組元磁化法制備ZrO-,2--Ni梯度功能材料研究.pdf

1、在綜述了梯度功能材料制備方法和研究進展的基礎(chǔ)上，本論文提出了一種基于組元磁導率差異制備梯度材料的新方法。具體如下：將梯度磁場作用于由磁性粒子和非磁性粒子組成的復合漿料，磁性粒子將向強磁場區(qū)域移動，沿磁場方向形成成分梯度，通過后續(xù)固化、干燥和燒結(jié)，最終制得梯度材料。 采用這種新方法成功制備出ZrO<,2>/Ni梯度材料。根據(jù)實驗需要設(shè)計了麥克斯韋線圈和亥姆霍茲線圈；采用旋轉(zhuǎn)粘度儀分析了ZrO<,2>/Ni復合漿料的粘度特性；通過金

2、相顯微鏡、掃描電鏡和能譜分析儀等手段，研究了固相分數(shù)、磁場梯度、成型時間、磁性粒子濃度等因素對ZrO<,2>/Ni梯度材料組織和成分分布的影響；通過Monte Carlo模擬的方法，研究了磁場強度、磁場梯度、磁性粒子相互作用、磁性粒子濃度和非磁性粒子濃度等因素對體系中粒子分布的影響。 本文的主要研究結(jié)果如下： 獲得了不同磁場中Ni和ZrO<,2>復合漿料粘度的變化規(guī)律。無外加磁場時，Ni和ZrO<,2>復合漿料的粘度隨P

3、VP分散劑含量的增加先增大后減小，在PVP分散劑含量為1.8wt.％時，漿料粘度值最低。在磁場中，漿料的相對粘度隨著PVP分散劑含量的增加而逐漸降低。漿料粘度隨固相體積分數(shù)的增加而迅速增大。當磁場強度增加時，漿料粘度先迅速增大，然后逐漸趨于穩(wěn)定。此外，漿料粘度隨Ni粒子濃度增加而增大。這是因為Ni粒子會在磁場中團聚形成鏈狀團簇，隨著磁場強度和Ni含量的增加，Ni團簇逐漸增大、增多，導致粘度增大。 掌握了Ni在ZrO<,2>/Ni

4、梯度材料厚度方向的成分梯度隨固相分數(shù)、磁場梯度、磁場作用時間、磁性粒子濃度的變化規(guī)律。隨固相體積分數(shù)的增加，樣品致密度逐漸增大，而成分梯度逐漸降低。隨著磁場梯度增加至3.0 T/m，Ni成分梯度逐漸增大，而沿厚度方向顯微硬度逐漸降低。粒子在漿料中的移動不是瞬時過程，與磁場作用時間有關(guān)。隨著磁場作用時間的延長，成分梯度逐漸增大，在作用時間超過15 s后，漿料結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定。此外，隨漿料中Ni濃度的增加，Ni成分梯度逐漸降低，當Ni含量達到1

5、5 wt.％時，成分梯度已經(jīng)消失。提出了磁性粒子在梯度磁場中的分布模型，合理解釋實驗結(jié)果。 采用Monte Carlo方法分別模擬了勻強磁場和梯度磁場中磁性粒子的運動規(guī)律。結(jié)果表明，在勻強磁場中磁性粒子團聚形成平行磁場方向的鏈狀團簇。團簇隨計算時間的增加而逐漸長大，最后趨于穩(wěn)定。隨著磁性粒子間相互作用的增加，團簇尺寸逐漸增大。 但是，體系中粒子分布卻不受磁場強度的影響。隨著磁性粒子濃度的增加，相鄰磁性粒子間距變小，彼此間