專(zhuān)利名稱(chēng)：脈沖磁場(chǎng)中強(qiáng)磁－弱磁梯度材料流延成型制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種脈沖磁場(chǎng)中強(qiáng)磁-弱磁梯度材料流延成型制備方法。
背景技術(shù)：
流延法(也稱(chēng)刮刀成型法)是一種制備大面積、薄平陶瓷材料的重要成型方法，工藝包括漿料制備、球磨、成型、干燥、剝離基帶等過(guò)程。該工藝的特點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，工藝穩(wěn)定，可連續(xù)操作，生產(chǎn)效率高，可實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化。流延成型可以方便地控制膜的厚度，有利于對(duì)不同組份和厚度的膜材料進(jìn)行設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)調(diào)控，以獲得特殊的性能。近幾十年來(lái)，流延法成型技術(shù)的應(yīng)用研究取得了很大進(jìn)展，被應(yīng)用于電子工業(yè)、能源等許多領(lǐng)域，包括各種厚度的Al2O3集成電路基板和襯墊材料，BaTiO3電容器介質(zhì)材料，ZrO2固體電解質(zhì)燃料電池、氧泵和氧傳感器等。此外，流延成型工藝還可用于造紙、塑料和涂料等行業(yè)。
流延工藝包括水基流延和非水基流延兩種。非水基流延工藝比較成熟，制備的膜片結(jié)構(gòu)均勻，強(qiáng)度高，柔韌性好，己在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用多年。但流延過(guò)程需要使用大量有機(jī)物，生產(chǎn)成本高，排放后造成環(huán)境污染。水基流延成本低，污染小，環(huán)境相容性好，但是，該工藝的影響因素多。通常，在陶瓷粉料中要添加溶劑、分散劑、粘結(jié)劑、塑性劑等有機(jī)成分，制得分散均勻的穩(wěn)定漿料，再在流延機(jī)上制成一定厚度的素胚膜。素胚膜通過(guò)干燥、燒結(jié)，制得符合所需特性的燒成品。
流延法成型工藝的主要優(yōu)點(diǎn)有(1)相對(duì)于EVD、CVD等化學(xué)成型法而言，原材料價(jià)格低廉和制作成本低；(2)與干壓法相比所制得的材料結(jié)構(gòu)致密和機(jī)械強(qiáng)度高；(3)材料的缺陷少；(4)降低熱壓燒結(jié)時(shí)間，甚至可取消熱壓；(5)可制得不同組成膜材構(gòu)成的疊層復(fù)合材料，以滿足對(duì)材料的特殊性能要求。
功能梯度材料的主要特征是組分結(jié)構(gòu)和物性參數(shù)連續(xù)變化，主要制備方法有粉末成型、氣相沉積法、自蔓延反應(yīng)合成、等離子噴涂、電鑄法、電鍍法、激光燒結(jié)和離心鑄造等。這些制備方法要求復(fù)雜的工藝或設(shè)備，大多需要在制備過(guò)程中持續(xù)地改變?cè)铣煞只蚬に噮?shù)。缺少簡(jiǎn)便的制備方法，是限制功能梯度材料進(jìn)一步發(fā)展的重要原因。
目前，對(duì)于許多重要的功能梯度材料，包括已證明具有良好的熱應(yīng)力緩釋效果，正在試驗(yàn)用于火箭燃燒室內(nèi)壁、核反應(yīng)堆以及發(fā)動(dòng)機(jī)入口等高溫差部位的ZrO2/Ni、ZrO2/鋼、Al2O3/Ni、SiC/α相不銹鋼等，金屬組元Fe、Ni、Co等過(guò)渡金屬屬于鐵磁性物質(zhì)，而陶瓷組元Al2O3、ZrO2、SiC、AlN、Si3N4等是弱磁性物質(zhì)。鐵磁性物質(zhì)在居里溫度以下具有強(qiáng)磁性，而弱磁性物質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)不敏感。利用金屬和陶瓷組元之間磁性能的差異，我們小組在2003年在靜磁場(chǎng)中采用流延成型法成功制備出了梯度材料。該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利。
