半固态浆料制备中球晶组织形成机制及其与浆料独特流变性之间的耦合关系，多年以来一直是物理学家、流体学家、材料学家们及生产者广泛关注的研究热点。本文采用自行研制的透明模型合金半固态观察装置、透明模型合金半固态观察和测量装置、半固态合金机械搅拌制备装置，在获得可靠外界控制参数及考虑液相对流所引起的动量传输对凝固过程影响的情况下，详细、深入地考察了丁二腈—5at.％水透明模型合金及Sn—15wt.％Pb合金在剪切条件下初生相形态、非枝晶组织形成机制及其与浆料流变特性之间的耦合关系，在此基础上对这项具有广阔应用领域的金属加工技术的相关控制参数进行了优化。上述研究包括的主要内容和获得的主要结论是： 研究了剪切条件下半固态初生组织形态演化规律，确立了其形成机制以球状生长机制为主而非传统的枝晶破碎机制。 在自制设备上分别连续动态考察了丁二腈—5at.％水透明模型合金和Sn—15wt.％Pb合金不同剪切条件下初生组织形成过程。发现在液相线以上启动搅拌时，丁二腈—5at.％水透明模型合金和Sn—15wt.％Pb合金熔体中最早观察到的初生组织为球晶组织，且搅拌可促进球晶组织在相对较高温度下产生，从实验上证明搅拌可直接获得球晶形态；在液相线以下启动搅拌时，预先生成的枝晶组织逐渐破碎减少，但其破碎组织形态依然保有枝晶组织的形态，存在枝晶组织与球晶组织共存的现象；剪切速率的突变对球晶组织的生成有促进作用。 在纯扩散条件下合金球状稳定性分析的基础上，仔细考察了搅拌条件下半固态初生球晶组织的运动情况。基于此，提出了一个描述对流条件下固相颗粒溶质再分配的一维模型。再结合搅拌对形核的促进作用，得到一个可描述对流条件下合金球状相对稳定性的判据，与实验吻合很好，表明剪切条件下半固态过冷熔体形核晶体生长方式以球状生长为主，并存在一个稳态极限半径。 在发明一个可连续动态考察透明模型合金半固态微观组织与流变性的透明模型合金观察和测量装置的基础上，研究了半固态浆料流变特性与半固态组织之间的耦合关系。西北工业大学工学博士学位论文 实验研究表明连续冷却过程中，低固相分数时球晶组织对浆料粘度影响不大，当固相分数超过一定值之后，表观粘度增大趋势明显加快;连续冷却过程中存在一个温度起伏点，这可能与熔体内大量形核有关;粘度随剪切速率增大而减小，在固定剪切速率下取决于稳态粘度固态颗粒团聚程度;在考虑了固相分数、剪切速率和浆料组织状态的基础上提出了一个可描述浆料连续冷却过程和稳态剪切过程的模型，与实验结果符合得较好。 在深入考察不同凝固条件下合金在整个固液两相区内初生微观组织演化过程的基础上，对控制参数进行优化，并发明了一种新的粉末制备技术一半固态双筒旋转分离粉末制备技术。 实验研究发现在整个固液两相区范围内，球晶组织的生长过程可分为两个阶段，第一个阶段以颗粒生长为主，第二阶段以合并生长为主;提高冷却速度可以细化组织，但组织均匀性和圆度降低;提高剪切速率促进球状初生组织生长，但其对半固态初生组织的改变受冷却速度影响，冷却速度越大，影响作用越明显;对控制参数进行优化，在变剪切速率、变冷却速度工艺下获得了优异的半固态加工组织，同时缩短了半固态处理时间，降低了能耗;并获得一种新型半固态金属双筒旋转分离粉末制备方法，可实现颗粒内部无夹杂、无孔洞，呈现单晶生长的金属粉末颗粒制备。