水基ZrB2膏體非連續(xù)擠出過程研究.pdf

1、ZrB2作為一種特種陶瓷材料，雖然在許多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，但由于它的難加工性，也使它在某些方面的應(yīng)用受到了限制。采用固體自由成型(Solid Free form Fabrication.SFF)技術(shù)，將ZrB2粉體配置成具有一定流動(dòng)性的水基陶瓷膏體進(jìn)行擠出成型，有望解決難以加工問題。膏體的擠出成型過程不可能是不間斷一蹴而就就能完成的，必然會(huì)有短暫的停頓過程，也就是說膏體擠出是非連續(xù)性的。本文主要進(jìn)行水基ZrB2膏體的非連續(xù)擠出過程研

2、究，分析各種工藝參數(shù)下非連續(xù)與連續(xù)擠出過程的擠壓力與擠出體液相含量的變化、擠出筒內(nèi)液相的分布規(guī)律，最后采用模擬仿真的方式對(duì)擠壓力進(jìn)行評(píng)估。
　　首先進(jìn)行了水基ZrB2膏體的擠出工藝研究。在不同擠出速度、擠出頭長(zhǎng)度、非連續(xù)擠出步數(shù)等工藝參數(shù)下分析擠出過程膏體中擠壓力和液相含量的變化，總結(jié)出膏體非連續(xù)擠出時(shí)的流動(dòng)規(guī)律。在其它條件保持不變時(shí)，擠壓力隨著擠出速度的增加呈上升趨勢(shì)，而擠出體的液相含量超出膏體初始含量的程度越來越小，當(dāng)速度大于

3、0.09mm/s時(shí)，擠出體液相含量基本與初始含量一致;同時(shí)，對(duì)于擠出頭長(zhǎng)度而言，擠出頭越長(zhǎng)，擠壓力也越大，而擠出體液相含量越來越高出初始含量，在擠出頭長(zhǎng)度小于12mm時(shí)，液相的偏離程度得到了有效控制;除此之外，不同擠出步數(shù)對(duì)擠壓力與擠出體液相含量的影響并無明顯規(guī)律，可認(rèn)為擠出步數(shù)對(duì)擠出過程無太大的影響。
　　其次對(duì)膏體內(nèi)部液相的動(dòng)態(tài)分布規(guī)律進(jìn)行了研究。為分析膏體在整個(gè)流動(dòng)過程中內(nèi)部液相的流動(dòng)情況及其分布規(guī)律，我們?cè)诟叩蛢煞N速度下，

4、將膏體在相同工藝下分階段擠出，對(duì)料筒內(nèi)剩余的膏體進(jìn)行分層取樣，測(cè)定樣品不同區(qū)域之間的液相含量。通過對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果得到以下結(jié)論:膏體擠出時(shí)，液相的流動(dòng)方式呈現(xiàn)出自上而下、從邊緣到中心的趨勢(shì)，料筒底部擠出頭處液相最高，底部筒壁邊緣最低，且隨著擠出速度的降低，液相這種流動(dòng)趨勢(shì)更加明顯。
　　最后是對(duì)擠壓力的模擬仿真。采用Fluent模擬軟件，對(duì)擠出模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分，選擇Carreau模型的本構(gòu)方程，通過合適的算法對(duì)膏體擠出情況進(jìn)行數(shù)