CN102211346B - 运动磁场中功能梯度材料的压滤成型制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在运动磁场中梯度材料的压滤成型的制备方法。其步骤为：1）多孔模具准备；2）将具有不同磁性的粉末按一定比例与去离子水混合，并在球磨机中搅拌制成均匀弥散的浆液，浇注；3）施加磁场强度为0.1～10T的运动磁场，作用一次或反复多次，并压滤成型；4）烘干，烧结成型。本发明方法的优点是：通过改变磁场强度、运动速度和磁场作用次数，可以获得不同成分分布的梯度材料。利用成熟的陶瓷压滤成型方法使制备梯度功能材料的手续极大简化、成本大大降低。

Description

运动磁场中功能梯度材料的压滤成型制备方法

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。

Fe、Ni、Co等过渡金属及其合金，铁氧体，稀土永磁化合物等皆属于铁磁性物质，在居里温度以下具有强磁性。而绝大多数陶瓷，如Al₂O₃、ZrO₂、SiC、AlN、Si₃N₄、B₄C、SiO₂、TiC等，都是弱磁性物质，对磁场基本上没有敏感性。利用金属和陶瓷组元之间磁性能的差异，我们小组在2003年在静磁场中采用压滤成型方法成功制备出了梯度材料。该技术已经授权发明专利，专利号CN03116138.3，专利名称“静磁场中功能梯度材料压滤成型制备方法”。随后，本小组于2006年将静磁场改进为脉冲磁场，并成功制备出梯度材料。该技术已经授权发明专利，专利号CN200610053248.X，专利名称“脉冲磁场中强磁-弱磁梯度材料压滤成型制备方法”。

几年来，我们小组在原来的实验基础上不断改进，并取得突破性进展。在注浆成型的基础上，利用运动磁场代替静磁场和脉冲磁场，成功制备出了成分连续的梯度材料。与静磁场和脉冲磁场下制备梯度材料相比，利用运动磁场制备梯度材料，可以用一个运动的磁场代替梯度磁场，对于磁性差异较大的体系来说，不再需要用大的磁场强度来获得高的磁场梯度，从而能够在较小的磁场中获得大的成分梯度，而高的磁场强度则能够使磁性差异较小的体系形成梯度。同时此方法具有反复多次的优点。通过调整磁场强度、运动速度和磁场作用次数可以控制磁场对磁性组元的约束力，进一步控制材料中的成分分布。

本发明是将两种具有不同磁性的物质组成的浆料，采用压滤成型法固结成形，在固化成型过程中与磁场发生一次或多次相对运动，从而获得沿磁场运动方向的成分梯度，然后烧结制备梯度材料。

本方法的突出优点就是在成熟的陶瓷压滤成型工艺的基础上施加运动磁场制备梯度材料，通过调整磁场强度、磁场运动速度和磁场作用次数等工艺参数，可以方便地利用较小的磁场制备出成分连续变化且可控的梯度材料。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种运动磁场中梯度材料的压滤成型制备方法。

运动磁场中梯度材料的压滤成型制备方法它的步骤如下：

1)石膏模具准备

α-石膏和β-石膏与15～25℃的水混合，搅拌3～8分钟后浇注，由石膏浆凝固、硬化制得的石膏模具经干燥后，在温度25～38℃、相对湿度20～30％的环境中保存；

2)浆料制备

将颗粒尺寸为0.1～100μm的两种具有不同磁性的金属或化合物中按0.1～10∶1的重量比成混合粉末，加入占浆料质量分数为10％～80％的去离子水和0.1％～5％有机添加剂，在球磨机中球磨1～10h，超声波弥散化处理1～15min，得到分散均匀的浆料，浆料的湿度为20％～50％，温度为30～60℃，粘度为1～100mPa·s，调节pH值为5～12；

3)运动磁场中压滤成型

将浆料充入石膏模中，模具外施加1次以上运动磁场，磁场强度为0.1～10T，磁场运动速度为0.1～500mm/s，运动方向与磁场方向呈0～180°，随后对浆料施加压力，并在0.1～12Mpa的压力下保压处理10～120min；

