[发明专利]一种梯度陶瓷成形装置

说明书

本发明属于梯度陶瓷成形领域，并公开了一种梯度陶瓷成形装置。装置包括无孔模具和在竖直方向上平行且相对设置的第一支架、第二支架和第三支架，第一支架的上方和第三支架下方均设置有导电载体，用于在第一支架和第三支架之间形成均匀的静电场，第二支架上设置有外部包覆有加热垫的无孔模具，当陶瓷浆料注入进无孔模具中后，加热垫加热陶瓷浆料使得其中的酯类PH调节剂水解释放出弱酸，其与陶瓷浆料中的固化剂反应释放出高价的金属阳离子，在静电场的作用下金属阳离子在陶瓷浆料中呈梯度浓度分布，以此成形梯度陶瓷。通过本发明，实现成分梯度可调控且成分连续变化的梯度陶瓷的成形，操作简单，成形效率高，适用于多种结构和功能梯度陶瓷的制备。

技术领域

本发明属于梯度陶瓷成形领域，更具体地，涉及一种梯度陶瓷成形装置。

背景技术

梯度材料是指在空间上材料成分或结构呈现梯度渐变的非均质材料，一般呈现出宏观组织的不均质与微观组织的连续性。这种成分或结构的梯度性通常伴随着渐变的功能特性，从而在化学化工、生物医学、电子信息、航天航空等领域具有较大应用前景。

梯度陶瓷材料不但具备梯度材料的特性，还同时具备陶瓷材料高强度、耐高温、耐腐蚀的优点，因此近年来得到国内外研究人员的广泛关注。朱音音等人制备出梯度锆钛酸铅(PZT)铁电陶瓷材料，拓宽了PZT陶瓷的相变区域，其在较宽温区可获得较大介电常数。Jeon J H等人制备出梯度BST陶瓷，随着梯度层数的增多，其介温曲线的线性关系越好。然而，目前梯度陶瓷的常用制备方法是将干压后的不同组分薄片进行叠层压制，这种方法制备的梯度陶瓷材料在叠层界面处会出现明显分层，且分层处成分不连续，在层间结合部位的热力学性能不匹配问题会严重恶化梯度陶瓷的力学性能和功能性。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种梯度陶瓷成形装置，其目的在于为成形成分连续、无分层的梯度陶瓷提供一种成型装置，其中通过无孔模具的设计，实现陶瓷浆料在注入模具后被加热和施加静电场，从而实现带电荷的高价金属阳离子的释放和梯度浓度分布，有效避免层间界面结合导致的成分梯度过渡不均和热力学不匹配的问题，最终制备出力学性能和功能性优异的梯度陶瓷。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种梯度陶瓷装置，其特征在于，所述装置包括第一支架、第二支架、第三支架和无孔模具，其中，

所述第一支架、第二支架和第三支架在竖直方向上平行且相对设置，所述第一支架的上方和第三支架的下方均设置有导电载体，用于在所述第一支架和第三支架之间形成均匀的静电场，通过调节所述第一支架和第三支架之间的距离调控所述静电场的场强，所述第二支架上设置有所述无孔模具，该无孔模具的外部包覆着加热垫片，用于加热所述无孔模具中的陶瓷浆料，当陶瓷浆料注入进所述无孔模具中后，所述加热垫片加热陶瓷浆料，使得所述陶瓷浆料中的酯类PH调节剂水解释放出弱酸，其与所述陶瓷浆料中的固化剂反应释放出高价的金属阳离子，在所述静电场的作用下所述金属阳离子在所述陶瓷浆料中呈梯度浓度分布，以此成形梯度陶瓷。

进一步优选地，所述加热垫片的一端连接有温度监控部件，用于实时监控所述加热垫片的加热温度。

进一步优选地，所述加热垫片的加热温度范围优选为40℃～85℃。

进一步优选地，所述导电载体与直流电源连接，通过调节该直流电源的电压，调节所述静电场的强度。

进一步优选地，所述直流电源的电压可调范围为1V～60V。

进一步优选地，所述导电载体优选为导电玻璃、导电橡胶或导电金属。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1、本发明提供的装置能提供外加静电场使带电荷的高价反离子在陶瓷浆料中发生定向移动从而产生浓度梯度分布，浆料原位固化后的素坯成分连续且无分层现象，可有效避免层间界面结合导致的成分梯度过渡不均和热力学不匹配的问题；