連續(xù)成分無(wú)機(jī)塊材自動(dòng)化快速制備系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種連續(xù)成分無(wú)機(jī)塊材自動(dòng)化快速制備系統(tǒng)，包括原料裝置、混合室、負(fù)壓出料裝置、樣品模具、傳輸帶和樣品壓頭，若干原料裝置設(shè)置于混合室的上方，所述負(fù)壓出料裝置置于混合室的底部，負(fù)壓出料裝置的底部設(shè)有樣品模具，樣品模具安裝在傳輸帶上。本發(fā)明所提出的連續(xù)成分無(wú)機(jī)塊材自動(dòng)化快速制備系統(tǒng)工作原理簡(jiǎn)單，無(wú)需復(fù)雜的動(dòng)力控制系統(tǒng)，工作時(shí)安全可靠；通過控制活塞沖程來(lái)形成配比連續(xù)漸變的送料機(jī)制大大縮減了原料配制的速度及原料比例的可靠性；通過氣域湍流的混合方式可使各原材料充分均勻混合；負(fù)壓出料裝置可保證混合室中得到的混合均勻樣品完全出料，提高生產(chǎn)效率。
【專利說(shuō)明】
連續(xù)成分無(wú)機(jī)塊材自動(dòng)化快速制備系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種自動(dòng)化快速制備系統(tǒng)，具體涉及一種連續(xù)成分無(wú)機(jī)塊材自動(dòng)化快速制備系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]梯度功能材料(Funct1nally Gradient Materials:FGM)是指通過連續(xù)(或準(zhǔn)連續(xù))地改變兩種材料的結(jié)構(gòu)、組成、密度等因素，使其內(nèi)部界面減少乃至消失，從而得到能相應(yīng)于組成與結(jié)構(gòu)的變化而性能漸變的新型非均質(zhì)復(fù)合材料。與傳統(tǒng)的復(fù)合材料相比，梯度功能材料不僅提供了優(yōu)異的抗斷裂和耐熱沖擊性能，而且在超高溫環(huán)境下具有優(yōu)良的隔熱性能、可設(shè)計(jì)性能、有效緩解材料內(nèi)部熱應(yīng)力等各種特殊性能，從而被廣泛的適用于航空航天、化學(xué)工業(yè)、電子、光學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域。
[0003]目前已提出多種FGM制備方法，可分為兩大類:一是間隔梯度層，如傳統(tǒng)干粉鋪疊成型，各層間總存在成分間斷;二是連續(xù)梯度層，如氣相沉積法，等離子噴涂法，粉末冶金法及激光熔覆法等。具體介紹如下:
氣相沉積法可分為化學(xué)氣相沉積法、物理氣相沉積法以及物理化學(xué)氣相沉積法。氣相沉積法可制備出大尺寸的試樣，但缺點(diǎn)是合成速度低，一般不能制備出尺度大的梯度膜，且設(shè)備要求高。
[0004]等離子噴涂法以氣體作載體將噴涂材料(粉末)吹入等離子射流中，使之成熔融態(tài)，并以極高的速度噴設(shè)置基材表面，形成扁平的層狀結(jié)構(gòu)涂層。根據(jù)粉末的種類分別調(diào)整噴槍位置、噴射角度，以及噴涂工藝參數(shù)，因此能夠比較容易地精確控制粉末的混合比與噴射量，但是為了使獨(dú)立噴涂的異種粒子在涂層中各區(qū)域的分布都是均勻的，可能存在等離子射流間的相互干擾以及噴涂條件變化產(chǎn)生的異種粒子間結(jié)合不牢的問題，并且制備成本也相應(yīng)增加。
[0005]粉末冶金法以各種金屬、非金屬及化合物粉末為原料，采用一定的工藝成形后，進(jìn)行燒結(jié)后處理，通過控制原料粉末的成分(粒度)、燒結(jié)溫度、燒結(jié)時(shí)間等工藝條件，最終可獲得沿截面具有連續(xù)成分或晶粒度梯度的材料。粉末冶金法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、易于操作和成本低等優(yōu)點(diǎn)，但需要對(duì)報(bào)文溫度和冷卻速度進(jìn)行嚴(yán)格控制。
