无机非金属材料工学 成型

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1、成型第一节概述成型是将配合料制成的浆体、可塑泥团、半干粉料或融熔体，经适当的手段和设备变成一定形状制品的过程。成型一般由两个步骤组成：（1）使可流动变形的物料成为所需要的形状研究在外力作用下物料流动与变形的规律，流变学研究的内容；（2）通过不同的机制使其定形。几种体系：1.无机胶凝材料浆体（如水泥、石灰、石膏等）：水化产物使浆体固化。2.陶瓷泥料的可塑成型：可塑性、定形、干燥后强度提高。3.陶瓷泥浆：水分脱除，由粘塑性体变成高屈服值的可塑体、干燥后进一步定型。4.压制：物料之间产生范德华力和氢键、成型和定形同时完成

2、。5.融熔体（如玻璃、铸石等）：粘度随温度降低而增长、达到完全“冻凝”。第二节成型过程中的流变特性流变学：研究实际材料（不同于刚体、虎克体、牛顿体等理想材料）在外力作用下所发生的应力与应变，特别是与时间因素有关的流动。成型：是利用各种外力使浆体、泥团或熔体产生流动、变形达到所需的形状。成型过程中所关心的问题：物料流动的快慢、变形的难易，作用力的大小和变形量之间的关系、每个制品达到所需形状的时间等。一、三种基本变形及流变模型变形：按性质的不同可分为弹性变形、粘性流动和塑性流动。（一）弹性变形定义：如果应力和应变间存在

3、着一一对应关系，且它们互为单值函数，当应力消除以后，变形亦随之消失。弹性体：如果弹性体的应力和应变间成正比关系，则这种物体就称为线弹性体，也称胡克体。E其变形为弹性变形。（二）粘性流动粘性流动：液体在剪切应力的作用下，剪切应变将随时间而不断增加。牛顿液体：剪切应力与剪切应变的速率成正比，则这种理想体为牛顿液体。其流变方程为：τ剪切应力η粘度系数*剪切应变速率（三）塑性流动当剪切应力σ小于某一极限值f（屈服应力）时不发生剪切应变ε，当剪切应力达到该极限值时，就立即发生极大的剪切应变，这种形变称为塑性

4、流动，这种材料也称（刚）塑性体。当σ＜f时ε＝0；当σ＝f时ε可为任意值，直到∞。塑性变形：材料所产生的变形，在外力除去以后将仍然保留。包括：塑性流动和粘性流动所产生的变形。成型主要利用材料的塑性变形和粘性流动。二、胀流性液体与假塑性液体实际液体很少完全符合牛顿液体的情况，它们的剪切应力与剪切应变速率之间的关系可写成以下通式：dnndt当n=l时，为牛顿体；n＜l时，称为假塑性液体；n＞l时，称为胀流性液体。牛顿液体的粘度η等于剪应力τ与剪切应变速率的比值，如果对非牛顿液体也同样处理，则

5、：n1aηa为表观粘度当n=l时，为牛顿体，不随剪切应变速率变化而变化n＜l时，称为假塑性液体，随剪切应变速率的增大而降低n＞l时，称为胀流性液体，随剪切应变速率的增大而增加氧化铝、石英等的悬浮液具有胀流性；一般陶瓷泥浆为假塑性。三、流变模型与本构方程又称流变状态方程，是联系应力、应变、应力速率和应变速率的方程的总称。同时具有两种或三种变形，流变模型可以通过各种基本元件串联及并联方式组成。油漆、水泥浆等：粘性液体，不致流下，具有固体的性质。称宾汉体模型。当剪切力τ

6、并联的粘性元件也只能保持不变。这时，弹性元件的变形，就是整个系统的变形，因此：G宾汉模型当τ>f时，（τ-f）这个力就会使粘壶发生变形。设弹性元件的剪应变为γ1，粘性元件的剪应变为γ2，系统的总应变为γ，则：G1f212由上述三式消去γ1，γ2，可得宾汉体在τ≥f时的流变方程：fG当τ＝常量时，上式可改写为：f宾汉模型以上的流变方程也称本构方程，它说明材料中任一点的应力状态和应变状态之间有着密切的关系，可以用以下的通式来表示：f(,)

7、0这种函数关系当然和材料的性质有关，是由材料的本质与构造决定的，所以称为本构方程。几种典型的流变模型：1、麦克斯韦模型：粘性流动为主，本质上是液体。2、开尔文体：以弹性变形为主，本质上是固体。3、三元件模型：（l）代表一种粘弹性固体，（2）代表一种粘弹性液体。4、伯格斯体：麦克斯韦体和开尔文体的串联，还是具有液体性质。（a）麦克斯韦模型；（b）开尔文模型；（c）三元件模型（1）；（d）三元件模型（2）；（e）伯格斯体流变学在塑料的成型中己得到普遍应用。测试建立流变模型导出流变方程解决实际问题玻璃熔体成型：粘性流体→

8、麦克斯韦体→伯格斯体→三元件模型（2）→三元件模型（1）四、流动曲线、应力曲线和应变曲线（一）流动曲线由流动曲线可知在某应力下某种材料流动速度的快慢，粘度、表观粘度的大小。图1-4-4不同类型的流动曲线（二）应力曲线和应变曲线应力曲线：应力随时间变化的曲线；应变曲线：应变随时间变化的曲线。麦克斯韦体的应力与应变曲线成型时，已知加力情况时，可知经多少时间才能达