连续成分无机块材自动化快速制备系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种连续成分无机块材自动化快速制备系统，包括原料装置、混合室、负压出料装置、样品模具、传输带和样品压头，若干原料装置设置于混合室的上方，所述负压出料装置置于混合室的底部，负压出料装置的底部设有样品模具，样品模具安装在传输带上。本发明所提出的连续成分无机块材自动化快速制备系统工作原理简单，无需复杂的动力控制系统，工作时安全可靠；通过控制活塞冲程来形成配比连续渐变的送料机制大大缩减了原料配制的速度及原料比例的可靠性；通过气域湍流的混合方式可使各原材料充分均匀混合；负压出料装置可保证混合室中得到的混合均匀样品完全出料，提高生产效率。
【专利说明】
连续成分无机块材自动化快速制备系统
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种自动化快速制备系统，具体涉及一种连续成分无机块材自动化快速制备系统。
【背景技术】
[0002]梯度功能材料(Funct1nally Gradient Materials:FGM)是指通过连续(或准连续)地改变两种材料的结构、组成、密度等因素，使其内部界面减少乃至消失，从而得到能相应于组成与结构的变化而性能渐变的新型非均质复合材料。与传统的复合材料相比，梯度功能材料不仅提供了优异的抗断裂和耐热冲击性能，而且在超高温环境下具有优良的隔热性能、可设计性能、有效缓解材料内部热应力等各种特殊性能，从而被广泛的适用于航空航天、化学工业、电子、光学、生物医学工程等领域。
[0003]目前已提出多种FGM制备方法，可分为两大类:一是间隔梯度层，如传统干粉铺叠成型，各层间总存在成分间断;二是连续梯度层，如气相沉积法，等离子喷涂法，粉末冶金法及激光熔覆法等。具体介绍如下:
气相沉积法可分为化学气相沉积法、物理气相沉积法以及物理化学气相沉积法。气相沉积法可制备出大尺寸的试样，但缺点是合成速度低，一般不能制备出尺度大的梯度膜，且设备要求高。
[0004]等离子喷涂法以气体作载体将喷涂材料(粉末)吹入等离子射流中，使之成熔融态，并以极高的速度喷设置基材表面，形成扁平的层状结构涂层。根据粉末的种类分别调整喷枪位置、喷射角度，以及喷涂工艺参数，因此能够比较容易地精确控制粉末的混合比与喷射量，但是为了使独立喷涂的异种粒子在涂层中各区域的分布都是均匀的，可能存在等离子射流间的相互干扰以及喷涂条件变化产生的异种粒子间结合不牢的问题，并且制备成本也相应增加。
[0005]粉末冶金法以各种金属、非金属及化合物粉末为原料，采用一定的工艺成形后，进行烧结后处理，通过控制原料粉末的成分(粒度)、烧结温度、烧结时间等工艺条件，最终可获得沿截面具有连续成分或晶粒度梯度的材料。粉末冶金法具有设备简单、易于操作和成本低等优点，但需要对报文温度和冷却速度进行严格控制。
[0006]激光熔覆法是随着激光技术的发展而产生的一种新兴的材料制备方法。其原理是:将混合后的粉末通过喷嘴喷至基体表面，然后通过改变激光功率、光斑尺寸和扫描速度加热粉体，在基体表面形成熔池，并在此基础上通过改变粉末成分，向熔池中不断喷粉，以获得梯度功能涂层。在激光作用下，添加粉料与基体表面一起熔化生成合金层。随着上述过程的不断重复，通过控制初始层的粉料数量和厚度，使得合金层中离基体越远的地方基体成分含量越少而形成成分梯度分布。激光熔覆法是一种非常快速的工艺，但需要特殊的设备。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种连续成分无机块材自动化快速制备系统，从而保证连续成分无机块材的快速制造，实现对连续成分样品烧结成型，提高连续成分样品制备速度。
[0008]为达到上述目的，本发明的技术方案为:
一种连续成分无机块材自动化快速制备系统，包括原料装置、混合室、负压出料装置、样品模具、传输带和样品压头，若干原料装置设置于混合室的上方，所述负压出料装置置于混合室的底部，负压出料装置的底部设有样品模具，样品模具安装在传输带上;原材料按比例从几个原料装置中分别进入到混合室中，在混合室中通入一定速度的氦气产生湍流，使各原材料均匀混合;所述负压出料装置的出料口处有负压源，均匀混合的原料装受到压强差和重力的双重作用从出料口进入到样品模具中，在梯度成分样品形成后，传送带运转，装有梯度成分样品的样品模具进入到下一个工位，将所述梯度成分样品采用粉末冶金方法形成连续成分多晶块体材料，并用压头压紧，制备连续成分无机块材。
