基于组分磁性差异制备梯度功能材料研究

论文摘要

陶瓷-金属梯度功能材料有着独特的微观结构，其两侧为不同的材料，中间部分的组成和结构是连续变化的，以减少或消除陶瓷和金属间的界面效应。这种材料能够充分的发挥陶瓷良好的耐高温、抗腐蚀和金属强度高、韧性好的特点，又能很好的解决金属和陶瓷之间热膨胀系数不匹配的问题。本文提出了一种基于组分磁性差异制备梯度功能材料的新方法，即在浆料成型过程中施加梯度外磁场，采用粉浆浇注法制备成分连续变化的铁磁／顺磁梯度功能材料。在系统研究磁性组元颗粒在ZrO2／Ni和ZrO2／Co浆料成型过程中的运动行为基础之上，成功制备出成分连续变化的ZrO2／Ni梯度功能材料，表征了其微观结构和成分分布，并推导出ZrO2／Si梯度材料中Ni成分的分布函数。结合沉降实验和粘度测试实验系统研究了ZrO2／Ni和ZrO2／Co复合浆料中磁性组元在外磁场中的运动行为。经沉降实验测试发现，聚乙烯吡咯烷酮分散剂能有效的改善ZrO2浆料和ZrO2／Co复合浆料的稳定性，分散剂含量在0.5wt％和1.0wt％时ZrO2浆料和ZrO2／Co复合浆料的稳定性相对较好。粘度测试结果表明，分散剂含量在1.0wt％和2.5wt％时ZrO2／Co、ZrO2／Ni复合浆料的粘度最小；随外磁场强度增加，复合浆料的粘度增大；转子转速增大，复合浆料粘度值降低；在低磁场下，高磁性组元浆料粘度值比低磁性组元浆料的粘度值小，当磁场大于400mT时，高磁性组元浆料的粘度值超越低磁性组元浆料的粘度。使用自制的梯度磁场成功制备出成分连续变化的ZrO2／Ni（初始Ni含量20 vol％）梯度功能材料。该材料中包含四方型ZrO2和单质Ni，从其微观结构可以得知，Ni组元在梯度磁场中形成了成分的梯度变化。结合磁性组元颗粒受磁力作用在浆料中运动情况的理论分析，推导出低磁性组元含量成型后制备得到试样成分的分布公式，为利用磁分离技术制备梯度功能材料提供了理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 梯度功能材料研究概况
• 1.2 FGMs的国内外研究
• 1.3 FGMs的制备方法
• 1.4 FGMs的组分分布和设计
• 1.5 FGMs特性评价
• 1.6 FGMs应用前景
• 1.7 研究依据及内容
• 1.7.1 理论依据
• 1.7.2 研究内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 制备FGMs工艺流程
• 2.1.1 沉降实验
• 2.1.2 粘度实验
• 2.1.3 成型烧结工艺
• 2.1.4 梯度磁场的设计
• 2.2 分析测试方法
• 2.2.1 沉降速度测定
• 2.2.2 浆料粘度测定
• 2.2.3 微观结构表征
• 2.2.4 成分分布测试
• 2.3 本章小结
• 2/Ni和ZrO₂/Co浆料中磁性组元颗粒的运动行为'>第三章 ZrO₂/Ni和ZrO₂/Co浆料中磁性组元颗粒的运动行为
• 3.1 分散剂对浆料稳定性的影响
• 2浆料的稳定性研究'>3.1.1 ZrO₂浆料的稳定性研究
• 2/Co浆料的稳定性研究'>3.1.2 ZrO₂/Co浆料的稳定性研究
• 3.2 浆料粘度性能研究
• 3.3 磁性组元颗粒间磁相互作用分析
• 3.4 本章小结
• 2/Ni FGMs的微观结构和成分梯度'>第四章 ZrO₂/Ni FGMs的微观结构和成分梯度
• 2/Ni FGMs的相结构'>4.1 ZrO₂/Ni FGMs的相结构
• 2/Ni FGMs的微观形貌'>4.2 ZrO₂/Ni FGMs的微观形貌
• 2/Ni FGMs的成分分布'>4.3 ZrO₂/Ni FGMs的成分分布
• 4.4 磁性组元颗粒梯度分布的形成
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文
• 致谢