幾年來(lái)，我們小組在原來(lái)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上不斷改進(jìn)，并取得突破性進(jìn)展。目前，我們已經(jīng)成功地在脈沖磁場(chǎng)中采用流延成型法制備出了梯度材料。本發(fā)明是將鐵磁性的金屬(Fe、Ni、Co等過(guò)渡金屬)與弱磁性的陶瓷(Al2O3、ZrO2、SiC、AlN、Si3N4)組成的漿料，在脈沖磁場(chǎng)中采用流延成型法固結(jié)成形，然后燒結(jié)制備強(qiáng)磁-弱磁梯度材料。與靜磁場(chǎng)下制備梯度材料相比，利用脈沖磁場(chǎng)更容易實(shí)現(xiàn)大的磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)梯度，并且在脈沖磁場(chǎng)下粒子受到磁力的強(qiáng)化與松弛的反復(fù)作用，更容易制備出各種梯度的強(qiáng)磁-弱磁梯度材料。
本發(fā)明的突出優(yōu)點(diǎn)就是利用陶瓷流延成型方法生產(chǎn)強(qiáng)磁-弱磁梯度材料，通過(guò)調(diào)整磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)梯度、漿料組成、粘度和其它制備工藝參數(shù)，可以在很大的厚度范圍內(nèi)方便地制備出成分連續(xù)變化且可控的梯度材料，成本極大地降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種脈沖磁場(chǎng)中強(qiáng)磁-弱磁梯度材料流延成型制備方法。
它的步驟為1)漿料制備將顆粒尺寸為0.1～100μm的強(qiáng)磁性鎳粉或鈷粉，與顆粒尺寸為0.1～100μm的ZrO2、SiC、AlN、Si3N4、B4C、SiO2、TiC、Al2O3中的一種或幾種按0.1～10∶1的重量比混合，加入有機(jī)溶劑、分散劑、塑性劑、粘結(jié)劑，在球磨機(jī)中球磨5～30h；加入塑性劑與粘結(jié)劑，在球磨機(jī)中再球磨10～40h，超聲波彌散化處理1～15min，真空脫氣，得到彌散漿料，漿料粘度為1～100mPa·s，pH值為5～12；2)脈沖磁場(chǎng)中流延成型將彌散漿料注入流延機(jī)中，刮刀的高度為0.4～1.0mm，控制流延機(jī)速度為0.5～5cm/s，流延時(shí)用耐高溫陶瓷做襯底，在襯底處間斷性施加脈沖磁場(chǎng)，磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.1～5.0T，磁場(chǎng)梯度為0.1～50T/m；3)干燥與燒結(jié)干燥溫度20～30℃，相對(duì)濕度為30～60％，漿料干燥后素胚厚度0.1～0.5mm。干燥完成后進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)在石墨或氮?dú)獾谋Ｗo(hù)環(huán)境中，控制燒結(jié)升溫速率為0.2～2℃/min，在150～600℃保溫1～5h，再加熱至1200～1400℃，保溫1～3h，最后隨爐冷卻至100～400℃取出。
所述的脈沖磁場(chǎng)是利用電容器瞬間放電產(chǎn)生的脈沖電流通過(guò)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)。有機(jī)溶劑為乙醇、甲乙酮、丁酮或三氯乙烯中的一種或幾種。乙醇與甲乙酮、三氯乙烯與甲乙酮、三氯乙烯與乙醇或丁酮與乙醇按0.1～10∶1比例混合。彌散漿料中的有機(jī)溶劑體積分?jǐn)?shù)為漿料的20～60％。分散劑為鯡魚(yú)油、磷酸酯、三油酸甘油酯或三乙醇胺。彌散漿料中的分散劑為漿料體積分?jǐn)?shù)的0.2～5％。粘按劑為聚乙烯醇縮丁醛或聚乙烯醇。塑性劑為甘油、鄰苯二甲酸二辛酯、聚乙二醇或鄰苯二甲酸中的一種或幾種。彌散漿料中的粘接劑為漿料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的10～30％；粘結(jié)劑/塑性劑重量比為0.5～1.0。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1)通過(guò)施加脈沖磁場(chǎng)，改變磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)梯度，可以在很大成分范圍內(nèi)制備出大面積、薄平的強(qiáng)磁-弱磁梯度材料。