4)烧结

固化后去模，并在35～60℃下缓慢烘干，置于钢模中，在0.1～1GPa的压力下压制，，在氩气或氮气的保护环境中烧结成型，升温至500～1200℃，升温速率为100～400℃/h，保温1～3h，再加热至1000～1600℃，保温1～3h，最后随炉冷却至100～400℃取出。

所述的具有不同磁性的金属或化合物为Fe、Co、Ni合金、铁氧体或稀土永磁粉末。所述的具有不同磁性的金属或化合物为Al、Cu、Mg或Sb合金。所述的具有不同磁性的金属或化合物为ZrO₂、SiC、AlN、Si₃N₄、B₄C、SiO₂、TiC、Y₂O₃或Al₂O₃。所述的运动磁场是由电磁铁、永磁体或超导磁体产生的磁场。所述的加入的有机添加剂为聚氟化乙烯、三聚氰胺树脂或酚醛树脂。所述的保压处理中施加的压力为0.1～10Mpa，保压时间为10～100min。

本发明与现有技术相具有的有益效果：

1)通过施加运动磁场，改变磁场强度、运动速度和磁场作用次数，可以在很大成分范围内制备出各种厚度的梯度材料，成分连续变化且可控；

2)与静磁场和脉冲磁场下制备梯度材料相比，利用运动磁场制备梯度材料，可以用一个运动的磁场代替梯度磁场，对于磁性差异较大的体系来说，不再需要用大的磁场强度来获得高的磁场梯度，从而能够在较小的磁场中获得大的成分梯度，而高的磁场强度则能够使磁性差异较小的体系形成梯度。同时此方法具有反复多次的优点；

3)利用成熟的传统压滤成型工艺使制备梯度功能材料的工序简化、成本大大降低。

附图说明

图1为浆料刚刚注入时模型示意图；

图2为运动磁场作用后浆料模型示意图；

图中：电磁铁、永磁体或超导磁体1、产生的磁场2、模具3、较弱磁性粒子4、较强磁性粒子5、磁场运动方向6。

具体实施方式

本发明的梯度材料制备方法是将将两种具有不同磁性的金属或化合物(如Fe、Co、Ni合金、铁氧体和稀土永磁粉末，Al、Cu、Mg、Sb合金，ZrO₂、SiC、AlN、Si₃N₄、B₄C、SiO₂、TiC、Y₂O₃、Al₂O₃等)与去离子水组成浆料，浇入模具内腔，在运动磁场中成形，随后加压进行压滤成型。浆料中磁性较强组元受运动磁场的一次或多次作用，沿磁场运动方向移动，从而形成成分梯度。获得的坯料经固化、烧结后制成梯度材料。

运动磁场中梯度材料的压滤成型制备方法它的步骤如下：

1)石膏模具准备

α-石膏和β-石膏与15～25℃的水混合，搅拌3～8分钟后浇注，由石膏浆凝固、硬化制得的石膏模具经干燥后，在温度25～38℃、相对湿度20～30％的环境中保存。压滤由于是通过多孔模具将部分液态介质滤出而成型，故多孔模具是极为重要的。压滤模具既要满足压滤工艺对多孔过滤材料的要求，又要满足对模具结构的要求。压滤用多孔材料一方面要有理想的过滤性能，即具有足够小的气孔、窄的气孔孔径分布、适度的气孔率和透过系数，另一方面，为保证成型体的尺寸和形状，这些多孔材料必须具有足够的刚性和强度，容易控制尺寸和形状。此外，多孔材料应有足够的耐用度或可以灵活地进行模型更新。这些材料包括石膏改性材料、多孔金属、多孔有机材料和多孔复合材料。本法采用石膏改性材料，就是在石膏中加入聚氟化乙烯、三聚氰胺树脂、酚醛树脂等有机添加剂改性以后的材料，机械强度和耐用度较高。通过改变有机添加物和石膏的比例可以调整气孔率和滤水性能。

