一种梯度陶瓷成形装置制造方法及图纸

本发明专利技术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。通过本发明专利技术，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。

A Gradient Ceramic Forming Device

The invention belongs to the field of gradient ceramic forming, and discloses a gradient ceramic forming device. The device comprises a non-porous die and a first, second and third brackets parallel and relatively arranged in the vertical direction. Conductive carriers are arranged above and below the first bracket to form a uniform electrostatic field between the first bracket and the third bracket. A non-porous die with an external heating pad is arranged on the second bracket when ceramic slurry is injected into the non-porous bracket. After heating the ceramic slurry with heating pad, the ester PH regulator in the slurry hydrolyzes to release weak acid, and reacts with the curing agent in the slurry to release high-valent metal cations. Under the action of electrostatic field, the metal cations present gradient concentration distribution in the ceramic slurry, thus forming gradient ceramics. By the present invention, the gradient ceramics with adjustable composition gradient and continuously changing composition can be formed, the operation is simple, the forming efficiency is high, and the gradient ceramics are suitable for the preparation of various structures and functional gradient ceramics.

【技术实现步骤摘要】
一种梯度陶瓷成形装置
本专利技术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。
技术介绍
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。JeonJH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。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术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，按照本专利技术，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，通过本专利技术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、本专利技术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；2、本专利技术可通过调节外加静电场强度大小实现高价反离子浓度分布的设计与调控，制备出成分梯度可调控的梯度陶瓷；3、本专利技术提供的装置制备出的梯度陶瓷与传统成形工艺制备的梯度陶瓷相比，无明显分层现象，力学性能和梯度功能性优异，成形效率高，设备成本低，操作简单，适用于多种结构和功能梯度陶瓷的制备，普适性强。附图说明图1是按照本专利技术的优选实施例所构建的梯度陶瓷成形装置的结构示意图；图2是按照本专利技术的优选实施例所构建的成形装置中成形平台侧视图；图3是按照本专利技术的优选实施例所构建的无孔模具俯视图；图4是按照本专利技术的优选实施例所构建的制备陶瓷浆料过程中的原理图。在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-直流电源，12-导线，13-电路控制开关，2-成形平台，21-第一支架，22-第二支架，23-第三支架，24-Z轴导杆，3-导电载体，4-无孔模具，5-加热垫片，6-温度在线监控部件，7-硅胶加热电源。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。图1是按照本专利技术的优选实施例所构建的梯度陶瓷成形装置的结构示意图，如图1所示，一种梯度陶瓷成形装置，包括直流电源1、成形平台2、硅胶加热垫片5和硅胶加热电源7；成形平台2包括相互平行的第一支架、第二支架和第三支架，支架均固定在一根Z轴导杆上，并可在导杆上任意移动位置；第一支架上方和第三支架下方放置导电载体3，其通过导线与直流电源1相连接，导线上设有电路控制开关，第二支架上放置用于梯度陶瓷成形的无孔模具4，其周围紧密包套上硅胶加热垫片5；加热垫片5，本实施例中采用的硅胶加热垫片设有温度在线监控部件6，并通过导线与硅胶加热电源7相连接。优选地，直流电源1为电压可调电源，其电压可调范围为1～60V，可用于调控成形平台的静电场强度大小；优选地，导电载体3优选为导电玻璃、导电橡胶和导电金属中的一种或多种，连通直流电源1时可在导电载体间形成静电场，其场强大小可通过调节导电载体间的距离进行调控；优选地，温度在线监控部件6用于对硅胶垫片的加热和温度在线监测，其加热温度范围优选为40～85℃。本专利技术提供的一种梯度陶瓷成形装置，具体通过电场调控陶瓷浆料中带电荷的高价反离子定向移动形成浓度梯度分布，浆料原位固化和烧结后得到成分连续、无分层的梯度陶瓷。该方法成形的梯度陶瓷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，并且可调整直流电源1的电压大小和导电载体3之间的距离实现高价反离子浓度分布的设计与调控，制备出成分梯度可调的梯度陶瓷。该方法可一步成形出成分连续的梯度陶瓷素坯，成形效率高，设备成本低，操作简单，适用于多种结构和功能梯度陶瓷的制备，并且与传统成形工艺制备的梯度陶瓷相比，本方法成形的梯度陶瓷无明显分层现象，其力学性能和梯度功能性更加优异。本专利技术实施例中，直流电源1是与导电载体3通过导线12与电路控制开关13相连接，直流电源1的电压大小可调，且电压可调范围为1～60V，当电路连通时，导电载体31、32之间会形成均匀的静电场，其场强大小可通过调整电压大小实现有效调控。在均匀静电场下，无孔模具4中陶瓷浆料里带电荷的高价反离子会发生定向移动从而在浆料中形成浓度梯度分布，浆料原位固化后会得到成分连续且无分层现象的梯度陶瓷素坯。图2是按照本专利技术的优选实施例所构建的成形装置中成形平台侧视图，如图2所示，成形平台2中的第一支架21、第二支架22和第三支架23相互平行且连接在同一根Z轴导杆上，导电载体31放置于第一支架21上方，导电载体32放置于第三支架23下方，在连通电源时导电载体31、32之间会形成均匀的静电场，其场强大小可通过调整导电载体31和32的间距实现有效调控，无孔模具4放置于第二支架22上方，连通电源时可保证陶瓷浆料的固化过程在均匀的静电场中进行。图3是按照本专利技术的优选实施例所构建本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种梯度陶瓷装置，其特征在于，所述装置包括第一支架(21)、第二支架(22)、第三支架(23)和无孔模具(4)，其中，所述第一支架(21)、第二支架(22)和第三支架(23)在竖直方向上平行且相对设置，所述第一支架(21)的上方和第三支架(23)的下方均设置有导电载体(3)，用于在所述第一支架(21)和第三支架(23)之间形成均匀的静电场，通过调节所述第一支架(21)和第三支架(23)之间的距离调控所述静电场的场强，所述第二支架(22)上设置有所述无孔模具(4)，该无孔模具(4)的外部包覆着加热垫片(5)，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(4)中后，所述加热垫片(5)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。

【技术特征摘要】
1.一种梯度陶瓷装置，其特征在于，所述装置包括第一支架(21)、第二支架(22)、第三支架(23)和无孔模具(4)，其中，所述第一支架(21)、第二支架(22)和第三支架(23)在竖直方向上平行且相对设置，所述第一支架(21)的上方和第三支架(23)的下方均设置有导电载体(3)，用于在所述第一支架(21)和第三支架(23)之间形成均匀的静电场，通过调节所述第一支架(21)和第三支架(23)之间的距离调控所述静电场的场强，所述第二支架(22)上设置有所述无孔模具(4)，该无孔模具(4)的外部包覆着加热垫片(5)，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(4)中后，所述加热垫片(5)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...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴甲民，陈安南，陆路，汪汝健，陈双，刘荣臻，史玉升，李晨辉，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42