專利名稱：運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)中梯度材料的注漿成型制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)中梯度材料的注漿成型制備方法，屬于材料制備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)材料的性能要求越來越高，特別是在極限環(huán)境下(超高溫、超低溫、超高壓、超音速和極高真空等)工作的零件更要求有特殊的性能。梯度功能材料(FGM)是針對(duì)高溫、熱循環(huán)和大溫度落差的條件下，能反復(fù)地正常工作而開發(fā)的一類新型材料，如此苛刻的使用環(huán)境要求材料具有優(yōu)異的抗熱沖擊和熱疲勞性能。功能梯度材料是航空器、航天飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)入口等一些高溫差部位的理想材料，其主要特征是組分結(jié)構(gòu)和物性參數(shù)連續(xù)變化。功能梯度材料主要制備方法有粉末成型、物理氣相沉積法(PVD)、化學(xué)氣相沉積法 (CVD)、自蔓延反應(yīng)合成、等離子噴涂、電鑄法、電鍍法、激光燒結(jié)和離心鑄造等。粉末冶金法是將金屬、陶瓷等顆粒狀原料和晶須等組成梯度積層結(jié)構(gòu)，經(jīng)壓實(shí)、燒結(jié)而制成功能梯度材料。耐熱陶瓷用于高溫端，金屬材料或塑料用于低溫端。PVD法是使加熱蒸發(fā)的金屬沉積在襯底上進(jìn)行涂層的方法，在金屬、半金屬中送入氧、氮和碳化氫等反應(yīng)氣體后，合成氧化物、氯化物和碳化物等陶瓷，并沉積在襯底上。物理氣相沉積法有真空鍍膜、濺射和離子鍍敷等。真空鍍膜是單純地加熱金屬使其蒸發(fā)沉積；濺射法是通過電子或離子打擊，使濺射出來的金屬沉積在襯底上；離子鍍覆是通過金屬蒸氣離子化，得到粘結(jié)性好而且致密的沉積物?；瘜W(xué)氣相沉積法是將商化物氣體進(jìn)行加熱分解，使金屬或半金屬沉積在襯底表面上，或者將生成的碳化物、氯化物等混合氣體送入反應(yīng)管，使加熱生成的化合物沉積在襯底上。自蔓延熱反應(yīng)法是將構(gòu)成化合物的元素粉末與金屬粉末按梯度組分充填，以冷等靜壓成型， 放入反應(yīng)容器，在一端點(diǎn)火。由于反應(yīng)時(shí)體積發(fā)生變化，因此反應(yīng)容器應(yīng)以一定方式(靜水壓或氣壓)加壓，以保證成品致密。等離子噴涂法用等離子噴涂機(jī)吹出帶有金屬、陶瓷的混合粉末和等離子體噴射在試驗(yàn)用基體材料上。電鑄法是在母型表面上用金屬鹽溶液經(jīng)電沉積處理析出一層金屬或合金.然后剝離得到與母型表面凸凹相反的制品。電鑄金屬或合金的厚度可為50微米至十幾厘米。電鍍法即通常所說的直流電鍍，是通過電解的方法在固體表面獲得金屬(或合金)沉積層的一種電化學(xué)過程。利用該工藝方法制備出功能梯度材料是通過改變各鍍槽間的鍍液組成或鍍液流速和電流密度等來連續(xù)改變鍍層的組成，從而獲得梯度鍍層。這些制備方法各有自己的特點(diǎn)與適用場(chǎng)合，但均存在著重要的局限性。如粉末成型難以實(shí)現(xiàn)材料組分連續(xù)均勻變化；氣相沉積難以得到大厚度材料；自蔓延燃燒致密度較低；等離子噴涂的各涂層間存在成分突變的界面，等等。這些制備方法要求復(fù)雜的工藝或設(shè)備，大多需要在制備過程中持續(xù)地改變?cè)铣煞只蚬に噮?shù)。缺少簡(jiǎn)便的制備方法，是限制功能梯度材料進(jìn)一步發(fā)展的重要原因。因此，如果能將成熟的金屬或陶瓷材料成型手段，用來制備功能梯度材料，無疑具有重要的意義和廣闊的發(fā)展前景。而由于金屬鑄造、陶瓷成型
3等傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)，制備的都是組織與性能基本均勻的產(chǎn)品，復(fù)合材料中的強(qiáng)化相通常也是均勻分布的。因此，這些較傳統(tǒng)和成熟的生產(chǎn)工藝，不能直接用來制備組分結(jié)構(gòu)和物性參數(shù)連續(xù)變化的功能梯度材料。物質(zhì)根據(jù)磁學(xué)性能可分為鐵磁性、亞鐵磁性、順磁性、反鐵磁性和抗磁性等。其中，鐵磁性與亞鐵磁性屬于強(qiáng)磁性，材料在磁場(chǎng)中發(fā)生強(qiáng)烈吸引(亞鐵磁性物質(zhì)需要較強(qiáng)磁場(chǎng))。順磁性、反鐵磁性和抗磁性屬于弱磁性，施加的磁場(chǎng)及其強(qiáng)度對(duì)它們影響很小。i^、Ni、 Co等過渡金屬及其合金，鐵氧體，稀土永磁化合物等皆屬于鐵磁性物質(zhì)，在居里溫度以下具有強(qiáng)磁性。