模具制造中所用水的温度既能影响石膏浆的凝结时间，又能影响石膏浆的膨胀。随着水温的升高，石膏浆的凝结时间将加快，而膨胀则减少。水中的矿物质还会沉积在模具中，影响模具的性能。因此，生产中应采用纯净的自来水，水温为15～25℃。石膏与水的比例影响着模具的气孔率、强度和结构。随着膏水比的提高，模具的强度和密度都增加，而吸水率则降低，控制膏水比为1.3～1.5。加入聚氟化乙烯，其含量为石膏质量的5～25％。控制石膏的搅拌时间3～8分钟。浇注后由石膏浆凝固、硬化制得的石膏模具需经干燥，排出未参与水化反应的剩余水。用于注浆的石膏模具应干燥充分，但也不能干燥过分(湿度3～20％)。模具的干燥温度在50～70℃。当干燥器内的温度尚在38℃以上时，不宜拿出模具，否则易开裂。石膏模具存放于无尘无污物的平面，温度25～38℃，相对湿度20～30％。

2)浆料制备

将颗粒尺寸为0.1～100μm的两种具有不同磁性的金属或化合物中按0.1～10∶1的重量比成混合粉末，加入占浆料质量分数为10％～80％的去离子水和0.1％～5％有机添加剂，在球磨机中球磨1～10h，因为细小颗粒易于团聚，对于粒度为纳米与亚微米的浆料，采用超声波进行弥散化处理1～15min，得到分散均匀的浆料，浆料的湿度为20％～50％，温度为30～60℃，粘度为1～100mPa·s，调节pH值为5～12。在保障良好流动性情况下，应尽量降低浆料的湿度。浆料的湿度越小，吃浆速度越快，铸件的空气收缩率越低，模具的使用期限越长。

3)运动磁场中压滤成型

将浆料充入石膏模中，模具外施加1次以上运动磁场，磁场强度为0.1～10T，磁场运动速度为0.1～500mm/s，运动方向与磁场方向呈0～180°，随后对浆料施加压力，并在0.1～12Mpa的压力下保压处理10～120min。运动磁场由电磁铁、永磁体或超导磁体产生。在运动磁场中，较强磁性颗粒受到磁力的作用大于较弱磁性颗粒，就会沿磁场运动方向迁移，形成成分梯度。降低磁场强度，磁场对较强磁性组元的约束力降低，成分梯度减小；提高磁场强度，磁场对较强磁性组元的约束力提高，成分梯度则增大。磁场运动速度太大时，磁场对较强磁性组元的作用时间降低，成分梯度减小；随着运动速度的降低，磁场对较强磁性组元的作用时间提高，成分梯度增大。调整磁场强度为0.1～10T，运动速度在0.1～500mm/s的合适范围，获得所需成分梯度的样品。

4)烧结

固化后去模，并在35～60℃下缓慢烘干，置于钢模中，在0.1～1GPa的压力下压制，，在氩气或氮气的保护环境中烧结成型，升温至500～1200℃，升温速率为100～400℃/h，保温1～3h，再加热至1000～1600℃，保温1～3h，最后随炉冷却至100～400℃取出。烘干过程中坯体塑性较低，复杂坯体的外表面与内部干燥速率不同，会产生很高的收缩应力而开裂。在这种情况下，必须保持成型坯体干燥环境的高湿度，以控制坯体表面层水分的蒸发速率。或者采用微波作用，对坯体整体加热，加速坯体内部水分向外部扩散，使坯体内部和外部温度趋于一致，再配合以外部环境高的水蒸汽压，则坯体的水分可以缓慢均匀地排除，坯体收缩一致，从而消除或减少干燥应力。

