[发明专利]运动磁场中功能梯度材料的压滤成型制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在磁场中运动梯度材料的压滤成型制备方法，属于材料制备领域。

背景技术

粉末原料制备的陶瓷制品通常包括粉末制备、粉料处理、粉末成型、烧结致密化几个步骤。每一步均有可能引入缺陷。烧结以前各步骤中引入的缺陷有些将在下一步工艺过程中被消除，而有一些将保持至最后或者随着工艺过程的推进转变为新的缺陷。最终引起材料破坏的缺陷大多起源于坯体中，亦即形成于成型过程。这些缺陷起源包括：软团聚、硬团聚、有机夹杂，无机夹杂和大晶粒。这些主要缺陷种类，大多可以通过压滤成型来消除或减少。

压滤工艺是近年来迅速发展并引起广泛关注的一种陶瓷部件成型工艺，其主要原理是在外加压力作用下，使在一定条件下在液态介质中分散有固相陶瓷颗粒的浆料通过输浆管道进入模型腔内，并通过多孔滤层滤出部分液态介质，从而使陶瓷颗粒紧密排列固化成为具有一定形状的陶瓷坯体。

压滤成型是提高陶瓷材料工程可靠性的有效工艺。尤其对于制备较大尺寸截面和复杂形状的陶瓷制品，压滤成型更显示出其优越性。由于压滤成型采用极少量的有机添加剂，成型密度高，且没有排除有机物的困难，因此适宜于成型大截面制品，也可以消除有机物夹杂所造成的缺陷。压滤成型采用液相介质制备浆料直接成型，可以采用沉淀分离等方法去除粉料中的团聚体、大颗粒及夹杂体。而不经过干燥过程直接成型又避免了新的团聚体的形成，从而可以提高成型坯体的显微均匀性。在制备陶瓷基复合材料时，压滤成型还可以避免破坏纤维状复合相，并且能有效地将其均匀分布于基体中。

功能梯度材料(FGM)是针对高温、热循环和大温度落差的条件下，能反复地正常工作而开发的一类新型材料，苛刻的使用环境要求材料具有优异的抗热冲击和热疲劳性能。传统的陶瓷、金属直接接合体因界面热应力可能剥离而失效，组成热应力缓和型梯度材料为解决此问题开辟了途径。功能梯度材料是航空器、航天飞机的发动机入口等一些高温差部位的理想材料，其主要特征是组分结构和物性参数连续变化。

功能梯度材料主要制备方法有粉末成型、物理气相沉积法PVD、化学气相沉积法CVD、自蔓延反应合成、等离子喷涂、激光烧结和离心铸造等。粉末冶金法是将金属、陶瓷等颗粒状原料和晶须等组成梯度积层结构，经压实、烧结而制成功能梯度材料。耐热陶瓷用于高温端，金属材料或塑料用于低温端。为了强化金属组成相或提高陶瓷相韧性，可以掺入晶须。PVD法是使加热蒸发的金属沉积在衬底上进行涂层的方法，在金属、半金属中送入氧、氮和碳化氢等反应气体后，合成氧化物、氯化物和碳化物等陶瓷，并沉积在衬底上。物理气相沉积法有真空镀膜、溅射和离子镀敷等。真空镀膜是单纯地加热金属使其蒸发沉积；溅射法是通过电子或离子打击，使溅射出来的金属沉积在衬底上；离子镀覆是通过金属蒸气离子化，得到粘结性好而且致密的沉积物。化学气相沉积法是将卤化物气体进行加热分解，使金属或半金属沉积在衬底表面上，或者将生成的碳化物、氯化物等混合气体送入反应管，使加热生成的化合物沉积在衬底上。自蔓延热反应法是将构成化合物的元素粉末与金属粉末按梯度组分充填，以冷等静压成型，放入反应容器，在一端点火。由于反应时体积发生变化，因此反应容器应以一定方式(静水压或气压)加压，以保证成品致密。等离子喷涂法用等离子喷涂机吹出带有金属、陶瓷的混合粉末和等离子体喷射在试验用基体材料上。

上述制备方法或要求复杂的工艺或设备，或需要在制备过程中持续地改变原料成分或工艺参数。缺少简便的制备方法，是限制功能梯度材料进一步发展的重要原因。因此，如果能将成熟的金属或陶瓷材料成型手段，用来制备功能梯度材料，无疑具有重要的意义。而由于金属铸造、陶瓷成型等传统生产技术，制备的都是组织与性能基本均匀的产品，复合材料中的强化相通常也是均匀分布的。因此，这些较传统和成熟的生产工艺，不能直接用来制备组分结构和物性参数连续变化的功能梯度材料。