而絕大多數(shù)陶瓷，如A1203、ZrO2, SiC、A1N、Si3N4, B4C, SiO2, TiC等，都是弱磁性物質(zhì)，對(duì)磁場(chǎng)基本上沒有敏感性。目前，許多重要的功能梯度材料，包括已證明具有良好的熱應(yīng)力緩釋效果，正在試驗(yàn)用于火箭燃燒室內(nèi)壁、核反應(yīng)堆以及發(fā)動(dòng)機(jī)入口等高溫差部位的 Zr02/Ni、Zr02/NiCr、Zr02/Co、ZrO2/ 鋼、Al203/Ni、MgO/Ni、SiC/ α 相不銹鋼，以及 FeN 系列的梯度薄膜等，組元的磁性差異均很大。這一特點(diǎn)，為人們利用組元的不同磁性能制備梯度材料提供了重要的基礎(chǔ)。利用金屬和陶瓷組元之間磁性能的差異，本小組于2003年在靜磁場(chǎng)中采用注漿成型的方法成功制備出了梯度材料。該技術(shù)已經(jīng)授權(quán)發(fā)明專利，專利號(hào)CN03115573. 1，專利名稱“靜磁場(chǎng)中功能梯度材料注漿成型制備方法”。隨后，本小組于 2006年將靜磁場(chǎng)改進(jìn)為脈沖磁場(chǎng)，并成功制備出梯度材料。該技術(shù)已經(jīng)授權(quán)發(fā)明專利，專利號(hào)CN200610053247. 5，專利名稱“脈沖磁場(chǎng)中強(qiáng)磁一弱磁梯度材料注漿成型制備方法”。幾年來，我們小組在原來的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上不斷改進(jìn)，并取得突破性進(jìn)展。在注漿成型的基礎(chǔ)上，利用運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)代替靜磁場(chǎng)和脈沖磁場(chǎng)，成功制備出了成分連續(xù)的梯度材料。與靜磁場(chǎng)和脈沖磁場(chǎng)下制備梯度材料相比，利用運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)制備梯度材料，可以用一個(gè)運(yùn)動(dòng)的磁場(chǎng)代替梯度磁場(chǎng)，對(duì)于磁性差異較大的體系來說，不再需要用大的磁場(chǎng)強(qiáng)度來獲得高的磁場(chǎng)梯度，從而能夠在較小的磁場(chǎng)中獲得大的成分梯度，而高的磁場(chǎng)強(qiáng)度則能夠使磁性差異較小的體系形成梯度。同時(shí)此方法具有反復(fù)多次的優(yōu)點(diǎn)。通過調(diào)整磁場(chǎng)強(qiáng)度、運(yùn)動(dòng)速度和磁場(chǎng)作用次數(shù)可以控制磁場(chǎng)對(duì)磁性組元的約束力，進(jìn)一步控制材料中的成分分布。本發(fā)明是將兩種或多種具有不同磁性的物質(zhì)組成的漿料，采用注漿成型法固結(jié)成形，在固化成型過程中與磁場(chǎng)發(fā)生一次或反復(fù)多次的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而獲得沿磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)方向的成分梯度，然后燒結(jié)制備梯度材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)中梯度材料的注漿成型制備方法。運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)中梯度材料的注漿成型制備方法的步驟如下
1)石膏模具準(zhǔn)備
α —石膏和β —石膏與15 25°C的水混合，攪拌3 8分鐘后澆注，由石膏漿凝固、硬化制得的石膏模具經(jīng)干燥后，在溫度25 38°C、相對(duì)濕度20 30%的環(huán)境中保存；
2)漿料制備
將顆粒尺寸為0. 1 100 μ m的兩種或多種具有不同磁性的金屬或化合物中按0. 1 10 :1的重量比成混合粉末，加入占漿料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10% 80%的溶劑、0. 1% 洲的分散劑、 0. 1% 5%的粘接劑、0. 1% 1%的正辛醇消泡劑，在球磨機(jī)中球磨1 10h，超聲波彌散化處理1 15min，得到分散均勻的漿料，漿料的濕度為20% 50%，溫度為30 60°C，粘度為 1 IOOmPa · s，調(diào)節(jié)pH值為5 12 ；
3)運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)中注漿成型
將漿料充入石膏模中，模具外施加1次以上運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)強(qiáng)度為0. 1 10T，運(yùn)動(dòng)速度為0. 1 500mm/s，運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向呈0 180° ；