2)與靜磁場(chǎng)下制備功能梯度材料相比，脈沖磁場(chǎng)下粒子受到力的強(qiáng)化與松弛的反復(fù)作用，更容易制備出各種梯度的強(qiáng)磁-弱磁梯度材料。
3)利用成熟的傳統(tǒng)陶瓷工藝流延法使生產(chǎn)梯度功能材料的手續(xù)簡(jiǎn)化、成本降低。


圖1是磁場(chǎng)中流延成型制備強(qiáng)磁-弱磁梯度材料工藝示意圖，圖中，流延機(jī)1、漿料2、可控刮刀口高度3、流延薄層4、耐高溫陶瓷襯底5、脈沖線圈6、線圈產(chǎn)生的脈沖磁場(chǎng)7；圖2是磁化后流延薄層模型示意圖，圖中，陶瓷漿料8、鐵磁性漿料9耐高溫陶瓷襯底10。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的強(qiáng)磁-弱磁梯度材料制備方法是將強(qiáng)磁性的金屬(鎳粉、鈷粉中的一種)與陶瓷(ZrO2、SiC、AlN、Si3N4、B4C、SiO2、TiC、Al2O3中的一種或幾種)混合粉末與有機(jī)溶劑組成漿料，流延到耐高溫陶瓷襯底上，襯底處施加磁場(chǎng)。漿料受磁力的作用，分別在模內(nèi)向兩端聚積，形成成分梯度，獲得的坯料經(jīng)干燥、燒結(jié)后制成強(qiáng)磁-弱磁梯度材料。此種強(qiáng)磁-弱磁梯度材料具有優(yōu)異的抗熱沖擊和熱疲勞性能。
本發(fā)明采用具體步驟如下1)漿料制備采用顆粒尺寸為0.1～100μm的強(qiáng)磁性鎳粉、鈷粉，與顆粒尺寸為0.1～100μm的ZrO2、SiC、AlN、Si3N4、B4C、SiO2、TiC、Al2O3中的一種或幾種陶瓷粉末按0.1～10∶1的比例組成混合粉末，加入有機(jī)溶劑乙醇、甲乙酮、丁酮、三氯乙烯中的一種。有機(jī)溶劑粘度低、沸點(diǎn)高、蒸氣壓高，比水容易揮發(fā)，干燥時(shí)間短，很適用于流延成型。但是從電性能方面考慮，有機(jī)物的介電常數(shù)低，溶劑離子化程度也較低，靜電排斥對(duì)漿料的穩(wěn)定作用也較小。為了獲得較低沸點(diǎn)的溶劑，并對(duì)有機(jī)添加物有較高的溶解度，通常使用混合溶劑及恒沸混合溶劑，常用的混合溶劑有乙醇/甲乙酮、三氯乙烯/甲乙酮、三氯乙烯/乙醇、丁酮/乙醇等按0.1～10∶1的比例混合，并加入分散劑、塑性劑、粘結(jié)劑。分散劑為鯡魚(yú)油、磷酸酯，三油酸甘油酯、三乙醇胺等，塑性劑為甘油、鄰苯二甲酸二辛酯、聚乙二醇(PEC)、鄰苯二甲酸(PHT)等，粘結(jié)劑為聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、聚乙烯醇(PVA)。一般先在粉料中加入有機(jī)溶劑與分散劑，在球磨機(jī)中攪拌5～30h混勻后，再加入塑性劑與粘結(jié)劑，隨后將漿料在球磨機(jī)中攪拌10～40h，制成均勻彌散的漿液。主要是因?yàn)檎辰Y(jié)劑與分散劑對(duì)粉體顆粒的吸附有競(jìng)爭(zhēng)性間，分散劑先吸附在顆粒表面后不易解吸，從而使?jié){料分散效果好。此漿料中溶劑體積分?jǐn)?shù)為漿料的20～60％，粘接劑為漿料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的10～30％，粘結(jié)劑/塑性劑重量比為0.5～1.2，分散劑為漿料體積分?jǐn)?shù)的0.2～5％。并用超聲波對(duì)漿料進(jìn)行彌散化處理1～15min，經(jīng)真空脫氣，除去氣泡后，漿料即可用于流延成型，粘度為1～100mPa·s，pH值為5～12，溫度為30～60℃。
2)脈沖磁場(chǎng)中流延成型脈沖磁場(chǎng)中流延成型是采用流延成型法在脈沖磁場(chǎng)中制備強(qiáng)磁-弱磁梯度材料的關(guān)鍵工序。將漿料注入流延機(jī)內(nèi)，流延時(shí)環(huán)境溫度為25～28℃條件下，刮刀的高度控制在0.4～1.0mm，控制流延機(jī)使其運(yùn)動(dòng)速度為0.5～5cm/s，流延過(guò)程中用耐高溫陶瓷做襯底，襯底處施加脈沖磁場(chǎng)，磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.1～5.0T，磁場(chǎng)梯度為0.1～50T/m，磁化時(shí)間為1～20min。脈沖磁場(chǎng)由脈沖電流通過(guò)螺線管線圈產(chǎn)生。
