采用叠层法制备功能梯度材料的方法技术

采用叠层法制备功能梯度材料的方法，分层实体造型是一种快速成型制造技术。在快速成型制造过程中，传统的材料余量的去除被一种通过逐渐增加材料而成型的方法所替代。快速成型制造方法能够与ＣＡＤ，激光，光化学以及聚合物技术相结合实现一体化制造过程。分层实体造型制造过程是从传统的３维ＣＡＤ文档开始，该文档被转化成制造用的标准格式（＊．ＳＴＬ文件），然后再通过分离程序将材料模型片解成很多非常薄的断面。根据这些断面的轮廓设计的扫描路径控制成形台和激光扫描仪的移动。本发明专利技术组成包括：坯体的设计、素坯的制备、坯体的分层、片层的制备、坯体的制备、坯体自蔓延燃烧合成。本发明专利技术涉及功能梯度材料制备领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种叠层法燃烧合成技术制造TiC-Ni功能梯度材料。
技术介绍
现有的功能梯度材料是一种新型材料设计概念。功能梯度材料的组成和结 构呈现梯度分布，因此性能也呈现持续变化。作为非均质材料，功能梯度材料 在特定条件下具有均质材料所不具备的优良性能。功能梯度材料是一种显微组 分、结构、性能阶梯变化的高性能材料。具有较高机械强度、抗热冲击、耐高 温性能等特点。在电子部件、人造牙、汽车发动机、制动器、化工部件等有广 泛的应用。FGM的制备方法有气相沉积法、粒子排列法、电沉积法等。气相沉 积和电沉积法不能制备大厚度块材，粒子排列法工序复杂、成分梯度控制困难。功能梯度材料分为两步制造，分别是成型过程和合成过程。前者包括堆积， 溅射沉积，浇注成型和涂层过程。后者包括物理气相沉积，化学气相沉积，电 镀，粉末烧结和燃烧合成技术(或者叫自蔓燃高温合成技术)。分层实体造型是一种快速成型制造技术。在快速成型制造过程中，传统的 材料余量的去除被一种通过逐渐增加材料而成型的方法所替代。快速成型制造 方法能够与CAD，激光，光化学以及聚合物技术相结合实现一体化制造过程。分 层实体造型制造过程是从传统的三维CAD文档开始，该文档被转化成制造用的 标准格式(*. STL文件)，然后再通过分离程序将材料模型片解成很多非常薄的断 面。根据这些断面的轮廓设计的扫描路径控制成形台和激光扫描仪的移动。不 同的材料带经过的时候被激光束根据一片一片的断面进行切除，这些断面堆垛 形成要求尺寸的元件。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对TiC-Ni功能梯度材料，提供-种低成本，高效率的叠 层法制造技术。上述的目的通过以下的技术方案实现，其组成包括坯体的设计、素坯的 制备，然后进行坯体的分层、片层的制备、坯体的制备、坯体自蔓延燃烧合成， 所述的坯体的分层是用三维图形软件将设计好的坯体输入至计算机内，并生成 标准格式*. STL文件，使用分离程序将已经生成的STL文件中的坯体分割为一定 厚度的片层。所述的，所述的素坯的制备是将无定 形石墨和钛粉以相同的摩尔数混合，质量比为1: 4，然后在石墨与钛粉的混合 粉体中根据梯度的要求加入Ni粉，使Ni粉在混合物中的质量百分比为0. l 50%，从而形成Ni含量不同的粉体，将这些Ni含量不同的粉体分别放入球磨罐 中进行球磨10 20小时后转移至烘干箱中进行烘干，待充分干燥后用轧膜机将 其轧制成一定厚度的素坯带。所述的，所述的片层的制备是釆用数 控加工设备将已经制备好的素坯带加工片层。所述的采用叠层法制备功能梯度 材料的方法，所述的坯体的制备是使用有机粘结剂将生成的片层按一定的次序 粘结在一起，形成坯体。所述的，所述的坯体自蔓延燃烧合成 是先将已经粘结在一起的坯体加热到200 400'C，以去除坯体中的有机物，达 到脱脂的目的，然后将坯体转移至模具内，将Ni含量较小的一端向下，向模具 内加入二氧化硅作为填充物，用制备素坯的无定形石墨和钛的混合粉作为点火 剂，点火剂的质量为5 15g，点火方式则使用电阻丝加热的方式，当点火后10 20s使用高压120t的对素坯进行压制，形成功能梯度材料。 '这个技术方案有以下有益效果1. 本专利技术产生的高反应温度能够挥发低沸点的不纯杂质，产生较为纯净 的产品。2. 本专利技术自蔓燃反应的发热本质避免了对昂贵的设备和仪器的需求3. 本专利技术相当短的发生反应时间降低了操作和处理的成本4. 本专利技术高热梯度和快速冷却率产生了非均衡或者叫亚稳态相5. 本专利技术能够利用反应化学能一步完成无机材料的合成和加固。