所述的具有不同磁性的金属或化合物为Fe、Co、Ni合金、铁氧体或稀土永磁粉末。所述的具有不同磁性的金属或化合物为Al、Cu、Mg或Sb合金。所述的具有不同磁性的金属或化合物为ZrO₂、SiC、AlN、Si₃N₄、B₄C、SiO₂、TiC、Y₂O₃或Al₂O₃。所述的运动磁场是由电磁铁、永磁体或超导磁体产生的磁场。所述的加入的有机添加剂为聚氟化乙烯、三聚氰胺树脂或酚醛树脂。所述的保压处理中施加的压力为0.1～10Mpa，保压时间为10～100min。

通过本发明可以制备成分在很大范围内变化的各种厚度的梯度材料，且成分连续变化，成品内部缺陷少，结构紧密。

实施例1：

1)用α-石膏和β-石膏与20℃的纯净自来水混合，并加入酚醛树脂，其含量为石膏质量的10％，搅拌4分钟后浇注，将石膏浆凝固、硬化制得的石膏模具经干燥后，模具内部型腔30mm×10mm×5mm的长方体；

2)选取平均颗粒尺寸为4μm的具有较强磁性的SmCo₅粉末和平均颗粒尺寸为2.2μm的ZrO₂粉末按比例1∶10组成混合粉末，将混合粉末不断的加入到去离子溶剂水中，并加盐酸以调节pH值为5，至固相含量达45vol％，在球磨机中搅拌4h，并采用超声波进行弥散化处理。得到浇注浆料的湿度为35％，温度为40℃，粘度为68mPa·s；

3)注浆时模温为28℃，将浆料充入石膏模中，用3％的苏打溶液擦拭模具，模具外施加运动磁场，运动磁场由一对NdFeB磁体构成的磁路所产生，磁场强度为0.1T，磁场运动速度为0.5mm/s，运动方向垂直磁场方向，作用次数为10次，随后施加压力0.1Mpa，并保压120min；

4)固化后的坯体在40℃下缓慢烘干。将生坯置于钢模中，在0.1GPa的压力下压制。在氩气保护下烧结生坯。以300℃/h的升温速率加热至800℃保温2h，然后以200℃/h加热至1500℃，保温2h。随炉冷却至300℃取出。

对实例1所制备的样品进行电子探针线分析，发现其成分连续变化，SmCo₅由一侧的92％到另一侧为0％，无宏观界面存在。对所得的试样进行循环热震试验，在800℃温差、急冷条件下未发生热冲击开裂，在600℃温差、缓冷条件下经过100次循环未出现裂纹。

实施例2：

1)用α-石膏和β-石膏与纯净自来水混合，并加入聚氟化乙烯，其含量为石膏质量的10％，搅拌4分钟后浇注。石膏浆凝固、硬化制得的石膏模具经干燥后，模具内部型腔是30mm×10mm×5mm的长方体；

2)选取50μm的铝粉和平均颗粒尺寸为2.2μm的Al₂O₃粉末按比例1∶1组成混合粉末，将混合粉末不断的加入到去离子溶剂水中，并加盐酸调节pH值至3.8，至固相含量达45vol％，在球磨机中搅拌6h，并采用超声波进行弥散化处理。得到浇注浆料的湿度为40％，温度为35℃，粘度为30mPa·s；

3)注浆时模温为27℃，用3％的苏打溶液擦拭模具，将浆料充入石膏模具中，模具外施加运动磁场。运动磁场由超导磁体产生，磁场强度为10T，磁场运动速度为500mm/s，运动方向垂直磁场方向，作用次数为5次，随后施加压力10Mpa，并保压10min；

4)固化后的坯体在40℃下缓慢烘干。将生坯置于钢模中，在1GPa的压力下压制。在氮气保护下烧结生坯。以300℃/h的升温速率加热至800℃保温2h，然后以200℃/h加热至1400℃，保温2h。随炉冷却至200℃取出。

对实例2所制备的样品进行电子探针线分析，发现其成分连续变化，Al由一侧的92％到另一侧为0％，无宏观界面存在。对所得的试样进行循环热震试验，在800℃温差、急冷条件下未发生热冲击开裂，在600℃温差、缓冷条件下经过150次循环未出现裂纹。

