Röntgenmikrotomographische Analyse der Verdichtung und Scherung feiner und kohäsiver Pulver

Um detaillierte Einblicke in die dreidimensionale Struktur und Bewegung feiner und kohäsiver Pulver zu erlangen, wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit mit dem Mikro-Schertester (Probengrößen von 6,3 µL und 15,5 µL) das weltweit kleinste Schergerät entwickelt und dieses in einem hochauflösenden Röntgen-Computertomographen integriert. Neben der Messung von Fließeigenschaften wurde der Mikro-Schertester verwendet, um den Einfluss der Verdichtung und Scherung auf die Haufwerksstruktur feiner Pulver zu untersuchen. Dank der in-situ Anordnung im Computertomographen konnten die Prozesse quasi-dynamisch abgebildet und in hochauflösenden 3D Sequenzen erfasst werden. In mehr als 80 einzelnen Scans und an 5 verschiedenen Produkten wurden die Verdichtung, das Anscheren, das stationäre Fließen sowie das Abscheren betrachtet. Die untersuchten Modellstoffe reichten von kohäsivem Kalksteinmehl (5 µm), über sphärische Glaspartikel (11 µm & 30 µm) bis hin zu zeitverfestigendem Kaliumchlorid-Pulver (26 µm). Die Analyse der Prozesse erfolgte anhand der Bildinformation, axialer und radialer Dichteverteilungen, radialer Paarverteilungsfunktionen sowie anhand eigens hierfür entwickelter Methoden, wie der Bestimmung partikelbezogener Trägheitstensoren und der Berechnung der lokalen Scherdeformation. So konnte unter anderem gezeigt werden, dass die Anisotropie der Dichteverteilung im Nahbereich einzelner Partikel infolge der Verdichtung abnahm, durch Scherung jedoch wieder induziert wurde. Des Weiteren wurden die Ausdehnungen der Scherzonen der Modellstoffe verglichen und Reichweiten von 5 bis 90 Partikeldurchmessern festgestellt.