确的选择
为了优化您的粉末压块，您必须计算您特定材料的最大吸引力，并调整您的压机压力以针对正确的 $P^*$ 区域。
- 如果您的主要重点是高孔隙率： 目标是低 $P^*$ 范围，以保留孤立的、自应力团簇的形态。
- 如果您的主要重点是最大机械强度： 增加施加的压力以实现高 $P^*$ 范围，确保形成致密的力链模式。
掌握 $P^*$ 比率可将您的工艺从试错法转变为可预测的、工程化的材料合成。
总结表：
| P* 的方面 | 低 P* 范围（内聚力占主导） | 高 P* 范围（压力占主导） |
|---|---|---|
| 内部结构 | 孤立的、自应力的团簇 | 致密的、连续的力链网络 |
| 机械强度 | 较低；受内部内聚力支配 | 较高；针对承载优化 |
| 孔隙率水平 | 高；保留空隙空间 | 低；最大化压实密度 |
| 主要目标 | 高孔隙率材料 | 最大的结构完整性 |
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参考文献
- F.A. Gilabert, A. Castellanos. Computer simulation of model cohesive powders: Influence of assembling procedure and contact laws on low consolidation states. DOI: 10.1103/physreve.75.011303
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