4)燒結(jié)
固化后去模，并在35 60°C下緩慢烘干，置于鋼模中，在0. 1 Kffa的壓力下壓制，在氮?dú)饣驓鍤獾谋Ｗo(hù)環(huán)境中燒結(jié)成型，燒結(jié)溫度在80(Tl80(rC之間，隨爐冷卻至100 400°C 取出。所述的具有不同磁性的金屬或化合物為Fe、Co、Ni合金、鐵氧體或稀土永磁粉末。 所述的具有不同磁性的金屬或化合物為Al、Cu、Mg或Sb合金。所述的具有不同磁性的金屬或化合物為2102、5比^11513隊(duì)、84(、5102、11(、^)3或41203。所述的運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)是由電磁鐵、永磁體或超導(dǎo)磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)。所述的溶劑為水、二元酯、高沸點(diǎn)汽油或長鏈乙醇。所述的分散劑為聚乙烯醇縮丁醛、聚乙烯吡咯烷酮、水玻璃、燒堿、三聚磷酸鈉中的一種或幾種， 分散劑含量為漿料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的0. 5% 2%。所述的粘接劑為聚乙烯醇縮丁醛、三甲基丙烷三丙烯酸鹽、丙烯酰胺或1，6乙二醇二乙烯酸鹽的一種或幾種，粘接劑為漿料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1 4%。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果
1)通過施加運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)，改變磁場(chǎng)強(qiáng)度、運(yùn)動(dòng)速度和磁場(chǎng)作用次數(shù)，可以在很大成分范圍內(nèi)制備出各種厚度的梯度材料，成分連續(xù)變化且可控；
2)與靜磁場(chǎng)和脈沖磁場(chǎng)下制備梯度材料相比，利用運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)制備梯度材料，可以用一個(gè)運(yùn)動(dòng)的磁場(chǎng)代替梯度磁場(chǎng)，對(duì)于磁性差異較大的體系來說，不再需要用大的磁場(chǎng)強(qiáng)度來獲得高的磁場(chǎng)梯度，從而能夠在較小的磁場(chǎng)中獲得大的成分梯度，而高的磁場(chǎng)強(qiáng)度則能夠使磁性差異較小的體系形成梯度。同時(shí)此方法具有反復(fù)多次的優(yōu)點(diǎn)；
3)利用成熟的傳統(tǒng)注漿成型工藝使制備梯度功能材料的工序簡(jiǎn)化、成本大大降低。


圖1為漿料剛剛注入時(shí)模型示意圖； 圖2為運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)作用后漿料模型示意圖中電磁鐵、永磁體或超導(dǎo)磁體1、產(chǎn)生的磁場(chǎng)2、模具3、較弱磁性粒子4、較強(qiáng)磁性粒子5、磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)方向6。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的梯度材料制備方法是將兩種或多種具有不同磁性的金屬或化合物(如 Fe,Co,Ni 合金、鐵氧體和稀土永磁粉末，Al、Cu、Mg、Sb 合金，Zr02、SiC、AlN、Si3N4、B4C、Si02、 TiC、Y203> Al2O3等)和溶劑混合組成漿料，澆入模具內(nèi)腔，在運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)中成形。漿料中磁性較強(qiáng)組元受運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)的一次或反復(fù)多次作用，沿磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)方向移動(dòng)，從而形成成分梯度。獲得的坯料經(jīng)固化、燒結(jié)后制成梯度材料。運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)中梯度材料的注漿成型制備方法的步驟如下1)石膏模具準(zhǔn)備
