[发明专利]一种梯度材料的设计方法

摘要

本发明提供了一种梯度材料的设计方法，根据此方法计算梯度材料构成组元的粒度分布，以实现对任意指定结构梯度材料的设计与制备。首先基于颗粒在层流状态下的沉降条件和悬浮液中颗粒沉降的连续性方程，建立起颗粒沉积体的组分分布同沉降参量(悬浮液的密度、粘度和高度)与原料的粉末特性(粉末的密度、粒度及粒度分布和粉末质量)以及沉降时间之间的定量关系。然后以沉降时间为纽带，将颗粒的沉降时间转换成在沉积体中的位置坐标，再将位置坐标转换成时间坐标，通过时间和位置的不断相互转换，求解梯度材料组元的粒度分布。针对用共沉降法制备组分连续的梯度材料都可使用本发明进行设计。

主权项

1、一种共沉降法制备梯度材料的设计方法，其特征在于首先建立起颗粒沉积体的组分分布同沉降参量与原料的粉末特性以及沉降时间之间的定量关系；求解梯度材料组元的粒度分布：由粉末A的粒度分布函数计算得到粉末A在不同时间的累积沉积质量，然后计算得到此时沉积体的厚度x1；根据计算得到的位置坐标计算得到粉末B的累积沉积质量WB(t1)；重复上述步骤，求得粉末B的累积沉降质量随时间的变化关系曲线WB(t)-t，在该曲线上一点(t1，WB(x1))作切线，在t1时刻，粒径大于Dt1 的B粉末的累积沉降质量等于经过曲线上一点(t1，WB(x1))所作切线在Y轴上的截距。由此计算得到粒径Dt1，重复上述求解过程即可得到粉末B的质量累积分布曲线，根据上述计算结果，选定所需质量和粒度分布的原料进行沉降实验，得到的沉积体经烧结，得到指定结构的致密的梯度材料，其中：(1)所要制备的梯度材料的组成分布：$C_A\left(x\right)=a\times {\left(\frac{x}{l}\right)}^P+b---\left(1\right)$ (2)组元A、B沿沉积体厚度方向的累积质量为：$W_A\left(x\right)={\rho }_{A}S{\int }_0^x(a\times {\left(\frac{x}{l}\right)}^P+b)\mathrm{dx}=\frac{{\mathrm{a\rho }}_{A}S}{P+1}\frac{x^{P+1}}{l^P}+{\rho }_A\mathrm{Sbx}---\left(2\right)$ $W_B\left(x\right)={\rho }_{B}S(1-b)x-\frac{{\mathrm{a\rho }}_B{\mathrm{Sx}}^{P+1}}{(P+1)l^P}---\left(3\right)$ (3)组元A、B在t时刻的沉降质量为：$W_A\left(t\right)=m_A\times \left({\int }_{D_t}^{D_{\max }}f\left(D_A\right)\right)\mathrm{dD}+{\int }_{D_{\min }}^{D_t}\frac{\mathrm{Ut}}{R}f\left(D_A\right)\mathrm{dD})---\left(4\right)$ $W_B\left(t\right)=m_B\times \left({\int }_{D_t}^{D_{\max }}f\left(D_B\right)\right)\mathrm{dD}+{\int }_{D_{\min }}^{D_t}\frac{\mathrm{Ut}}{R}f\left(D_B\right)\mathrm{dD})---\left(5\right)$