[0006]激光熔覆法是隨著激光技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的一種新興的材料制備方法。其原理是:將混合后的粉末通過噴嘴噴至基體表面，然后通過改變激光功率、光斑尺寸和掃描速度加熱粉體，在基體表面形成熔池，并在此基礎(chǔ)上通過改變粉末成分，向熔池中不斷噴粉，以獲得梯度功能涂層。在激光作用下，添加粉料與基體表面一起熔化生成合金層。隨著上述過程的不斷重復(fù)，通過控制初始層的粉料數(shù)量和厚度，使得合金層中離基體越遠(yuǎn)的地方基體成分含量越少而形成成分梯度分布。激光熔覆法是一種非?？焖俚墓に?，但需要特殊的設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種連續(xù)成分無(wú)機(jī)塊材自動(dòng)化快速制備系統(tǒng)，從而保證連續(xù)成分無(wú)機(jī)塊材的快速制造，實(shí)現(xiàn)對(duì)連續(xù)成分樣品燒結(jié)成型，提高連續(xù)成分樣品制備速度。
[0008]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
一種連續(xù)成分無(wú)機(jī)塊材自動(dòng)化快速制備系統(tǒng)，包括原料裝置、混合室、負(fù)壓出料裝置、樣品模具、傳輸帶和樣品壓頭，若干原料裝置設(shè)置于混合室的上方，所述負(fù)壓出料裝置置于混合室的底部，負(fù)壓出料裝置的底部設(shè)有樣品模具，樣品模具安裝在傳輸帶上;原材料按比例從幾個(gè)原料裝置中分別進(jìn)入到混合室中，在混合室中通入一定速度的氦氣產(chǎn)生湍流，使各原材料均勻混合;所述負(fù)壓出料裝置的出料口處有負(fù)壓源，均勻混合的原料裝受到壓強(qiáng)差和重力的雙重作用從出料口進(jìn)入到樣品模具中，在梯度成分樣品形成后，傳送帶運(yùn)轉(zhuǎn)，裝有梯度成分樣品的樣品模具進(jìn)入到下一個(gè)工位，將所述梯度成分樣品采用粉末冶金方法形成連續(xù)成分多晶塊體材料，并用壓頭壓緊，制備連續(xù)成分無(wú)機(jī)塊材。
[0009]所述原料裝置由活塞壓頭、管狀容器、電磁閥組成，所述活塞壓頭置于活塞壓頭內(nèi)，處于粉狀原材料頂端，所述電磁閥置于管狀容器的出口處;通過圖像處理技術(shù)監(jiān)控活塞壓頭運(yùn)動(dòng)，并通過PLC控制活塞壓頭的運(yùn)動(dòng)和電磁閥的開關(guān)。
[0010]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著技術(shù)進(jìn)步:
本發(fā)明所提出的連續(xù)成分無(wú)機(jī)塊材自動(dòng)化快速制備系統(tǒng)工作原理簡(jiǎn)單，無(wú)需復(fù)雜的動(dòng)力控制系統(tǒng)，工作時(shí)安全可靠;通過控制活塞沖程來(lái)形成配比連續(xù)漸變的送料機(jī)制大大縮減了原料配制的速度及原料比例的可靠性;通過氣域湍流的混合方式可使各原材料充分均勻混合;負(fù)壓出料裝置可保證混合室中得到的混合均勻樣品完全出料，提高生產(chǎn)效率。
【附圖說(shuō)明】
[0011 ]圖1為連續(xù)成分無(wú)機(jī)塊材自動(dòng)化制備系統(tǒng)示意圖。
[0012]圖2為原料裝置示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0014]參見圖1，一種連續(xù)成分無(wú)機(jī)塊材自動(dòng)化快速制備系統(tǒng)，包括原料裝置1、混合室2、負(fù)壓出料裝置3、樣品模具4、傳輸帶5和樣品壓頭8，若干原料裝置I設(shè)置于混合室2的上方，所述負(fù)壓出料裝置3置于混合室2的底部，負(fù)壓出料裝置3的底部設(shè)有樣品模具4，樣品模具4安裝在傳輸帶5上。混合室2底部具有一定的傾角，以便于均勻混合后的原材料樣品進(jìn)入負(fù)壓出料裝置3中?；旌鲜?進(jìn)氣口和出氣口處均有過濾網(wǎng)，以防原材料進(jìn)入進(jìn)氣管道和出氣管道。