α —石膏和β —石膏與15 25°C的水混合，攪拌3 8分鐘后澆注，由石膏漿凝固、硬化制得的石膏模具經(jīng)干燥后，在溫度25 38°C、相對(duì)濕度20 30%的環(huán)境中保存。石膏是由天然石膏巖經(jīng)煅燒加工而成，石膏巖的純度越高，石膏的質(zhì)量也越好。石膏按照加工過程的不同，可分為α —石膏與β —石膏。α —石膏強(qiáng)度高，吸水性差，而β—石膏吸水性好，強(qiáng)度差。石膏的細(xì)度對(duì)強(qiáng)度和吸水性也有影響，隨著細(xì)度的增加，所得模具的強(qiáng)度會(huì)增高，但吸水性會(huì)減少。我們既要求所用石膏模具具有較強(qiáng)的吸水性，又要求其具有一定的強(qiáng)度，因此采用混合型石膏配制。模具制造中所用水的溫度既能影響石膏漿的凝結(jié)時(shí)間，又能影響石膏漿的膨脹。隨著水溫的升高，石膏漿的凝結(jié)時(shí)間將加快，而膨脹則減少。水中的礦物質(zhì)還會(huì)沉積在模具中，影響模具的性能。因此，生產(chǎn)中應(yīng)采用純凈的自來水，水溫為 15 25°C。石膏與水的比例影響著模具的氣孔率、強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)。隨著膏水比的提高，模具的強(qiáng)度和密度都增加，而吸水率則降低，控制膏水比為1. 3^1. 5。石膏在水中浸泡廣2分鐘，以確保石膏與水的充分接觸。在水中的浸泡時(shí)間太長會(huì)使石膏漿過早硬化，模具產(chǎn)生砂粒狀的表面；浸泡時(shí)間太短，則模具表面產(chǎn)生針孔和其他缺陷?？刂剖嗟臄嚢钑r(shí)間約4分鐘。 澆注后由石膏漿凝固、硬化制得的石膏模具需經(jīng)干燥，排出未參與水化反應(yīng)的剩余水。用于注漿的石膏模具應(yīng)干燥充分，但也不能干燥過分(濕度3 20%)。使用干燥不佳的模具將妨礙坯料快速吃漿，而過于干燥的模具又會(huì)使坯料吃漿太快，引起注件起鱗。模具的干燥溫度在50 70°C。當(dāng)干燥器內(nèi)的溫度尚在38°C以上時(shí)，不宜拿出模具，否則易開裂。石膏模具存放于無塵無污物的平面，溫度25 38°C，相對(duì)濕度20 30%。2)漿料制備
將顆粒尺寸為0. 1 100 μ m的兩種或多種具有不同磁性的金屬或化合物中按0. 1 10 1的重量比成混合粉末，加入占漿料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10% 80%的溶劑、0. 1% 1的分散劑、0. 1% 5%的粘接劑、0. 1% 1%的正辛醇消泡劑，在球磨機(jī)中球磨1 10h，超聲波彌散化處理1 15min，得到分散均勻的漿料，漿料的濕度為20% 50%，溫度為30 60°C，粘度為1 IOOmPa *s，調(diào)節(jié)pH值為5 12。分散劑有聚乙烯醇縮丁醛、聚乙烯吡咯烷酮、水玻璃、燒堿和三聚磷酸鈉，標(biāo)準(zhǔn)含量為漿料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的0. 1% 1. 8%。分散劑或在顆粒表面吸附可使表面帶電，通過靜電排斥避免顆粒團(tuán)聚，靜電排斥力可以通過調(diào)節(jié)懸浮液的PH值 5 12之間加以控制，或吸附在顆粒表面，通過空間位阻作用避免顆粒團(tuán)聚。在保障良好流動(dòng)性情況下，應(yīng)盡量降低漿料的濕度。漿料的濕度越小，吃漿速度越快，鑄件的空氣收縮率越低，模具的使用期限越長。3)運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)中注漿成型
將漿料充入石膏模中，模具外施加1次以上運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)強(qiáng)度為0. 1 10T，運(yùn)動(dòng)速度為0. 1 500mm/s，運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向呈0 180°。運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)由電磁鐵、永磁體或超導(dǎo)磁體產(chǎn)生。在運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)中，較強(qiáng)磁性顆粒受到磁力的作用大于較弱磁性顆粒，就會(huì)沿磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)方向遷移，形成成分梯度。降低磁場(chǎng)強(qiáng)度，磁場(chǎng)對(duì)較強(qiáng)磁性組元的約束力降低，成分梯度減?。惶岣叽艌?chǎng)強(qiáng)度，磁場(chǎng)對(duì)較強(qiáng)磁性組元的約束力提高，成分梯度則增大。磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)速度太大時(shí)，磁場(chǎng)對(duì)較強(qiáng)磁性組元的作用時(shí)間降低，成分梯度減??；隨著運(yùn)動(dòng)速度的降低，磁場(chǎng)對(duì)較強(qiáng)磁性組元的作用時(shí)間提高，成分梯度增大。調(diào)整磁場(chǎng)強(qiáng)度為0. 1 10T，運(yùn)動(dòng)速度在 0. 1 500mm/s的合適范圍，獲得所需成分梯度的樣品。
