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第六章 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。 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。 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： （三）塑性流动 当剪切应力 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，这种形变称为塑性流动，这种材料也称（刚）塑性体。 当 ＜f时　ε＝0 ； 当 ＝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： 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： 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τf时，塑性元件不发生变形，与之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： 图1-4-2宾汉模型 当τf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： 由上述三式消去γ1 ，γ2，可得宾汉体在τ≥f时的流变方程： 当τ＝常量时，上式可改写为： 　　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： 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）