[发明专利]一种薄壁管件功能梯度材料的离心烧结方法

说明书

本发明公开了一种薄壁管件功能梯度材料的离心烧结方法，包括以下步骤：将均匀分布的两种粉末与溶剂及分散剂混合，在空气中搅拌并经真空除气后形成均匀料浆；将料浆装入喷浆机，然后将喷头伸入到离心机内的基板上，使料浆能够均匀喷涂在基板的内壁上；改变两种粉末的相对体积百分比，形成第二层复合材料层；重复上个步骤，形成多层喷涂；将石墨辐射发热体伸进基板的内腔通电并上下移动，同时在基板的外壁安装一层保温层，使保温层通电；关闭离心机，烧结坯体，将坯体从基板中取出，即得到所述空心管件。本发明通过增加石墨辐射发热体，并且在基板外层安装了保温层，内部实现了均匀的温度梯度，从而为制备均匀致密的薄壁管件提供了有效的保障。

技术领域

本发明涉及梯度复合材料的离心烧结，属于粉末冶金和复合材料领域，尤其涉及一种薄壁管件功能梯度材料的离心烧结方法。

背景技术

梯度功能材料是一种新型的功能复合材料,它的两侧由不同性能的材料组成,中间部分的组成和结构连续地呈梯度变化,从而使材料的性质和功能也沿厚度方向呈梯度变化, 克服了不同材料结合的性能不匹配因素,使两种材料的优势都得到充分发挥。

目前的制备方法主要存在的问题：

(1)材料制备方法主要采用高温法，能源耗费较大；

(2)制备的材料尺寸较小，且不易制备形状复杂的试样；

(3)材料中或多或少存在界面和分布不均匀性，由于制备方法的限制，存在台阶梯度，材料分布不能平滑分布，在热冲击或热循环过程中，材料中仍存在较大应力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用石墨发热体辐射加热的薄壁管件功能梯度材料的离心烧结方法。该方法可以烧结出材料内部致密均匀的薄壁管件。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种薄壁管件功能梯度材料的离心烧结方法，包括以下步骤：

1)将不同比例的两种粉末按照预定比例进行混合来实现均匀分布；

2)将均匀分布的两种粉末与溶剂及分散剂混合，在空气中搅拌并经真空除气后形成均匀料浆；

3)将料浆装入喷浆机，然后将喷头伸入到离心机内的基板上，调整喷浆机的压力，并自上而下及自下而上的往返方式移动喷头的位置，使料浆能够均匀喷涂在基板的内壁上，然后移出喷头；

4)改变两种粉末的相对体积百分比，重新制备料浆，利用喷浆机将料浆再次进行喷涂，形成第二层复合材料层；

5)重复步骤4)，形成多层喷涂；

6)移出喷头，将石墨辐射发热体伸进基板的内腔通电并上下移动，同时在基板的外壁安装一层保温层，使保温层通电；控制内腔的温度以100～800℃/min升温，同时控制保温层的电源功率使得基板的内腔和保温层的温差控制在20％～30％；

7)关闭离心机，烧结坯体，将坯体从基板中取出，即得到所述空心管件。

上述方案中，步骤6)中的烧结温度为1400℃～1700℃，保温0.5～3小时。

上述方案中，步骤6)中烧结的升温速率为100～800℃/min。

上述方案中，步骤7)中直接在成型工位上烧结坯体。

上述方案中，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。

上述方案中，所述溶剂为水、无水乙醇或乙二醇中的一种。

上述方案中，所述分散剂加入量为两种粉末与溶剂三者总质量的0.5-1.0wt％。

上述方案中，步骤6)中发热体以1cm/s-3cm/s的速度上下移动。