[发明专利]一种采用空气动力原理的梯度材料制备装置及其制备方法

说明书

本发明提供了一种采用空气动力原理的梯度材料制备装置及其制备方法，涉及粉体材料混匀加工技术领域。该装置包括：腔体，其底部设为敞口，并架设于用于铺粉的基底上；装粉机构，设置于所述腔体内上部；给风部，设置于所述腔体内，并设置于所述装粉机构的下方，所述给风部在所述腔体内的给风方向竖直向上。本发明还包括轴向梯度材料的制备方法和径向梯度材料的制备方法。本发明采用圆形落粉区域的方式实现梯度材料的制备，以及不同尺寸、不同数量及不同种类的粉体材料制备，故选取相应的模具结构可实现轴向方向与径向方向的梯度材料制备，实现精确控级、精准分层。

技术领域

本发明属于粉体材料混匀加工技术领域，特别涉及一种采用空气动力原理的梯度材料制备装置及其制备方法。

背景技术

梯度材料是将两种或多种材料复合，通过连续地改变这两种(或多种)材料的组成和结构，使其界面消失导致材料的性能随着材料的组成和结构的变化而缓慢变化，最终实现成分和结构呈连续梯度变化的一种新型梯度材料。现有梯度材料的制备常采用喷涂法、气相沉积法、粉末烧结法、叠层流延法、离心铸造法及3D打印法等。传统的球磨混合后进行粉末烧结存在的最大弊端是所制备的梯度材料其界面分层不明显，多层布粉压制的梯度材料具有一定的层厚，难以使成分连续分布；对于采用粉末压实烧结所得梯度材料来说，出于不同的性能需要，需要两种或更多种类材料堆叠形成梯度性能差异或互补，这种状态下，层数越多，目标功能实现能力越大，但层数越多，堆叠施工愈发困难。另外还有连续逐步过渡型梯度材料，此类材料的层数越多则性能过渡越连续，这两种梯度类型都需要更多的层数和更薄的层厚；较厚的层厚会因制程中收缩/膨胀等因素，使得材料本身界面结合处在烧结后容易出现较大的应力集中，从而力学与生物学性能降低；轴向梯度材料在制备过程中存在较难实现精确微米级分级；而径向梯度材料则容易出现分区不明显、分区不均匀的问题。

对于粉末烧结法而言，铺粉技术是一项很重要的技术手段。铺粉技术通过使两种或多种材料粉末混合成为一种粉末混合物，通过对该材料进行预压、烧结等成型加工方式可让材料获得更佳的综合性能。现有制备方法主要分为分格布粉式、移动落粉式、辊子式、刮板式、流延法等。但这几种模式都有其缺陷，对于制备不同种类，不同厚度的多种梯度材料很难操作或精度很差，比如：移动落粉式铺粉对于流动性较差的粉末缺乏良好的落粉效果；辊子式铺粉容易在粉末层表面留下波纹，且容易使强度不高的材料产生裂纹甚至断裂；刮粉式铺粉柔性较差，且容易导致铺粉面的区域位置落粉不均匀，对于软性材料则容易使其结构损坏。

为此，对于制备梯度材料而言，最核心的技术点就是薄层和高效率，提供一种采用空气动力原理的梯度材料制备装置及其梯度材料的制备方法，使得所烧结材料厚度均匀可控、对材料损伤较小，界面过渡连续，降低工艺难度具有重要的经济价值。

发明内容

为解决现有采用粉末冶金法制备梯度材料所用方法的部分缺陷，本发明提供了一种采用空气动力原理的梯度材料制备装置及其梯度材料的制备方法，该装置通过空气动力打散粉末并让其在密封空间里自由下落，可实现径向梯度材料与轴向梯度材料的制备。

本发明的目的是提供一种采用空气动力原理的梯度材料制备装置，包括：

腔体，其底部设为敞口，并架设于用于铺粉的基底上；

装粉机构，设置于所述腔体内上部；

给风部，设置于所述腔体内，并设置于所述装粉机构的下方，所述给风部在所述腔体内的给风方向竖直向上。

优选的，所述装粉机构包括两个横向并列设置的条形槽体，每个所述条形槽体一端部贯穿所述腔体的侧壁延伸至所述腔体外形成自由端，每个所述条形槽体另一端部设为敞口；

所述腔体的侧壁上开设有供所述条形槽体穿设的孔体，所述孔体的截面尺寸与所述条形槽体的截面尺寸相配合。

更优选的，每个所述条形槽体位于所述敞口端部的下边缘处垂直设有挡杆。