流变学文献综述

西华大学1课程论文题目：流变学-粉末注射成形学院：材料科学与工程学院年级、专业：2015级材料科学与工程学生：赵祥学号：212015080500023指导教师：廖永衡完成日期：2015年10月30日西华大学2摘要流变学是研究材料的流动与变形的科学，在粉末注射成型等工业生产及日常生活中有着广泛的应用，流变学的主要研究对象是非牛顿流体。本文先介绍流体的概念及分类，流变学的主要研究内容，接着叙述粉末注射成形技术的发展历程概述了粉末注射成形原理包括粉末和粘结剂的选择混炼注射成形及后续的脱脂烧结并介绍了粉末微注射成形技术的技术特点注射工艺和微注射成形的应用分析了粉末注射成形技术的局限性展望了粉末注射成形技术的发展趋势[1.2.3]。关键词：流变学粉末注射成形混炼技术西华大学3ABSTRACTRheologyisthestudyofflowanddeformationofthematerialscience,inpowdermetallurgyandotherindustrialproductionandhasbeenwidelyusedineverydaylife.RheologyofthemainresearchobjectisaNewtonianfluid.Thispaperfirstintroducestheconceptandclassificationoffluid,therheologicalpropertiesofnon-newtonianfluidanditsapplicationinproductionandlife,themainresearchcontentofrheology,thendescriberheologyoftherelevantapplicationinpowdermetallurgy;Thenintroducetheforefrontofrheologyfield,suchas:cellrheology,liquidcrystalpolymerrheology,electrorheologicallearning,etcKeyword:RheologypowdermetallurgyCompoundingTechnology西华大学4目录摘要............................................................21.1粉末注射成形中的流变学原………………………………………………………………..51.2粉末注射成形中的流变学问题分析……………………………………………51.3粉末注射成形的工艺选择………………………………………………………61.3.1注射成形粉末的选择……………………………………………61.3.2注射成形粘结剂的选择…………………………………………61.3.3粉末成型混炼……………………………………………………71.3.4注射成形…………………………………………………………71.3.5烧结………………………………………………………………71．3.6粉末微注射成型………………………………………………71.3.7粉末注射成形的局限性和发展趋势…………………………71.4结论……………………………………………………………………………8参考文献..........................................................................................9西华大学51.1粉末注射成形中的流变学原理[3]流变学概念与本构方程流变学主要是研究物理材料在应力、应变、温度、湿度、辐射等条件下雨时间因素有关的变形与流动的规律。外力作用于流变学体系，将在体系内产生引起体系形成改变的应力偏张量与体积改变的应力球张量，相应的产生应变偏张量、应变球张量；根据不停地影响因子可得到不同的本构方程，流变学的研究表明：据剪应力作用下发生突变的情况，可以将流变学体系分为不同的单元体和组合体。其主要的研究内容是蠕变、屈服值以及材料的流变模型及本构方程、应力松弛现象。1.2粉末注射成形中的流变学问题分析[2.4]蠕变分析：材料的流变性能主要表现在蠕变和应力松弛两个方面。蠕变是指材料在恒定载荷作用下，变形随时间而增大的过程。蠕变是由材料的分子和原子结构的重新调整引起的，这一过程可用延滞时间来表征。当卸去载荷时，材料的变形部分地回复或完全地回复到起始状态，这就是结构重新调整的现象。应力松弛：材料在恒定应变下，应力随着时间的变化而减小至某个有限值，这一过程称为应力松弛。这是材料的结构重新调整的另一种现象。蠕变和应力松弛是物质内部结构变化的外部显现。这种可观测的物理性质取决于材料分子(或原子)结构的统计特性。因此在一定应力范围内，单个分子(或原子)的位置虽会有改变，但材料结构的统计特征却可能不会变化。屈服值的流变模型：当作用在材料上的剪应力小于某一数值时，材料仅产生弹性形变;而当剪应力大于该数值时，材料将产生部分或完全永久变形。则此数值就是这种材料的屈服值。屈服值标志着材料由完全弹性进入具有流动现象的界限值，所以又称弹性极限、屈服极限或流动极限。