受磁力的作用，磁性組元向特定方向偏聚，形成成分梯度。在脈沖磁場(chǎng)中，鐵磁性金屬顆粒被磁化并向一端吸引，弱磁性陶瓷顆粒則在壓力梯度作用下被驅(qū)趕至另一端。減弱脈沖磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)梯度，成分梯度減小。提高脈沖磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)梯度，成分梯度則增大，直至一端為100％金屬，另一端為100％陶瓷。在脈沖磁場(chǎng)的作用下，磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)梯度從較小值增大時(shí)，金屬與陶瓷顆粒在模內(nèi)分別向兩端聚積。調(diào)整磁場(chǎng)強(qiáng)度在0.1～5.0T，磁場(chǎng)梯度在0.1～50T/m的合適范圍，控制磁化時(shí)間1～20min，獲得所需成分梯度的樣品。
3)干燥、燒結(jié)漿料干燥溫度為20～30℃，環(huán)境相對(duì)濕度為30～60％，漿料干后素胚厚度為0.1～0.5mm，控制升溫速率為0.2～2℃/min，并在150～600℃保溫1～5h，以確保有機(jī)添加物全部脫去。隨后繼續(xù)加熱至1200～1400℃，保溫1～3h，隨爐冷卻至100～400℃取出。為防止氧化，在保護(hù)氣氛中燒結(jié)。
通過(guò)本發(fā)明可以制備成分在很大范圍內(nèi)變化的大面積、薄平的強(qiáng)磁-弱磁梯度材料。成品內(nèi)部缺陷少，結(jié)構(gòu)緊密具有優(yōu)異的抗熱沖擊和熱疲勞性能。
實(shí)施例11)平均顆粒尺寸為20μm的鎳粉末和平均顆粒尺寸為9μm的Al2O3粉末按比例1∶2組成混合粉末，加入混合溶劑，混合溶劑為三氯乙烯和乙醇按1∶1混合，并加入分散劑三油酸甘油酯，將以上原料混合球磨30h，然后加入粘結(jié)劑PVB，塑性劑甘油及鄰苯二甲酸二辛酯。粘接劑為漿料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的30％，粘結(jié)劑/塑性劑重量比為0.6。再球磨漿料36h，用超聲分散5min，經(jīng)真空脫氣，除去氣泡后制成均勻彌散的漿料。此漿料中溶劑體積分?jǐn)?shù)為漿料的50％，分散劑為漿料體積分?jǐn)?shù)的3％，漿料粘度為60mPa·s，pH值為5.7，溫度為32℃。
2)流延時(shí)環(huán)境溫度為28℃，采用的流延速度為1.0cm/s，刮刀的高度控制在0.5mm，流延過(guò)程中用耐高溫陶瓷做襯底，襯底處施加脈沖磁場(chǎng)，脈沖磁場(chǎng)由脈沖電流通過(guò)螺線管線圈產(chǎn)生，磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.5T，磁場(chǎng)梯度為4T/m。
3)漿料干燥溫度為24℃，相對(duì)濕度為40％，漿料干后素胚厚度為0.2mm。在氮?dú)獗Ｗo(hù)下燒結(jié)生坯，控制升溫速率為0.5℃/min，并在400℃保溫3h，隨后以100℃/h加熱至1200℃，保溫1h，隨爐冷卻至200℃取出。
所制備的樣品組織致密，孔隙率低，膜的表面比較平整。對(duì)實(shí)例1所制備的樣品進(jìn)行電子探針線分析，成分連續(xù)變化，無(wú)宏觀界面存在，Ni含量由一側(cè)的94％減少到另一側(cè)的0％。在室溫和1000K之間進(jìn)行熱震性實(shí)驗(yàn)循環(huán)50次，樣品沒(méi)有破損。
實(shí)施例21)選取平均顆粒尺寸為14μm的Co粉末和平均顆粒尺寸為12.2μm的ZrO2粉末，按比例1∶2組成混合粉末，加入混合溶劑?；旌先軇榧滓彝鸵掖?，按1∶1混合，并加入分散劑三乙醇胺，將以上原料混合球磨30h后加入粘結(jié)劑PVB，塑性劑聚乙二醇(PEC)和鄰苯二甲酸(PHT)。粘接劑為漿料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的30％，粘結(jié)劑/塑性劑重量比為0.8。再球磨36h，用超聲波分散3min，經(jīng)真空脫氣，除去氣泡后制成均勻彌散的漿料。此漿料中溶劑體積分?jǐn)?shù)為漿料的60％，分散劑為漿料體積分?jǐn)?shù)的2％，漿料粘度為40mPa·s，pH值為6.2，溫度為30℃。
