模压成型工艺及对试样密度的影响

活性毁伤材料模压成型时，组分粉体发生位移和变形，颗粒间孔隙度显著降低，粉体在压模内密实度增加，形成具有一定形状和强度的试样。

模压过程中粉体的受力及变形非常复杂，微观上表现为粉体颗粒的位移和转动，宏观上表现为粉体的形状变化和体积收缩。在外部压力作用下，氟聚物基体颗粒发生塑性变形，金属颗粒主要发生弹性变形。退模卸压后，金属颗粒恢复初始形状，与基体共同形成特定形状试样。影响活性毁伤材料试样模压成型的因素主要有模压方式、模制压力、模压速率、保压时间等几个方面。

1.模压方式

活性毁伤材料的模压方式主要包括单向和双向模压。单向模压时，粉体一端与模壁有相对运动，另一端无相对运动。单向模压时试样密度分布如图3.14（a）所示，受模腔内摩擦力影响，试样密度从上至下逐渐减小。因此单向模压试样高度不宜过大，否则会导致试样密度分布不均。

对较高试样，一般采用双向模压，压制过程中，粉体两端均与模壁产生相对运动，试样密度分布如图3.14（b）所示。试样两端密度较高，中间较低，试样整体密度高于单向模压。通过调整模制压力，可获密度均匀的试样。

图3.14　不同模压方式试样密度分布

2.模制压力

模制压力决定粉体混合物受压后的致密性和试样密度，模制压力过低，试样致密性低，孔隙率大，机械性能差；模制压力过高，退模后试样易开裂。合理控制模制压力，可以制备出致密性和机械性能良好的活性毁伤材料试样。氟聚物活性毁伤材料填充组分含量与模制压力的关系如表3.3所示。

经过长期实践，有关模制压力与试样密度关系，国内外有不少经验公式可供工程设计和应用参考，这里只介绍几个代表性工程经验公式。

（1）巴尔申公式。

该公式适用于脆硬性金属组分含量较多、中等模制压力，具体形式为

表3.3　填充组分含量与模制压力的关系

式中，p为模制压力；β为相对体积（V/Vm），V为实际试样体积，Vm为致密试样体积；K，L为经验常数。

（2）康诺匹茨基公式。

该公式适用于较高模制压力，具体形式为

式中，p为模制压力；d为实际试样密度；dm为致密试样密度；d0为粉体混合物表观密度；K为经验常数。

（3）川北公夫公式。(www.xing528.com)

该公式忽略压制过程粉体硬化效应，适用于较低模制压力，具体形式为

式中，p为模制压力；C为粉体体积压缩比（1-d0/d），d0为粉体表观密度，d为实际试样密度；a，b为经验常数。

3.模压速率及保压时间

模压速率是指模压冲头下降运动速度的快慢，主要取决于受压粉体的流动性，并影响试样的密度分布均匀性。氟聚物基活性粉体混合物流动性差，模压速率过高，活性粉体混合物模腔内流动不充分，会导致试样密度分布不均匀。通常，模压速率控制在10～20 mm/min为宜，最大不超过70 mm/min。

保压时间是指达到设定模制压力后的持续压制时间，使模制压力在试样内得到充分传递，实现良好的密度分布均匀性。保压时间长短主要取决于试样高度和模压方式，试样高度与保压时间的关系如表3.4所示，典型模压成型设备及圆柱形模压成型活性毁伤材料试样如图3.15所示。

表3.4　试样高度与保压时间的关系

图3.15　典型模压成型设备及圆柱形模压成型活性毁伤材料试样

4.试样密度估算

活性毁伤材料粉体组分配比主要由质量配比或体积配比来表征，按质量百分数计算各粉体组分配比，第i个组分质量百分数gi为

式中，Gi为第i个粉体组分质量；G为粉体混合物总质量。

按体积分数计算各粉体组分体积配比，第i个组分体积分数ri为

式中，Vi为第i个粉体组分体积；V为粉体混合物总体积。

各粉体组分质量分数与体积分数之间的换算关系为

式中，dmi为第i种粉体组分物质密度；dp为模压成型试样密度。

当已知各粉体组分质量分数时，模压成型试样密度为

当已知各粉体组分体积分数时，模压成型试样密度为