同一材料可能会存在几种不同的屈服值，比如蠕变极限、断裂极限等。在对材料的研究中一般都是先研究材料的各种屈服值。在不同物理条件下(如温度、压力、湿度、辐射、电磁场等)，以应力、应变和时间的物理变量来定量描述材料的状态的方程，叫作流变状态方程或本构方西华大学6程。材料的流变特性一般可用两种方法来模拟，即力学模型和物理模型:在简单情况(单轴压缩或拉伸，单剪或纯剪)下，应力应变特性可用力学流变模型描述。在评价蠕变或应力松弛试验结果时，利用力学流变模型有助于了解材料的流变性能，可用来预测在任意应力历史和温度变化下的材料变形。力学模型的流变模型没有考虑材料的内部物理特性，如分子运动、位错运动、裂纹扩张等。考虑材料的内部物理特性，固体晶体内部和晶粒颗粒边界存在的缺陷对材料流变性能的影响，表达出材料内部结构的物理常数，即物理流变模型。非牛顿流体包括宾哈流体、假塑性流体、膨胀性流体1.3粉末注射成形的工艺选择粉末注射成形是一种以较低成本生产复杂零件的近净成形工艺粉末注射成形综合了粉末冶金与注塑成形工艺适用于金属合金陶瓷复合材料等的零部件近净成形。根据粉末的分类可以分为金属注射成形、陶瓷注射成形。粉末注射成形工艺流程包括固体粉末与有机粘结剂均匀混合经制粒后在加热状态下通过注射机注射成形采用化学或热分解的方法将成形中的有机粘结剂脱除经烧结后获得致密的产品1.3.1注射成形粉末的选择粉末的特性直接影响粉末注射成形的后续加工作为注射成形的主要原材料要求原料粉末细小以保证良好的流变特性和较大的烧结速率粒径小的粉末在注射成形时的流动性好烧结快保形性好但微细粉末生产成本很高且容易团聚脱脂速率慢烧结收缩大因此注射成形经常使用粒径在几微米到２０微米之间的粉末，因为小颗粒可以填充在大颗粒的孔隙中因此高体积分数的大颗粒和低体积分数的中等粒度的粉末有利于获得较高的密度但较宽的粒度分布容易造成注射成形时的两相分离1.3.2注射成形粘结剂的选择粘结剂对降低喂料的黏度非常重要以获得完整的注射坯料对粘结剂的基本要求是润湿粉末表面以使粉末具有良好的流动性使之充满型腔此外粘结剂还有另外一个功能即维持产品形状，对粘结剂的选择一般有以下几个方面的要求粘结剂充分润湿粉末颗粒与粉末混合均匀混合后流动性好脱脂时坯料变形小且脱脂西华大学7快无残留注射成形用粘结剂一般由结合剂润滑剂和可塑剂以及表面改性剂组成粘结剂一般占整个喂料体积的４０～７０％，根据主要组元和性质可将粘结剂分为热塑性体系热固性体系凝胶体系和水溶性体系以及特殊体系。1.3.3粉末成型混炼将粉末与粘结剂混合得到均匀注射料的过程，关键参数为混料温度高低与剪切力大小，粒径恩不越宽，偏析越严重；同时，粉末不规则同样导致偏析，粉末粒度越小，偏析越小。混炼过程中，表面活性剂可改善颗粒团聚倾向和减少表面之间的摩擦；混料质量的好坏直接关系到原料的流动性，从而影响注射成型的质量1.3.4注射成形由于注射料粉末原料粒子直径较小，粉末颗粒间隙中只存在少量粘结剂，流动性差，难以稳定成形，受到不均匀力的作用，导致螺杆与螺杆头易破碎；主要的工艺参数有注射温度、注射压力、注射速度；然而对于陶瓷、金属等粉末原料流动性是首要考虑的问题。注射完成之后需要对注射胚料进行脱脂处理。1.3.5烧结脱脂后胚料强度、密度都很低，将配料加热到0.7~0.8倍熔点，并保温使得粉末颗粒达到冶金结合，提高密度改善性能。1．3.6粉末微注射成型粉末微注射成型最早是由German提出，进而在全世界范围内开展研究，近年来，微注射成形技术在微型金属和陶瓷元器件成形的应用上取得较大进展。国外在粉末微注射成型方面已取得聊一定成果，主要研究应用于化工、流体、生物医疗等微型注射成形产品，还包括用硬质合金粉末制造耐磨微型零件和模具以及两种或两种以上的注射胚的共烧结、共链接等问题1.3.7粉末注射成形的局限性和发展趋势粉末注射成形技术经过40余年的发展，产品已应用到各个领域，包括航空航天、国防军工、机械等微注射成形采用亚微米级粉末，粉末极易发生自燃，因此需在氩气保护的箱体中将微细粉末与粘结剂混合，使粉末表面被粘结剂覆盖在喂料和烧结过程中被氧化。经过这几十年的发展，微注射成型的发展趋势（1）西华大学8材料体系的多方向拓展（2）新粘结剂体系的开发（3）新脱脂工艺的开发以缩短脱脂时间，提高生产效率（4）朝着成形更小、更精细的发展1.4结论(l)现有的流变学理论有待进一步发展以便深人地解析有关粉末注射成形过程中涉及到的物料流动与变形问题（2通过对流变学体系结构进行分析，可以用模型方法建立流变学方程并进行解析,在一定程度上可以说明物料在注射成形中的变形与流动情况西华大学9参考文献[1]贺毅强、胡建斌、张奕、陈振华、乔斌．粉末注射成形原理与发展趋势Ｊ．材料科学与工程学报６７３－２８１２２０１５０１－０１３９－０６．[2]曲选辉.粉末注射成形的研究进展西北工业大学.中国材料进展.1674-3962(2010)05-0042-06[3]梁叔全黄伯云曲选辉郑子樵.粉末注射成形中的流变学原理及其应用分析.稀有金属材料与工程[4]Williams.B.ParmatechShapesMetalslikeplastic[J].MetalPowderReport.1989,44(10):675~680