压制成型机理

压制成型机理
压制成型是在一定压力下，使细粒物料在型模中受压后成为具有确定形状与尺寸、一定密度和强度的成型方法。

1）压制成型过程中细粒物料的位移和变形
在模型内自由松装的细粒物料，在无外力情况下，是依靠颗粒之间的摩擦力和机械咬合，而相互搭接，在颗粒间形成大的孔隙，这种现象称为“拱桥效应”。

“拱桥效应”的特点：
①颗粒间仅存在简单的面、线、点接触，具有不稳定性和流动性，处于暂时平衡状态。

②当向颗粒上稍施外力时，使“拱桥效应”遭到破坏，则颗粒向着自己有利方向发生位移，产生重新排列，导致颗粒间接触面积增大，孔隙度减少。

颗粒粉末位移的形式有：移近（A），分离（B），滑动（C），转动（D）和嵌入（E），使颗粒间接触面减少或增加。

随着施加压力的增大，除使颗粒间产生最大位移外，还发生颗粒变形。

细粒物料变形类别有：
弹性变形：固体颗粒除去外力后可以恢复原状的变形。

塑性变形：具塑性的固体颗粒除去外力后不能恢复原状的变形为塑性变形，且物料塑性愈大则变形愈大；塑性变形程度随压力增大而增加。

脆性断裂：当脆性物料在外力下产生的颗粒结构发生的破坏性变形，易产生新的颗粒断面并使颗粒数增加。

压制机理
第一阶段（A）：由于颗粒位移而重新排列并排除孔隙内气体，使物料致密化。

在这一阶段耗能较少但物料体积变化较大。

若属脆性物料时，则易被压碎，新生的细颗粒会充填在细小孔隙内，重新排列结果使密度增大，新生颗粒表面上的自由化学键能使各颗粒粘结，发生是脆性变形体（B1）。

若属塑性物料时，颗粒发生塑性变形时其颗粒间相互围绕着流动，产生强烈的范德华力粘结起来，发生塑性变形体（B2）。

实际上，在大多数情况下，两种机理同时发生，并在一定条件下能够引起机理的转换。

2）细粒物料密度在压制时变化规律
模型中细粒物料在加压时其密度变化可分为三个阶段：
在第1阶段内，压块的密度增加以颗粒位移为主，同时也可能发生少量颗粒变形。

在第2阶段内，情况视压制物料不同而异。

对于又硬又脆的物料，压制时，压块物料密度曲线变化比较平坦，但随着物料塑性增加，其密度增加较快。

对于任一种物料压制时，加压压力皆在第ll阶段结束，最多使压力增大到第ll阶段的压力极限值。

塑性好的物料密度在加压时的变化见图中虚线变化，即第ll阶段基本消失。

在第3阶段内，压块的致密化以颗粒变形为主，同时也发生裂碎颗粒的少量位移。

3）压制过程中力的分布和压块密度变化
在压制过程中，对模型中细粒物料施加的压力主要消耗在两部分：
静压力——消耗于内摩擦力（p1）。

压力损失——消耗于外摩擦力（p2）。

压制过程中施加的总压力（p）至少为静压力和压力损失之和。

即：p＝p1＋p2（N）
p2值的大小表示为：
p2＝μ·p侧·S （N） .
式中：μ—物料与模壁间摩擦系数；
p侧—侧压力，（N/cm2’）；
S—物料与模壁的接触面积，（cm2）。

4）压块粘结机理
在没有加粘结剂情况下，压块粘结机理有两种观点：
第一种观点：
认为压块的强度取决于压块内固体颗粒间存在的摩擦力（即内摩擦力），因为细粒物料的颗粒表面是凹凸不平的粗糙体态，在紧密接触后表面会相互楔住和钩结而发生颗粒间机械啮合。

产生的现象：
用树枝状或楔形的粒子比用球形或平滑粒子能够制得更牢固的压块，其抗压强度可相差几十倍，而抗拉强度相差100倍左右。

在测试过程中人们还发现每一种压块本身的抗拉强度比抗压强度要小几十倍。

解释现象：
倘若颗粒间的粘结不是由于机械啮合的原因，而是颗粒间分子粘结力相互作用的话，则压块的抗拉强度与抗压强度的差别，应在3—5倍之间而不可能如此悬殊。

因此确认在压制过程中，随着压制压力增加，颗粒间的接触表面积增加，促使固体物料颗粒间的啮合（如钩结、楔住）作用加强，颗粒间的摩擦力大大增加，从而使压块强度得到提高。

第二种观点：
压块强度主要决定于颗粒间分子力的相互作用及薄膜水分子力和天然胶结物质分子力的作用，这三种力统称为分子粘结力。

当压制压力逐渐增高时，物料颗粒间接触表面积也相应增大，会促使有更多的接触表面处于分子力作用的范围，在宏观上就表现为压块强度提高。

得出结论：
在压制过程中，随着压制压力增加，颗粒间接触表面积相应地增大，由于分子粘结力与颗粒间接触表面积是成正比例地增大，从而使分子粘结力的作用加强，导致压块强度提高。

上述两个观点都能解释实践中某些现象，就说明了它们都能正确反映事物内部规律的某个侧面，但皆有各自的片面性。

事实上，在无粘结剂压制过程中，上述两个观点所描述两种机理是同时存在的，只是由于不同原料的颗粒物理性能（硬度、塑性、脆性和弹性等），化学性能（润湿性，吸附能力及化学组成等）和压制过程进展的程度不同，而表现出的作用强弱不一样而已。

无粘结剂压块的强度是随矿物塑性增大而增大的。

产生原因：
塑性好的颗粒压制时，压块强度是由颗粒间的机械啮合和分子力的联结作用共同构成，而后者更为主要。

脆且硬的颗粒压制性较差，压块强度主要靠颗粒间的机械啮合（内摩擦力）起作用，而分子间的联接力及薄膜水的粘结力的作用不显著，往往需要加入粘结剂后方可提高该压块强度。

同一种颗粒在正常压制压力条件下，压块强度皆是由于颗粒间的机械啮合和分子力的相互联结两种机理共同作用的结果。