增大漿料在模具中的壓力，可加快吃漿速度。必要時(shí)振動(dòng)模具，可以降低粘度，排除空氣，提高坯料強(qiáng)度。這些均是避免半成品缺陷形成的輔助措施。4)燒結(jié)
固化后去模，并在35 60°C下緩慢烘干，置于鋼模中，在0. 1 IGPa的壓力下壓制，在氮?dú)饣驓鍤獾谋Ｗo(hù)環(huán)境中燒結(jié)成型，燒結(jié)溫度在80(Tl80(rC之間，隨爐冷卻至100 400°C 取出。根據(jù)顆粒成分的不同，生坯可以在普通燒結(jié)爐中燒結(jié)，或者為防止氧化在保護(hù)環(huán)境中燒結(jié)。升溫速率為100 400°C /h使?fàn)t溫達(dá)到500 1200°C，再加熱至1000 1600°C保溫1 3h，最后隨爐冷卻至100 400°C取出。所述的具有不同磁性的金屬或化合物為Fe、Co、Ni合金、鐵氧體或稀土永磁粉末。 所述的具有不同磁性的金屬或化合物為Al、Cu、Mg或Sb合金。所述的具有不同磁性的金屬或化合物為2102、5比^11513隊(duì)、84(、5102、11(、^)3或41203。所述的運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)是由電磁鐵、永磁體或超導(dǎo)磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)。所述的溶劑為水、二元酯、高沸點(diǎn)汽油或長鏈乙醇。所述的分散劑為聚乙烯醇縮丁醛、聚乙烯吡咯烷酮、水玻璃、燒堿、三聚磷酸鈉中的一種或幾種， 分散劑含量為漿料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的0. 5% 2%。所述的粘接劑為聚乙烯醇縮丁醛、三甲基丙烷三丙烯酸鹽、丙烯酰胺或1，6乙二醇二乙烯酸鹽的一種或幾種，粘接劑為漿料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1 4%。通過本發(fā)明可以制備成分在很大范圍內(nèi)變化的各種厚度的梯度材料，且成分連續(xù)變化，成品內(nèi)部缺陷少，結(jié)構(gòu)緊密。實(shí)施例1
1)將石膏漿凝固、硬化制得的石膏模具經(jīng)干燥后，模具內(nèi)部型腔是30mmX10mmX5mm 的長方體；
2)平均顆粒尺寸為3μ m的鎳粉末和平均顆粒尺寸為0. 9 μ m的Al2O3粉末按比例1 : 10組成混合粉末，與水混合，并加入含量為0. 2%的燒堿，在球磨機(jī)中攪拌證，加入含量為 0. 5%聚乙烯醇縮丁醛粘接劑，繼續(xù)球磨5h，制成均勻彌散的漿液，并采用超聲波進(jìn)行彌散化處理。得到澆注漿料的濕度為45%，溫度為30°C，粘度為SOmPa · s,漿料的pH值8. 5 ；
3)注漿時(shí)模具溫度為25°C，用3%的蘇打溶液擦拭模具。將漿料充入石膏模中，模具外施加運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)。運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)由一對(duì)NdFeB永磁體構(gòu)成的磁路產(chǎn)生，磁場(chǎng)強(qiáng)度為0. IT,磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)速度為0. 5mm/s，運(yùn)動(dòng)方向垂直磁場(chǎng)方向，作用次數(shù)為10次；
4)固化后的坯體在50°C下緩慢烘干。將生坯置于鋼模中，在0.IGPa的壓力下壓制。 在氬氣的保護(hù)下燒結(jié)生坯。以200°C /h的升溫速率加熱使?fàn)t溫達(dá)到500°C保溫池，然后以 2000C /h加熱至1280°C，保溫Ih。隨爐冷卻至200°C取出。對(duì)實(shí)例1所制備的樣品進(jìn)行電子探針線分析，發(fā)現(xiàn)其成分連續(xù)變化，Ni由一側(cè)的 95%減少到另一側(cè)的0%。樣品內(nèi)部無宏觀界面存在。對(duì)試樣進(jìn)行循環(huán)熱震試驗(yàn)，在800°C溫差、急冷條件下未發(fā)生熱沖擊開裂。在600°C溫差、緩冷條件下經(jīng)過80次循環(huán)未出現(xiàn)裂紋。實(shí)施例2
