[发明专利]功能梯度材料形状及该形状的制造方法

权利要求书

1.一种功能梯度材料形状(1)，其中第一材料(M1)为一种金属或金属合金，第二种材料(M2)为一种陶瓷材料、金属或金属合金，所述第一材料(M1)通过烧结与所述第二材料(M2)熔合，所述第一材料(M1)具有第一热膨胀系数(α1)，所述第二材料(M2)具有与所述第一热膨胀系数不同的第二热膨胀系数(α2)，其特征在于，所述形状进一步包括第三材料(M3)，所述第三材料(M3)适于形成混杂于所述第一材料和第二材料间的中间复合材料相，所述第三材料(M3)是一种金属或陶瓷添加剂，其具有的热膨胀系数(α3)介于所述第一材料(M1)的第一热膨胀系数(α1)与所述第二材料的第二热膨胀系数(α2)之间。

2.根据权利要求1所述的功能梯度材料形状(1)，其特征在于，所述第一、第二和第三材料(M1，M2，M3)在大致相同的烧结温度下烧结，或者所述第一、第二和第三材料(M1，M2，M3)在大致相同的烧结单元装置中烧结。

3.根据权利要求2所述的功能梯度材料形状(1)，其特征在于，所述材料(M1，M2，M3)中至少一种材料的晶粒尺寸小于标准粉体的微米级，以至于影响到材料的烧结温度。

4.根据权利要求3所述的功能梯度材料形状(1)，其特征在于，在所述材料(M1，M2，M3)中至少一种材料采用纳米级粉体。

5.根据上述任一权利要求所述的功能梯度材料形状(1)，其特征在于，所述第一材料(M1)为不锈钢、镍、镍合金或铜合金，所述第二材料(M2)是一种陶瓷材料。

6.根据上述任一权利要求所述的功能梯度材料形状(1)，其特征在于，所述第一材料(M1)为不锈钢SUS316/316L、SUS304/304L、SUS310/310S、SUS405、SUS420、双相不锈钢2205、镍、镍合金或铜合金，所述第二材料(M2)为氧化铝。

7.根据上述任一权利要求所述的功能梯度材料形状(1)，其特征在于，所述第三材料(M3)是一种金属或陶瓷添加剂，选自以下材料：钇稳定化的氧化锆、ZrO₂(3Y)、铬、铂或钛。

8.根据权利要求1-7中所述的功能梯度材料形状(1)的制造方法，所述制造方法为等离子放电烧结法(SPS)。

9.一种FGM形状(1)的制造方法，该FGM形状(1)的一个表面(1a)包含最多达100％的第一材料(M1)，其第二表面(1b)包含最多达100％的第二材料(M2)，所述第一材料(M1)为一种金属或金属合金，所述第二材料(M2)为一种陶瓷材料、金属或金属合金；所述方法包含以下步骤：(i)选择具有第一热膨胀系数(α1)和第二热膨胀系数(α2)的第一材料(M1)和第二材料(M2)，其中所述第一热膨胀系数(α1)和第二热膨胀系数(α2)彼此不同，(ii)加入定量的第三材料(M3)，所述第三材料(M3)为一种金属或陶瓷添加剂，或为一种陶瓷增韧添加剂，具有中间热膨胀系数(α3)，从而使所述第三材料(M3)混杂于所述第一材料与第二材料(M1，M2)中，并形成包含权利要求1-8所述的本发明的功能梯度材料的中间区域，(iii)在所述第一表面(1a)与第二表面(1b)之间加入至少一层形成中间梯度复合区域(1c)，和(iv)采用等离子放电烧结法(SPS)烧结整个形状(1)。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述中间梯度复合区域(1c)具有多个夹层，主要由所述第一、第二和第三材料(M1，M2，M3)的不同混合物组成。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，将所述第一、第二和第三材料(M1，M2，M3)连续加入到模具中，在其中烧结所述材料，从而在整个FGM形状中形成至少一个组成呈平滑或阶段性地渐变的夹层，所述FGM形状由所述第一、第二和第三材料(M1，M2，M3)的不同混合物组成。