[0009]所述原料装置由活塞压头、管状容器、电磁阀组成，所述活塞压头置于活塞压头内，处于粉状原材料顶端，所述电磁阀置于管状容器的出口处;通过图像处理技术监控活塞压头运动，并通过PLC控制活塞压头的运动和电磁阀的开关。
[0010]本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著技术进步:
本发明所提出的连续成分无机块材自动化快速制备系统工作原理简单，无需复杂的动力控制系统，工作时安全可靠;通过控制活塞冲程来形成配比连续渐变的送料机制大大缩减了原料配制的速度及原料比例的可靠性;通过气域湍流的混合方式可使各原材料充分均匀混合;负压出料装置可保证混合室中得到的混合均匀样品完全出料，提高生产效率。
【附图说明】
[0011 ]图1为连续成分无机块材自动化制备系统示意图。
[0012]图2为原料装置示意图。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。
[0014]参见图1，一种连续成分无机块材自动化快速制备系统，包括原料装置1、混合室2、负压出料装置3、样品模具4、传输带5和样品压头8，若干原料装置I设置于混合室2的上方，所述负压出料装置3置于混合室2的底部，负压出料装置3的底部设有样品模具4，样品模具4安装在传输带5上。混合室2底部具有一定的倾角，以便于均匀混合后的原材料样品进入负压出料装置3中。混合室2进气口和出气口处均有过滤网，以防原材料进入进气管道和出气管道。
[0015]参见图2，所述原料装置I由活塞压头101、管状容器102、电磁阀103组成，所述活塞压头101置于活塞压头101内，处于粉状原材料104顶端，所述电磁阀103置于管状容器102的出口处;所述管状容器102选用透明的有机玻璃PMMA材料，在其上边刻好刻度。电磁阀1 3选用电磁开关阀。由于管状容器102内径已知，因此原料质量和活塞压头101冲程成正比，故只需控制活塞压头101冲程就可控制进料量。采用图像处理技术来监控活塞压头101的运动轨迹，当活塞压头101运动到指定位置(即活塞压头101运动至管状容器102指定某刻度)时，通过PLC控制活塞压头1I停止运动，并同时控制电磁阀103断电停止供料。
[0016]工作时，利用PLC控制活塞压头101运动和电磁阀103开关，当活塞压头101停止运动时电磁阀103断电停止供料。待一定质量的粉末状原材料104进入到混合室2中之后，通过通入速度范围为4m/s到6m/s的氦气(保护气，不与粉末状原材料104发生反应)形成湍流使各原材料均匀混合。反应完成之后打开负压出料装置3出料口处的负压源，由于出料口出压强比混合室2中压强小，均匀混合的材料样本受到压强差和重力的双重作用从出料口进入到已就位的样品模具4中。等到梯度成分样品6形成之后，传出带5运转，样品模具4进入到下一个工位。将梯度成分样品6采用自蔓延高温合成等粉末冶金方法形成连续成分多晶块体材料7，并用压头8压紧，自此连续成分无机块材完成。
【主权项】
1.一种连续成分无机块材自动化快速制备系统，包括原料装置(1)、混合室(2)、负压出料装置(3)、样品模具(4)、传输带(5)和样品压头(8)，其特征在于:若干原料装置(I)设置于混合室(2)的上方，所述负压出料装置(3)置于混合室(2)的底部，负压出料装置(3)的底部设有样品模具(4)，样品模具(4)安装在传输带(5)上；原材料按比例从几个原料装置(I)中分别进入到混合室(2)中，在混合室(2)中通入一定速度的氦气产生湍流，使各原材料均匀混合;所述负压出料装置(3)的出料口处有负压源，均匀混合的原料装受到压强差和重力的双重作用从出料口进入到样品模具(4)中，在梯度成分样品(6)形成后，传送带(5)运转，装有梯度成分样品(6)的样品模具(4)进入到下一个工位，将所述梯度成分样品(6)采用粉末冶金方法形成连续成分多晶块体材料(7)，并用压头(8)压紧，制备连续成分无机块材。2.根据权利要求1所述的连续成分无机块材自动化快速制备系统，其特征在于:所述原料装置(I)由活塞压头(101)、管状容器(102)、电磁阀(103)组成，所述活塞压头(101)置于活塞压头(101)内，处于粉状原材料(104)顶端，所述电磁阀(103)置于管状容器(102)的出口处;通过图像处理技术监控活塞压头(101)运动，并通过PLC控制活塞压头(101)的运动和电磁阀(103)的开关。
【文档编号】B22F1/00GK106041065SQ201610531555
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月8日
【发明人】蒲华燕, 邹俊, 杨扬, 谢少荣, 罗均, 陈功
【申请人】上海大学