2)流延時(shí)環(huán)境溫度為28℃，采用的流延速度為1.0cm/s，刮刀的高度控制在0.8mm。流延過(guò)程中用耐高溫陶瓷做襯底，襯底處施加脈沖磁場(chǎng)，脈沖磁場(chǎng)由脈沖電流通過(guò)螺線管線圈產(chǎn)生，磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.7T，磁場(chǎng)梯度為6T/m。
3)漿料干燥溫度為24℃，相對(duì)濕度為40％，漿料干后素胚厚度為0.3mm。在氮?dú)獗Ｗo(hù)下燒結(jié)生坯，控制升溫速率為0.3℃/min，并在500℃保溫2h。以100℃/h加熱至1200℃，保溫2h，隨爐冷卻至200℃取出。
所制備的樣品組織致密，孔隙率低，膜的表面平整。對(duì)實(shí)例2所制備的樣品進(jìn)行電子探針線分析，成分連續(xù)變化，Co粉由一側(cè)的96％減少到另一側(cè)為0％，無(wú)宏觀界面存在。在室溫和1000K之間進(jìn)行熱震性實(shí)驗(yàn)循環(huán)50次，樣品沒(méi)有破損。
實(shí)施例31)選取平均顆粒尺寸為16μm的Co粉末平均顆粒尺寸為28μm的TiC粉末，按比例1∶1組成混合粉末，加入混合溶劑?；旌先軇槿纫蚁┖图滓彝?∶1混合，并加入分散劑鯡魚(yú)油。將以上原料混合球磨30h，然后加入粘結(jié)劑PVB，塑性劑甘油。粘接劑為漿料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的20％，粘結(jié)劑/塑性劑重量比為0.8，再球磨30h，。用超聲分散5min。經(jīng)真空脫氣，除去氣泡后，制成均勻彌散的漿料。此漿料中溶劑體積分?jǐn)?shù)為漿料的50％，分散劑為漿料體積分?jǐn)?shù)的2％，漿料粘度為80mPa·s，pH值為7，溫度為30℃。
2)流延時(shí)環(huán)境溫度為23℃，采用的流延速度為0.8cm/s，刮刀的高度控制在0.8mm，流延過(guò)程中用耐高溫陶瓷做襯底，襯底處施加脈沖磁場(chǎng)，脈沖磁場(chǎng)由脈沖電流通過(guò)螺線管線圈產(chǎn)生，磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.5T，磁場(chǎng)梯度為4T/m。
3)漿料干燥溫度為24℃，相對(duì)濕度為30％，漿料干后素胚厚度為0.3mm。在石墨粉末保護(hù)下燒結(jié)生坯，控制升溫速率為0.5℃/min，并在400℃保溫2h，以100℃/h加熱至1300℃，保溫2h。隨爐冷卻至200℃取出。
所制備的樣品組織致密，孔隙率低，膜的表面平整。對(duì)實(shí)例3所制備的樣品進(jìn)行電子探針線分析，孔隙率低，成分連續(xù)變化。Co粉由一側(cè)的16％減少到另一側(cè)的0％，無(wú)宏觀界面存在。在室溫和1000K之間進(jìn)行熱震性實(shí)驗(yàn)循環(huán)50次，樣品沒(méi)有破損。
實(shí)施例41)選取平均顆粒尺寸為20μm的鎳粉末和平均顆粒尺寸為12.2μm的ZrO2粉末，按比例1∶1組成混合粉末，加入混合溶劑。混合溶劑為丁酮和乙醇的按1∶1混合，并加入分散劑磷酸酯，將以上原料混合球磨30h，然后加入粘結(jié)劑PVB，塑性劑聚乙二醇(PEC)和鄰苯二甲酸(PHT)。粘接劑為漿料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的30％，粘結(jié)劑/塑性劑重量比為0.8。再球磨36h，漿料用超聲分散3min，經(jīng)真空脫氣，除去氣泡后制成均勻彌散的漿料。此漿料中溶劑體積分?jǐn)?shù)為漿料的60％，分散劑為漿料體積分?jǐn)?shù)的2％，漿料粘度為30mPa·s，pH值為6.2，溫度為30℃。
2)流延時(shí)環(huán)境溫度為28℃，采用的流延速度為1.0cm/s，刮刀的高度控制在1mm，流延過(guò)程中用耐高溫陶瓷做襯底。襯底處施加脈沖磁場(chǎng)，脈沖磁場(chǎng)由脈沖電流通過(guò)螺線管線圈產(chǎn)生，磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.8T，磁場(chǎng)梯度為7T/m。