1)將石膏漿凝固、硬化制得的石膏模具經(jīng)干燥后，模具內(nèi)部型腔是30mmX10mmX5mm 的長方體；
2)選取平均顆粒尺寸為50μ m的鋁粉和平均顆粒尺寸為2. 2 μ m的Al2O3粉按比例1 1組成混合粉末，其與乙醇混合，并加入含量為1的聚乙烯醇縮丁醛分散劑，在球磨機(jī)中攪拌他，加入三甲基丙烷三丙烯酸鹽粘接劑，繼續(xù)球磨他，制成均勻彌散的漿液。調(diào)節(jié)懸浮液的PH值5，并采用超聲波進(jìn)行彌散化處理。得到澆注漿料的濕度為35%，溫度為35°C，粘度為 38mPa · s ；
3)注漿時(shí)模溫度為25°C，模具工作面，用3%的蘇打溶液擦拭模具。將漿料充入石膏模中，模具外施加運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)。運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)由超導(dǎo)磁體產(chǎn)生，磁場(chǎng)強(qiáng)度為10T，磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)速度為 500mm/s，運(yùn)動(dòng)方向垂直磁場(chǎng)方向，作用次數(shù)為5次；
4)固化后的坯體在40°C下緩慢烘干。將生坯置于鋼模中，在IGPa的壓力下壓制。生坯的燒結(jié)是在氬氣的保護(hù)下進(jìn)行的，升溫速率為200°C /h使?fàn)t溫達(dá)到500°C，恒溫1.證，然后以200°C /h使?fàn)t溫達(dá)到1250°C，恒溫2h。而后隨爐冷卻至200°C取出。對(duì)實(shí)例2所制備的樣品進(jìn)行電子探針線分析，發(fā)現(xiàn)其成分連續(xù)變化，Al由一側(cè)的 95%到另一側(cè)為0%，無宏觀界面存在。對(duì)所得的試樣進(jìn)行循環(huán)熱震試驗(yàn)，在800°C溫差、急冷條件下未發(fā)生熱沖擊開裂，在60(TC溫差、緩冷條件下經(jīng)過200次循環(huán)未出現(xiàn)裂紋。實(shí)施例3
1)將石膏漿凝固、硬化制得的石膏模具經(jīng)干燥后，模具內(nèi)部型腔是30mmX10mmX5mm 的長方體；
2)平均顆粒尺寸為10μ m的SmCo5粉末和平均顆粒尺寸為0. 9 μ m的TiC粉末按比例 1 1組成混合粉末，與高沸點(diǎn)汽油混合，并加入含量為0. 4%的聚乙烯吡咯烷酮分散劑，在球磨機(jī)中攪拌他，加入2、丙烯酰胺粘接劑，繼續(xù)球磨他，制成均勻彌散的漿液。調(diào)節(jié)懸浮液的PH值8，并采用超聲波進(jìn)行彌散化處理。得到澆注漿料的濕度為45%，溫度為35°C，粘度為 65mPa · s ；
3)注漿時(shí)模溫為30°C，用3%的蘇打溶液擦拭模具。將漿料充入石膏模中，模具外施加運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)。運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)由電磁鐵產(chǎn)生，磁場(chǎng)強(qiáng)度為2T，磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)速度為50mm/s，運(yùn)動(dòng)方向垂直磁場(chǎng)方向，作用次數(shù)為5次；
4)固化后的坯體在35°C下緩慢烘干。將生坯置于鋼模中，在0.的壓力下壓制。生坯的燒結(jié)是在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行的，升溫速率為200°C /h使?fàn)t溫達(dá)到500°C，恒溫池，然后以 2000C /h使?fàn)t溫達(dá)到1300°C，恒溫2h。而后隨爐冷卻至200°C取出。對(duì)實(shí)例3所制備的樣品進(jìn)行電子探針線分析，發(fā)現(xiàn)其成分連續(xù)變化，SmCo5由一側(cè)的90%到另一側(cè)為0%，無宏觀界面存在。對(duì)所得的試樣進(jìn)行循環(huán)熱震試驗(yàn)，在800°C溫差、 急冷條件下未發(fā)生熱沖擊開裂，在600°C溫差、緩冷條件下經(jīng)過100次循環(huán)未出現(xiàn)裂紋。實(shí)施例4
1)將石膏漿凝固、硬化制得的石膏模具經(jīng)干燥后，模具內(nèi)部型腔是30mmX10mmX5mm 的長方體；
2)平均顆粒尺寸為4.2 μ m的不銹鐵粉和平均顆粒尺寸為1. 8 μ m的SiC粉末按比例 5 1組成混合粉末，與二元酯混合，并加入含量為0. 8%的水玻璃分散劑，在球磨機(jī)中攪拌他，加入1，6乙二醇二乙烯酸鹽粘接劑，繼續(xù)球磨10h，制成均勻彌散的漿液。調(diào)節(jié)懸浮液的 PH值7，并采用超聲波進(jìn)行彌散化處理。得到澆注漿料的濕度為35%，溫度為38°C，粘度為 45mPa · s ；