6. 本专利技术能制备出完全相同的功能梯度材料，而其他方法是很难或不可 能做到这一点。 附图说明附图1是本专利技术制备原理示意图。 本专利技术的具体实施例方式实施例1:，其组成包括坯体的设计、素坯的 制备、坯体的分层、片层的制备、坯体的制备、坯体自蔓延燃烧合成，所述的 坯体的分层是用三维图形软件将设计好的坯体输入至计算机内，并转化为标准格式文件O.STL)。使用分离程序将已经生成的STL文件中的坯体分割为一定 厚度的片层。所述的，所述的坯体的设计是根据对 功能梯度材料的要求，设计功能材料的梯度及各组分(无定形石墨、钛粉和Ni 粉)的含量。所述的，所述的素坯的制备是将无定 形石墨和钛粉以相同的摩尔数混合(质量比为1: 4)，然后在石墨与钛粉的混合 粉体中根据梯度要求加入0. 1 50wt96的Ni粉，从而形成Ni含量不同的粉体， 将这些Ni含量不同的粉体分别放入球磨罐中进行球磨10 20小时后转移至烘 干箱中进行烘干。待充分干燥后用轧膜机将其轧制成一定厚度的素坯带。所述的，所述的片层的制备是使用如 附图所示的数控加工设备将已经制备好的素坯带加工成如附图所示的形状。所述的，所述的坯体的制备是使用有 机粘结剂将生成的片层按一定的次序粘结在一起，形成坯体。所述的，所述的坯体自蔓延燃烧合成 是先将已经粘结在一起的坯体加热到200 40(TC，以去除坯体中的有机物，达 到脱脂的目的，然后将坯体转移至模具内，将Ni含量较小的一端向下，向模具 内加入二氧化硅作为填充物，用制备素坯的无定形石墨和钛的混合粉作为点火 剂，点火剂的质量为5 15g,点火方式则使用电阻丝加热的方式，当点火后10 20s使用高压120t的对素坯进行压制，形成功能梯度材料。 实施例2:1、 坯体的设计在本实施例中设计的功能梯度材料的长度为12.5mm、 一 端Ni含量为50wtJ，另一端Ni含量为9.09K。其成分在坯体的长度方向上均 匀减小。2、 素坯的制备将100g无定形石墨粉和400g的钛粉混合在一起，放在搅 拌器中进行搅拌2小时即可。然后将其分成10份，每份50g。在每一份中加入 的Ni粉的重量不相同。其分布为一等差数列即在第一份中加入5gNi粉，第 二份中加入10g Ni粉，第三份中加入15g Ni粉，依此类推，最后一份中加入50g Ni粉。将这些Ni含量不同的粉体转移到球磨机中进行12小时的球磨。当球磨 结束后，将这些粉体转移到烘干设备中干燥2小时。最后将粉体放入轧片机中 轧制成2. 5mm厚的素坯带。3、 坯体的分层使用了传统的三维CAD软件将所要制备的坯体的三维图 形输入计算机，并转化为标准格式文件(*.STL)。使用分离程序将已经生成的 STL文件中的坯体分割为2. 5mm的片层。4、 片层的制备使用计算机对控制数控激光加工设备，对已经制备出的素 坯带进行加工，切割出预期的片层形状。5、 坯体的制备在步骤4中制备的片层表面均匀地涂上PVA，厚度大约在 O.lmm左右。由于片层强度较低，因此应尽量减少其搬运，以防止其破裂。将所 有的片层按Ni粉含量的大小不同依次叠放起来，形成坯体。放入干燥箱内进行干燥，先去除片层中部分有机物。6、 坯体3自蔓延燃烧合成将坯体的温度升高到30(TC，并保持1小时-以将坯体中的有机物尽可能去除。然后将其转移到模具2内，Ni粉含量低的一 端朝下。向模具内加入二氧化硅5作为填充物。使用10gTi粉和无定型石墨(重 量比为4: 1)点火剂，点火方式为使用电热钨丝点燃点火器4的方法。点火器 通过导线7给加热装置4通电并将引燃剂点燃而使坯体3燃烧，当点火15s后 通过压头1向坯体3施加120t的压力，冷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用叠层法制备功能梯度材料的方法，其组成包括：坯体的设计、素坯的制备，其特征是：然后进行坯体的分层、片层的制备、坯体的制备、坯体自蔓延燃烧合成，所述的坯体的分层是用三维图形软件将设计好的坯体输入至计算机内，并生成标准格式＊．ＳＴＬ文件，使用分离程序将已经生成的ＳＴＬ文件中的坯体分割为一定厚度的片层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：韩杰才，张宇民，周玉锋，孟松鹤，杜善义，左洪波，赫晓东，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]