[发明专利]空心梯度管件的热压烧结方法

说明书

本发明公开了一种空心梯度管件的热压烧结方法。通过喷涂工艺形成空心梯度管件，为了保持中空管件的形状和成分分布，先使用含有低熔点玻璃体的料浆喷涂在最内层的梯度管件上，形成内包套；再用高熔点的陶瓷粉末填充模具的空心位置；在热压烧结中，采用特制的压头，依靠高熔点粉末的流动性传递压力对梯度管件实现热压烧结，同时在烧结过程中保持管件的形状和梯度分布。本发明在基于离心喷涂的工艺方法上，采用内包套及及高熔点粉末的填充，实现梯度复合材料坯体的致密化及形状的维持，不仅工艺简单，而且极大的提高梯度薄壁管件的制备效率。

技术领域

本发明涉及梯度复合材料领域，更具体地，涉及空心梯度管件的热压烧结方法。

背景技术

功能梯度材料(Functional Graded Material，FGM)是将两种或两种以上物理和化学性质不同的固体材料，通过采用先进的合成技术来改变材料内部的微观要素(包括组成、结构和空隙在内的形态与结合方式等)在某特定方向呈连续的梯度变化，从而使材料的宏观性能也在同一方向呈连续梯度变化的一种非均质复合材料。FGM是集各种单一组相(金属、陶瓷、高分子等)的最佳优点，其两相变化是均匀过渡的，与传统复合材料和层状复合材料有本质区别。FGM的最大优点能够根据构件的工况条件和性能要求，对组分和结构进行设计和优化，所以其在各种对材料有特殊要求的领域有着广阔的应用前景。

对于特殊形状的梯度材料，目前报道的只有采用离心喷涂的方法和离心烧结的方法，但是离心烧结的压力分布不均及压力太小而很难实现材料的致密化。采用热压烧结是目前最常用的加压烧结方式，可是单一的轴向加压方式对这种中空的管件是无法实现加压和致密化的。基于离心烧结/离心喷涂和热压烧结都不能实现很大程度的致密化，所以本发明在加工方式上加以改进，保留传统热压烧结和离心喷涂的基础，通过高熔点粉末的流动性使更多来自特制压头的压力传递给由内包套保护的坯体，可以有效提高坯体的致密性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了空心梯度管件的热压烧结方法，可以有效提高坯体的致密性。

本发明所采用的方案是：

一种空心梯度管件的热压烧结方法，包括以下步骤：

1)采用离心喷涂的方法，依次将梯度材料各层料浆均匀喷涂于模具的内壁，形成管件坯体；

2)配制内包套料浆，采用离心喷涂的方法将内包套料浆喷涂于管件坯体的内壁，形成内包套层；

3)将高熔点粉末密实填充于管件坯体的中空区域，并采用压头密封管件坯体的两端，使管件坯体的中空区域完全充填高熔点粉末；

4)将模具放入热压炉中，烧结坯体；

5)将坯体从模具中取出，掏出高熔点粉末，打碎内包套，即得到所述空心梯度管件。

优选地，所述梯度材料各层料浆包括粉体原料、溶剂、分散剂、粘结剂，所述溶剂为水、无水乙醇中的一种，所述分散剂为聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯吡咯烷酮、水玻璃、三聚磷酸钠中的一种或多种；所述粘结剂包括聚乙烯醇。

优选地，所述梯度材料各层料浆粘度小于10Pa·s。

优选地，所述内包套料浆由低熔点的玻璃体粉与水混合而成，所选低熔点玻璃粉作为内包套对梯度材料的烧结过程产生影响较小且起到了阻隔梯度材料与粉末接触的作用。

优选地，步骤2)所得的内包套层须完全润湿坯体的最内层并形成一层连续的薄层。

优选地，步骤3)采用离心力使填充于管件坯体的中空区域的高熔点粉末密实，所述管件中心位置添加的高熔点粉末具有流动性，能将压力均匀的传递给坯体，使制得的管件材料结构均匀致密。

优选地，步骤3)所述压头前端设置有用于向高熔点粉末提供压力的压头凸起。