金属材料、陶瓷材料、高分子材料及复合材料构成材料的四大支柱。传统上金属材料经过高温熔炼、铸造、加工，形成各种制品。但是金属材料的传统成形方法能耗大，造成了很大的环境污染，且材料利用率也不高。为此，在金属材料领域，借鉴现代陶瓷材料的成形方法，形成了相关的学科———粉末冶金。 
　　与传统的成形方法相比，粉末冶金技术具有成形精确、组分可任意设计、材料组织均匀、节省原有材料、能源消耗少、环境污染轻等特点。但是由于粉末之间作用力强，流动性差，因而存在密度低以及成形压力大、坯件尺寸小以及不能形成复杂形状制品等严重不足。为了非常容易地制造各种任意形状的制品，材料科学工作者一直在寻找一种能使金属粉末的成形类似高分子材料成形的技术。 

　　粉末注射成形技术正是这样一种极具潜力的革命性技术。但有鉴于粉末与聚合物混合体结构和注射成形的极端复杂性，理论研究的缺乏已成为这一技术发展的主要制约因素。 

　　经过近10年的艰苦努力，中南大学材料学院以黄伯云院士为学术带头人，梁叔全教授、李益民教授、范竟莲教授、李松林教授等为骨干的课题组在金属粉末注射成形理论与技术领域，获得了突破性进展。 

　　为了统一数目繁多的经验或半经验流变学模型，梁叔全教授和黄伯云院士合著的《粉末注射成形流变学》提出了粉末近净成形粉末塑化体分散系流变学理论。将该理论应用于金属粉末注射成形系统发现，预测的结果与实验结果有很好的一致性。 

　　通过系统、全面地分析粘结剂各组元的功能，课题组提出了粉末近净成形流变学与聚合物及助剂结构关系的系统理论。从粘结剂分子官能团摩尔引力入手，初步建立了塑化体中粘结剂作用的热力学、流变学和分子结构理论的联系框架。提出了增塑剂“分子滑轮”效应新概念和润滑剂强化“分子滑轮”效应的润滑新机制，并提供了相关的实验证据。 

　　课题组首次提出了粉末在聚合物粘结剂中自发分散的热力学判据。通过引入颗粒点阵模型，描述了喂料结构，并计算出颗粒间相互作用能。根据计算结果，获得了有关体系有条件的最佳颗粒尺寸和粉末装载量。建立了预测有关粉末注射成形喂料密度的公式。讨论了表面能、润湿角、生坯强度、粘度、热容、熔点等之间的关系。弄清了有关粉末与粘结剂两相相互作用的规律。发现了润湿角大于一定临界值时，会发生严重的两相分离问题，影响注射成形、挤压成形制品质量，严重时会导致工艺失效。 

　　课题组提出了应用流变学理论优化粉末近净成形工艺过程的系统理论。首次在国内系统地进行了针对Fe/Ni，W/Fe/Ni系粉末加聚合物粘结剂形成的粉末塑化体在几种典型模腔中的填充过程分析、数值计算与模拟。获得了联系工艺参数、流变特性参数、模具参数的多参数数学模型。并将模型应用于优化有关系统的粉末注射成形工艺过程。对相关的注射成形工艺和模具设计提出了优化方案和方向。通过计算机模拟了等温、牛顿流体和非等温、非牛顿流体流动分析。探讨了模腔内温度场、压力场、速度场的动态变化规律。揭示了一些新的规律，如发现金属粉末由于传热性强，对环境热交换非常敏感，为此对复杂制品模具设计提出了新要求。通过研究注射过程中的凝固问题，预测了坯件内部缩孔和裂纹产生。并提出了采用高的保压和低的注射温度可以减小坯件内部缩孔生成，高的模具温度可避免应力开裂等保证注射成形制品质量的新措施。 

　　课题组在国内外知名学术刊物，重要国内外学术会议文集上发表相关论文近百篇，其中不少被SCI、EI、ISTP等著名国际检索刊物所检索和引用。由黄伯云院士和梁叔全教授合著的《粉末注射成形流变学》在国内外学术界产生了较大影响。其相关成果获国家科技进步奖二等奖1项，部级科技进步奖一等奖1项，二等奖多项。《粉末注射成形流变学》获第五届国家图书奖提名奖、第十届国家优秀科技图书奖二等奖。梁叔全教授还在国际学术会议作了5次特邀报告。基于上述理论研究成果，课题组现已开发出了8个新产品，并建立了产值为5千万元的工业性示范中试生产线。这些成果使我国粉末冶金技术在国际前沿有了一席之地，产生了十分显著的经济效益，而且其产品对加强国防现代化建设具有重要意义。实现了从理论到工艺再到高技术产业化的跨越。 

　　经国家自然科学基金委聘请相关领域专家评审，专家们认为，中南大学材料学科的粉末注射成形已“形成了比较系统的理论，其成果在许多方面具有原创性，具有很高的学术水平和学术价值，填补了该领域的空白，达到了国际领先水平”。“对推动学科理论及工艺的发展会产生很大的作用，在粉末注射成形基础理论发展上有重要贡献”。 

科技日报