实施例3：

1)用α-石膏和β-石膏与纯净自来水混合，并加入聚氟化乙烯，其含量为石膏质量的10％，搅拌4分钟后浇注。石膏浆凝固、硬化制得的石膏模具经干燥后，模具内部型腔是30mm×10mm×5mm的长方体；

2)平均颗粒尺寸为3μm的BaO·6Fe₂O₃粉末和平均颗粒尺寸为0.9μm的Al₂O₃粉末按比例1∶2组成混合粉末，将混合粉末不断的加入到去离子溶剂水中，并不断加盐酸以调节pH值为3，至固相含量达40vol％。在球磨机中搅拌4h，采用超声波进行弥散化处理制得浆料，浆料的湿度为30％，温度为35℃，粘度为40mPa·s；

3)注浆时模温为25℃，用3％的苏打溶液擦拭模具，将浆料充入石膏模中。模具外施加运动磁场，运动磁场由电磁铁所产生，磁场强度为2T，磁场运动速度为5mm/s，运动方向垂直磁场方向，作用次数为15次，随后施加压力0.6Mpa，并保压80min；

4)固化后的坯体在40℃下缓慢烘干。将生坯置于钢模中，在0.5GPa的压力下压制。在氮气保护下烧结生坯。以300℃/h的升温速率加热至800℃保温2h，然后以200℃/h加热至1400℃，保温1h。随炉冷却至200℃取出。

对实例3所制备的样品进行电子探针线分析，发现其成分连续变化，钡铁氧体由一侧的94％减少到另一侧的0％。样品内部无宏观界面存在。对试样进行循环热震试验，在800℃温差、急冷条件下未发生热冲击开裂。在600℃温差、缓冷条件下经过100次循环未出现裂纹。

实施例3：

1)用α-石膏和β-石膏与20℃的纯净自来水混合，并加入三聚氰胺树脂，其含量为石膏质量的10％，搅拌4分钟后浇注，将石膏浆凝固、硬化制得的石膏模具经干燥后，模具内部型腔是30mm×10mm×5mm的长方体；

2)选取平均颗粒尺寸为10μm的具有较强磁性的不锈铁粉末和平均颗粒尺寸为5.2μm的SiC粉末按比例5∶1组成混合粉末，将混合粉末不断的加入到去离子溶剂水中，并加盐酸调节pH值为4.5，至固相含量达40vol％，在球磨机中搅拌5h，并采用超声波进行弥散化处理。得到浇注浆料的湿度为30％，温度为35℃，粘度为60mPa·s；

3)注浆时模温为27℃，用3％的苏打溶液擦拭模具，将浆料充入石膏模中，模具外施加运动磁场，运动磁场由电磁铁产生，磁场强度为3.0T，磁场运动速度为100mm/s，运动方向垂直磁场方向，作用次数为10次，随后施加压力0.3Mpa，并保压60min；

4)固化后的坯体在40℃下缓慢烘干。将生坯置于钢模中，在0.6GPa的压力下压制。在氮气保护下烧结生坯。以200℃/h的升温速率加热至700℃保温2h，然后以200℃/h加热至1250℃，保温2h。随炉冷却至300℃取出。

对实例4所制备的样品进行电子探针线分析，发现其成分连续变化，Fe由一侧的98％到另一侧为0％，无宏观界面存在。对所得的试样进行循环热震试验，在800℃温差、急冷条件下未发生热冲击开裂，在600℃温差、缓冷条件下经过150次循环未出现裂纹。

实施例5：

1)用α-石膏和β-石膏与纯净自来水混合，并加入三聚氰胺树脂，其含量为石膏质量的10％，搅拌4分钟后浇注。石膏浆凝固、硬化制得的石膏模具经干燥后，模具内部型腔是30mm×10mm×5mm的长方体；