3)注漿時(shí)模具溫度為25°C，用3%的蘇打溶液擦拭模具。將漿料充入石膏模中，模具外施加運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)。運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)由一對(duì)NdFeB永磁體構(gòu)成的磁路產(chǎn)生，磁場(chǎng)強(qiáng)度為0. 5T，磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)速度為5mm/s，運(yùn)動(dòng)方向垂直磁場(chǎng)方向，作用次數(shù)為20次；
4)固化后的坯體在35°C下緩慢烘干。將生坯置于鋼模中，在0. 的壓力下壓制。生坯的燒結(jié)是在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行的，升溫速率為200°C /h使?fàn)t溫達(dá)到500°C，恒溫池，然后以 2000C /h使?fàn)t溫達(dá)到1300°C，恒溫2h。而后隨爐冷卻至300°C取出。對(duì)實(shí)例4所制備的樣品進(jìn)行電子探針線分析，發(fā)現(xiàn)其成分連續(xù)變化，F(xiàn)e由一側(cè)的擬％到另一側(cè)為0%，無宏觀界面存在。對(duì)所得的試樣進(jìn)行循環(huán)熱震試驗(yàn)，在800°C溫差、急冷條件下未發(fā)生熱沖擊開裂，在60(TC溫差、緩冷條件下經(jīng)過150次循環(huán)未出現(xiàn)裂紋。實(shí)施例5
1)將石膏漿凝固、硬化制得的石膏模具經(jīng)干燥后，模具內(nèi)部型腔是30mmX10mmX5mm 的長方體；
2)平均顆粒尺寸為4μ m的鈷粉和平均顆粒尺寸為2. 4 μ m的Si3N4粉末按比例1 :5組成混合粉末，與長鏈乙醇混合，并加入含量為0. 6%的三聚磷酸鈉分散劑，在球磨機(jī)中攪拌 6h，加入丙烯酰胺粘接劑，繼續(xù)球磨6h，制成均勻彌散的漿液。調(diào)節(jié)懸浮液的pH值9. 6，并采用超聲波進(jìn)行彌散化處理。得到澆注漿料的濕度為35%，溫度為35°C，粘度為SOmPa · s ；
3)注漿時(shí)模溫為30°C，用3%的蘇打溶液擦拭模具。將漿料充入石膏模中，模具外施加運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)。運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)由電磁鐵產(chǎn)生，磁場(chǎng)強(qiáng)度為0. 8T，磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)速度為20mm/s，運(yùn)動(dòng)方向平行磁場(chǎng)方向，作用次數(shù)為20次；
4)固化后的坯體在35°C下緩慢烘干。將生坯置于鋼模中，在0.Kffa的壓力下壓制。生坯的燒結(jié)是在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行的，升溫速率為200°C /h使?fàn)t溫達(dá)到500°C，恒溫池，然后以 2000C /h使?fàn)t溫達(dá)到1300°C，恒溫2h。而后隨爐冷卻至100°C取出。對(duì)實(shí)例5所制備的樣品進(jìn)行電子探針線分析，發(fā)現(xiàn)其成分連續(xù)變化，Co由一側(cè)的 86%到另一側(cè)為0%，無宏觀界面存在。對(duì)所得的試樣進(jìn)行循環(huán)熱震試驗(yàn)，在800°C溫差、急冷條件下未發(fā)生熱沖擊開裂，在60(TC溫差、緩冷條件下經(jīng)過200次循環(huán)未出現(xiàn)裂紋。
權(quán)利要求
1.一種運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)中梯度材料的注漿成型制備方法，其特征在于它的步驟如下1)石膏模具準(zhǔn)備α —石膏和β —石膏與15 25°C的水混合，攪拌3 8分鐘后澆注，由石膏漿凝固、硬化制得的石膏模具經(jīng)干燥后，在溫度25 38°C、相對(duì)濕度20 30%的環(huán)境中保存；2)漿料制備將顆粒尺寸為0. 1 100 μ m的兩種或多種具有不同磁性的金屬或化合物中按0. 1 10 1的重量比成混合粉末，加入占漿料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10% 80%的溶劑、0. 1% 1的分散劑、0. 1% 5%的粘接劑、0. 