一种在梯度磁场中粉浆浇铸制备功能梯度材料的新方法

在本篇文章中，作者探讨了一种新方法——在外加梯度磁场作用下采用粉浆浇注法制备功能梯度材料。功能梯度材料（FGM）是一种内部组成和结构随着位置连续变化的复合材料。利用不同物质磁学性质的差异，在梯度磁场中浆料中不同磁性能的颗粒因受磁场力不同而重新排布，以实现试样成分的梯度分布。 文章介绍了功能梯度材料的研究背景。由于功能梯度材料可以根据其组成和结构的连续变化满足单一材料内部不同部位实现不同功能的需要，因此成为了研究的热点。文章指出，功能梯度材料的研究主要包括材料设计、材料制备和性能评价三个方面，而材料的制备和结构控制是其中的重点。当前报道的制备方法有粉末冶金法、气相沉积法、离心沉淀法、自蔓延燃烧法和等离子喷涂法等。 接着，文章详细说明了新提出的方法。该方法采用外加梯度磁场，使得浆料中不同磁性能的颗粒在磁场力的作用下重新排布，从而实现试样成分的梯度分布。实验中选用铁磁性的Ni和弱磁性的ZrO2作为原料，通过粉浆浇注法成功制备出了成分连续变化的ZrO2/Ni功能梯度材料。 实验部分描述了原料的选用、浆料的制备过程、成型与烧结工艺。原料包括YSZ-F-DM-3.0型部分稳定ZrO2粉末和Ni粉末，以及聚乙烯吡咯烷酮作为分散剂。粉料与水混合后球磨2小时，再通过机械搅拌得到均匀的浆料，然后注入模具中，在梯度磁场作用下成型，并在真空烧结炉中烧结致密化。 利用X射线衍射仪、金相显微镜和能谱分析仪对制备出的ZrO2/Ni功能梯度材料进行了相组成、微观结构和成分分布的表征，并进行了理论分析。X射线衍射图谱显示，Ni以单质形式存在，并未出现异常氧化，而ZrO2主要以四方型相存在。通过微观形貌分析，可观察到未施加磁场和施加梯度磁场下试样的区别。 作者提出了新方法的创新点和优势：利用物质磁学性质差异在外加梯度磁场作用下通过粉浆浇注法制备出成分连续变化的功能梯度材料，解决了粉末冶金法成分呈现阶梯分布的问题，为功能梯度材料的制备提供了新的思路。 在本篇文章中，还提到了相关的理论和实验技术，例如： - 梯度磁场的设定：实现磁场力对浆料中颗粒不同影响的关键在于磁场梯度的大小，本实验中磁场梯度设置为0.5T/m。 - 粉浆浇注法：是一种将粉末和溶剂混合成浆状后再进行成型的方法。 - 烧结工艺：将成型后的试样在一定条件下进行加热，使粉末粒子之间通过扩散机制形成致密的固体材料。 - X射线衍射分析（XRD）：用来确定材料的相结构，通过衍射峰的强度和位置来分析。 - 金相显微镜分析：观察材料的显微结构和缺陷。 - 能谱分析（EDAX）：结合扫描电镜进行成分分布的分析。 总体来说，新方法利用磁学性质的差异，在磁场的作用下实现了材料成分的连续梯度分布，不仅理论上可行，而且实验也证实了其有效性。这种新方法为功能梯度材料的制备提供了新的视角，具有潜在的应用价值。