2)选取平均颗粒尺寸为3μm的具有较强磁性的钴粉和平均颗粒尺寸为0.9μm的Si₃N₄粉末按比例1∶5组成混合粉末，将混合粉末不断的加入到去离子溶剂水中，加氨水调节pH值至9.5，固相含量达40vol％，在球磨机中搅拌3h，并采用超声波进行弥散化处理。得到浇注浆料的湿度为40％，温度为35℃，粘度为55mPa·s；

3)注浆时模温为27℃，用3％的苏打溶液擦拭模具，将浆料充入石膏模具中，模具外施加运动磁场。运动磁场由电磁铁产生，磁场强度为0.8T，磁场运动速度为10mm/s，运动方向平行磁场方向，作用次数为15次，随后施加压力2Mpa，并保压20min；

4)固化后的坯体在40℃下缓慢烘干。将生坯置于钢模中，在0.6GPa的压力下压制。在氮气保护下烧结生坯。以200℃/h的升温速率加热至800℃保温2h，然后以200℃/h加热至1250℃，保温2h。随炉冷却至200℃取出。

对实例5所制备的样品进行电子探针线分析，发现其成分连续变化Co由一侧的90％到另一侧为0％，无宏观界面存在。对所得的试样进行循环热震试验，在800℃温差、急冷条件下未发生热冲击开裂，在600℃温差、缓冷条件下经过200次循环未出现裂纹。

Claims (7)

1.一种运动磁场中梯度材料的压滤成型制备方法，其特征在于它的步骤如下：

1)石膏模具准备

α-石膏和β-石膏与15～25℃的水混合，搅拌3～8分钟后浇注，由石膏浆凝固、硬化制得的石膏模具经干燥后，在温度25～38℃、相对湿度20～30％的环境中保存；

2)浆料制备

将颗粒尺寸为0.1～100μm的两种具有不同磁性的金属或化合物中按0.1～10∶1的重量比成混合粉末，加入占浆料质量分数为10％～80％的去离子水和0.1％～5％有机添加剂，在球磨机中球磨1～10h，超声波弥散化处理1～15min，得到分散均匀的浆料，浆料的湿度为20％～50％，温度为30～60℃，粘度为1～100mPa·s，调节pH值为5～12；

3)运动磁场中压滤成型

将浆料充入石膏模中，模具外施加1次以上运动磁场，磁场强度为0.1～10T，磁场运动速度为0.1～500mm/s，运动方向与磁场方向呈0～180°，随后对浆料施加压力，并在0.1～12Mpa的压力下保压处理10～120min；

4)烧结

固化后去模，并在35～60℃下缓慢烘干，置于钢模中，在0.1～1GPa的压力下压制，，在氩气或氮气的保护环境中烧结成型，升温至500～1200℃，升温速率为100～400℃/h，保温1～3h，再加热至1000～1600℃，保温1～3h，最后随炉冷却至100～400℃取出。

2.根据权利要求1所述的一种运动磁场中梯度材料的压滤成型制备方法，其特征在于所述的具有不同磁性的金属或化合物为Fe、Co、Ni合金、铁氧体或稀土永磁粉末。

3.根据权利要求1所述的一种运动磁场中梯度材料的压滤成型制备方法，其特征在于所述的具有不同磁性的金属或化合物为Al、Cu、Mg或Sb合金。

4.根据权利要求1所述的一种运动磁场中梯度材料的压滤成型制备方法，其特征在于所述的具有不同磁性的金属或化合物为ZrO₂、SiC、AlN、Si₃N₄、B₄C、SiO₂、TiC、Y₂O₃或Al₂O₃。

5.根据权利要求1所述的一种运动磁场中梯度材料的压滤成型制备方法，其特征在于所述的运动磁场是由电磁铁、永磁体或超导磁体产生的磁场。

6.根据权利要求1所述的一种运动磁场中梯度材料的压滤成型制备方法，其特征在于所述的加入的有机添加剂为聚氟化乙烯、三聚氰胺树脂或酚醛树脂。

7.根据权利要求1所述的一种运动磁场中梯度材料的压滤成型制备方法，其特征在于所述的施加的压力为0.1～10Mpa，保压时间为10～100min。

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