1% 1%的消泡劑，在球磨機(jī)中球磨1 10h，超聲波彌散化處理 1 15min，得到分散均勻的漿料，漿料的濕度為20% 50%，溫度為30 60°C，粘度為1 IOOmPa · s，調(diào)節(jié)pH值為5 12 ；3)運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)中注漿成型將漿料充入石膏模中，模具外施加1次以上運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)強(qiáng)度為0. 1 10T，運(yùn)動(dòng)速度為0. 1 500mm/s，運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向呈0 180° ；4)燒結(jié)固化后去模，并在35 60°C下緩慢烘干，置于鋼模中，在0. 1 IGPa的壓力下壓制，在氮?dú)饣驓鍤獾谋Ｗo(hù)環(huán)境中燒結(jié)成型，燒結(jié)溫度在80(Tl80(rC之間，隨爐冷卻至100 400°C 取出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)中梯度材料的凝膠注模制備方法，其特征在于所述的具有不同磁性的金屬或化合物為i^、c0、m合金、鐵氧體或稀土永磁粉末。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)中梯度材料的凝膠注模制備方法，其特征在于所述的具有不同磁性的金屬或化合物為Al、Cu、Mg或Sb合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)中梯度材料的凝膠注模制備方法，其特征在于所述的具有不同磁性的金屬或化合物為&02、3比4115込隊(duì)、84(、5102、11(、^)3或六1203。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)中梯度材料的注漿成型制備方法，其特征在于所述的運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)是由電磁鐵、永磁體或超導(dǎo)磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)中梯度材料的注漿成型制備方法，其特征在于所述的溶劑為水、二元酯、高沸點(diǎn)汽油或長鏈乙醇。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)中梯度材料的注漿成型制備方法，其特征在于所述的分散劑為聚乙烯醇縮丁醛、聚乙烯吡咯烷酮、水玻璃、燒堿、三聚磷酸鈉中的一種或幾種，分散劑含量為漿料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的0. 5% 1。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)中梯度材料的注漿成型制備方法，其特征在于所述的粘接劑為聚乙烯醇縮丁醛、三甲基丙烷三丙烯酸鹽、丙烯酰胺或1，6乙二醇二乙烯酸鹽的一種或幾種，粘接劑為漿料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1 4%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)中梯度材料的注漿成型的制備方法。其步驟為1)準(zhǔn)備半水石膏模具；2)將具有不同磁性的粉末按一定比例與水或非水溶劑混合，并在球磨機(jī)中攪拌成均勻彌散的漿液，澆注；3)施加磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.1～10T的運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)，作用一次或反復(fù)多次；4)烘干，燒結(jié)成型。本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)是通過改變磁場(chǎng)強(qiáng)度、運(yùn)動(dòng)速度和磁場(chǎng)作用次數(shù)，可以獲得不同成分分布的梯度材料。利用成熟的陶瓷注漿成型方法使制備梯度功能材料的手續(xù)極大簡(jiǎn)化、成本大大降低。
文檔編號(hào)B22F3/22GK102225466SQ20111015219
公開日2011年10月26日 申請(qǐng)日期2011年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月8日
發(fā)明者嚴(yán)密, 張煜, 彭曉領(lǐng), 武敏 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)