[0015]參見圖2，所述原料裝置I由活塞壓頭101、管狀容器102、電磁閥103組成，所述活塞壓頭101置于活塞壓頭101內(nèi)，處于粉狀原材料104頂端，所述電磁閥103置于管狀容器102的出口處;所述管狀容器102選用透明的有機(jī)玻璃PMMA材料，在其上邊刻好刻度。電磁閥1 3選用電磁開關(guān)閥。由于管狀容器102內(nèi)徑已知，因此原料質(zhì)量和活塞壓頭101沖程成正比，故只需控制活塞壓頭101沖程就可控制進(jìn)料量。采用圖像處理技術(shù)來(lái)監(jiān)控活塞壓頭101的運(yùn)動(dòng)軌跡，當(dāng)活塞壓頭101運(yùn)動(dòng)到指定位置(即活塞壓頭101運(yùn)動(dòng)至管狀容器102指定某刻度)時(shí)，通過PLC控制活塞壓頭1I停止運(yùn)動(dòng)，并同時(shí)控制電磁閥103斷電停止供料。
[0016]工作時(shí)，利用PLC控制活塞壓頭101運(yùn)動(dòng)和電磁閥103開關(guān)，當(dāng)活塞壓頭101停止運(yùn)動(dòng)時(shí)電磁閥103斷電停止供料。待一定質(zhì)量的粉末狀原材料104進(jìn)入到混合室2中之后，通過通入速度范圍為4m/s到6m/s的氦氣(保護(hù)氣，不與粉末狀原材料104發(fā)生反應(yīng))形成湍流使各原材料均勻混合。反應(yīng)完成之后打開負(fù)壓出料裝置3出料口處的負(fù)壓源，由于出料口出壓強(qiáng)比混合室2中壓強(qiáng)小，均勻混合的材料樣本受到壓強(qiáng)差和重力的雙重作用從出料口進(jìn)入到已就位的樣品模具4中。等到梯度成分樣品6形成之后，傳出帶5運(yùn)轉(zhuǎn)，樣品模具4進(jìn)入到下一個(gè)工位。將梯度成分樣品6采用自蔓延高溫合成等粉末冶金方法形成連續(xù)成分多晶塊體材料7，并用壓頭8壓緊，自此連續(xù)成分無(wú)機(jī)塊材完成。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種連續(xù)成分無(wú)機(jī)塊材自動(dòng)化快速制備系統(tǒng)，包括原料裝置(1)、混合室(2)、負(fù)壓出料裝置(3)、樣品模具(4)、傳輸帶(5)和樣品壓頭(8)，其特征在于:若干原料裝置(I)設(shè)置于混合室(2)的上方，所述負(fù)壓出料裝置(3)置于混合室(2)的底部，負(fù)壓出料裝置(3)的底部設(shè)有樣品模具(4)，樣品模具(4)安裝在傳輸帶(5)上；原材料按比例從幾個(gè)原料裝置(I)中分別進(jìn)入到混合室(2)中，在混合室(2)中通入一定速度的氦氣產(chǎn)生湍流，使各原材料均勻混合;所述負(fù)壓出料裝置(3)的出料口處有負(fù)壓源，均勻混合的原料裝受到壓強(qiáng)差和重力的雙重作用從出料口進(jìn)入到樣品模具(4)中，在梯度成分樣品(6)形成后，傳送帶(5)運(yùn)轉(zhuǎn)，裝有梯度成分樣品(6)的樣品模具(4)進(jìn)入到下一個(gè)工位，將所述梯度成分樣品(6)采用粉末冶金方法形成連續(xù)成分多晶塊體材料(7)，并用壓頭(8)壓緊，制備連續(xù)成分無(wú)機(jī)塊材。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)成分無(wú)機(jī)塊材自動(dòng)化快速制備系統(tǒng)，其特征在于:所述原料裝置(I)由活塞壓頭(101)、管狀容器(102)、電磁閥(103)組成，所述活塞壓頭(101)置于活塞壓頭(101)內(nèi)，處于粉狀原材料(104)頂端，所述電磁閥(103)置于管狀容器(102)的出口處;通過圖像處理技術(shù)監(jiān)控活塞壓頭(101)運(yùn)動(dòng)，并通過PLC控制活塞壓頭(101)的運(yùn)動(dòng)和電磁閥(103)的開關(guān)。
【文檔編號(hào)】B22F1/00GK106041065SQ201610531555
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年7月8日
【發(fā)明人】蒲華燕, 鄒俊, 楊揚(yáng), 謝少榮, 羅均, 陳功
【申請(qǐng)人】上海大學(xué)