3)漿料干燥溫度為24℃，相對(duì)濕度為40％，漿料干后素胚厚度為0.4mm。在石墨粉末保護(hù)下燒結(jié)生坯，控制升溫速率為0.5℃/min，并在500℃保溫2h。再以100℃/h加熱至1300℃，保溫2h。隨爐冷卻至200℃取出。
所制備的樣品組織致密，孔隙率低，膜的表面平整。對(duì)實(shí)例4所制備的樣品進(jìn)行電子探針線分析，孔隙率低，成分連續(xù)變化。Ni粉由一側(cè)的94％減少到另一側(cè)的0％，無(wú)宏觀界面存在。在室溫和1000K之間進(jìn)行熱震性實(shí)驗(yàn)循環(huán)50次，樣品沒(méi)有破損。
實(shí)施例51)選取平均顆粒尺寸為16μm的Co粉和平均顆粒尺寸為9μm的Si3N4粉末，按比例1∶1組成混合粉末，加入混合溶劑。混合溶劑為甲乙酮和乙醇，按1∶1混合，并加入分散劑三乙醇胺。將以上原料混合球磨30h，然后加入粘結(jié)劑PVB，塑性劑聚乙二醇(PEC)和鄰苯二甲酸(PHT)。粘接劑為漿料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的30％，粘結(jié)劑/塑性劑重量比為0.8，再球磨36h，漿料用超聲分散3min，經(jīng)真空脫氣，除去氣泡后制成均勻彌散的漿料。此漿料中溶劑體積分?jǐn)?shù)為漿料的60％，分散劑為漿料體積分?jǐn)?shù)的2％，漿料粘度為30mPa·s，pH值為6.2，溫度為30℃。
2)流延時(shí)環(huán)境溫度為28℃，采用的流延速度為1.0cm/s，刮刀的高度控制在1mm，流延過(guò)程中用耐高溫陶瓷做襯底，襯底處施加脈沖磁場(chǎng)。脈沖磁場(chǎng)由脈沖電流通過(guò)螺線管線圈產(chǎn)生，磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.8T，磁場(chǎng)梯度為7T/m。
3)漿料干燥溫度為24℃，相對(duì)濕度為30％料干后素胚厚度為0.4mm。在氮?dú)獗Ｗo(hù)下燒結(jié)生坯，控制升溫速率為0.6℃/min，并在400℃保溫2h。隨后以100℃/h加熱至1300℃，保溫2h。隨爐冷卻至200℃取出。
所制備的樣品組織致密，孔隙率低，膜的表面平整。對(duì)實(shí)例4所制備的樣品進(jìn)行電子探針線分析，孔隙率低，成分連續(xù)變化。Co粉由一側(cè)的96％減少到另一側(cè)的0％，無(wú)宏觀界面存在。在室溫和1000K之間進(jìn)行熱震性實(shí)驗(yàn)循環(huán)50次，樣品沒(méi)有破損。
權(quán)利要求
1.一種脈沖磁場(chǎng)中強(qiáng)磁-弱磁梯度材料流延成型制備方法，其特征在于它的步驟為1)漿料制備將顆粒尺寸為0.1～100μm的強(qiáng)磁性鎳粉或鈷粉，與顆粒尺寸為0.1～100μm的ZrO2、SiC、AlN、Si3N4、B4C、SiO2、TiC、Al2O3中的一種或幾種按0.1～10∶1的重量比混合，加入有機(jī)溶劑、分散劑、塑性劑、粘結(jié)劑，在球磨機(jī)中球磨5～30h；加入塑性劑與粘結(jié)劑，在球磨機(jī)中再球磨10～40h，超聲波彌散化處理1～15min，真空脫氣，得到彌散漿料，漿料粘度為1～100mPa·s，pH值為5～12；2)脈沖磁場(chǎng)中流延成型將彌散漿料注入流延機(jī)中，刮刀的高度為0.4～1.0mm，控制流延機(jī)速度為0.5～5cm/s，流延時(shí)用耐高溫陶瓷做襯底，在襯底處間斷性施加脈沖磁場(chǎng)，磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.1～5.0T，磁場(chǎng)梯度為0.1～50T/m；3)干燥與燒結(jié)干燥溫度20～30℃，相對(duì)濕度為30～60％，漿料干燥后素胚厚度0.1～0.5mm。干燥完成后進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)在石墨或氮?dú)獾谋Ｗo(hù)環(huán)境中，控制燒結(jié)升溫速率為0.2～2℃/min，在150～600℃保溫1～5h，再加熱至1200～1400℃，保溫1～3h，最后隨爐冷卻至100～400℃取出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用流延成型法在脈沖磁場(chǎng)中制備強(qiáng)磁-弱磁梯度材料的方法，其特征在于所述的脈沖磁場(chǎng)是利用電容器瞬間放電產(chǎn)生的脈沖電流通過(guò)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用流延成型法在脈沖磁場(chǎng)中制備強(qiáng)磁-弱磁梯度材料的方法，其特征在于所述的有機(jī)溶劑為乙醇、甲乙酮、丁酮或三氯乙烯中的一種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種采用流延成型法在脈沖磁場(chǎng)中制備強(qiáng)磁-弱磁梯度材料的方法，其特征在于所述的乙醇與甲乙酮、三氯乙烯與甲乙酮、三氯乙烯與乙醇或丁酮與乙醇按0.1～10∶1比例混合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用流延成型法在脈沖磁場(chǎng)中制備強(qiáng)磁-弱磁梯度材料的方法，其特征在于所述的彌散漿料中的有機(jī)溶劑體積分?jǐn)?shù)為漿料的20～60％。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用流延成型法在脈沖磁場(chǎng)中制備強(qiáng)磁-弱磁梯度材料的方法，其特征在于所述的分散劑為鯡魚(yú)油、磷酸酯、三油酸甘油酯或三乙醇胺。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用流延成型法在脈沖磁場(chǎng)中制備強(qiáng)磁-弱磁梯度材料的方法，其特征在于所述彌散漿料中的分散劑為漿料體積分?jǐn)?shù)的0.2～5％。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用流延成型法在脈沖磁場(chǎng)中制備強(qiáng)磁-弱磁梯度材料的方法，其特征在于所述的粘接劑為聚乙烯醇縮丁醛或聚乙烯醇。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用流延成型法制備強(qiáng)磁-弱磁梯度材料的方法，其特征在于所述的塑性劑為甘油、鄰苯二甲酸二辛酯、聚乙二醇或鄰苯二甲酸中的一種或幾種。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用流延成型法在脈沖磁場(chǎng)中制備強(qiáng)磁-弱磁梯度材料的方法，其特征在于所述彌散漿料中的粘接劑為漿料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的10～30％；粘結(jié)劑/塑性劑重量比為0.5～1.0。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種脈沖磁場(chǎng)中強(qiáng)磁－弱磁梯度材料流延成型制備方法。其步驟為1)將陶瓷粉末和強(qiáng)磁性的金屬粉末按一定比例與有機(jī)溶劑及添加劑混合，并在球磨機(jī)中攪拌制成均勻彌散的漿料；2)在磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.1～5.0T，磁場(chǎng)梯度為0.1～50T/m的脈沖磁場(chǎng)中流延成膜；3)干燥、燒結(jié)成型。本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)改變脈沖磁場(chǎng)強(qiáng)度，磁場(chǎng)梯度可以制備出成分連續(xù)變化、面積大、薄平的強(qiáng)磁－弱磁梯度材料。利用較成熟的流延工藝使生產(chǎn)梯度功能材料的工藝簡(jiǎn)化、成本降低。
文檔編號(hào)H01F41/00GK1915626SQ200610053250
公開(kāi)日2007年2月21日 申請(qǐng)日期2006年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月1日
發(fā)明者彭曉領(lǐng), 嚴(yán)密, 馬天宇, 羅偉 申請(qǐng)人:浙江大學(xué), 橫店集團(tuán)東磁股份有限公司