摘 要

梯度材料是一类组成、结构及性能连续变化的非均匀复合材料，在高技术领域有独特的优势和广泛的应用前景，而制备组分、结构连续变化梯度材料的制备是国际公认的难题。

课题组研制的新型颗粒共沉降装置，利用颗粒粒度和密度的差异在液体中连续沉降堆积，可以有效形成组分和结构连续变化的梯度材料。

本文利用Stokes沉降定律和“激光散射像点粒度测量方法”可以动态获取沉降颗粒粒度分布信息，并据此通过装置结构截取所需粒级颗粒。论文选用几种典型的梯度材料组分的粉体原料（Cu、W、AL₂O₃），进行精密分级实验基于密度、浓度的变化，并基于激光粒度分析仪对于分级截取粉体的粒度分析。评价了新型颗粒共沉降装置的沉降分级性能，探讨影响分级精度的因素。

关键词：梯度材料；共沉降；沉降分级；斯托克定律

abstract

Gradient material is a kind of composition, structure and properties of continuous change of inhomogeneous composite materials, has unique advantages and broad application prospects in the field of high technology, and preparation of components, gradient material structure changing continuously preparation is an internationally recognized problem.

A new type of particle co deposition device developed by the research team, which uses the difference of particle size and density to continuously deposit and deposit in the liquid, can effectively form a gradient material with continuous change in composition and structure

This paper uses the Stokes settlement law and "like a laser scattering particle size measurement method can obtain dynamic settlement information of particle size distribution, and accordingly the device structure is required to intercept size particles. The powder material of several typical gradient material components (Cu, W, AL2O3), precision classification experiments based on density. The concentration changes, and laser particle size analyzer based on particle classification interception powder analysis. The classification performance of settlement model particle settling device evaluation, discussed the factors affecting the classification accuracy.

Key words: gradient materials,；co deposition； settlement classification； Storck's law

目录

摘要 3

abstract 4

第一章 绪论 6

1.1梯度材料的应用与制备方法 6

1.2粒度测试技术的发展 7

1.3精细分级的发展 8

1.4沉降仪 9

1.4.1沉降仪的应用 9

1.4.2 国内沉降仪的特点、技术水平与发展趋势 9

1.5分级结果评价方法 10

1.5.1台拉指数ET 10

1.5.2不完全度I 10

1.5.3分级精度K 10

1.6本研究的内容以及意义 10

1.6.1课题目标 10

1.6.2课题内容 11

1.5.3课题意义 11

第二章 实验探索 12

2.1实验仪器 12

2.1.1沉降主体部分 12

2.1.2沉降颗粒散射像点粒度分析系统 13

2.2实验步骤 17

2.3实验现象 18

2.4实验原理 18

第三章 结果与讨论 20

3.1数据分析 20

3.2结果分析 21

3.3拓展探讨 22

3.3.1影响沉降速度的几个因素 22

3.3.2误差分析 23

3.4结论总结 23

参考文献 25

致 谢 26

第一章 绪论

1.1梯度材料的应用与制备方法

梯度材料是一类组成、结构和性能连续变化的非均匀复合材料，在高科技领域具有独特的优势和非常广泛的应用，例如航天技术的发展对材料提出了新的要求，而功能梯度材料很多方面都可以满足其要求。涡轮叶片的主体必须高强度，高韧性，抗蠕变，而他的外表必须抗热和抗氧化。齿轮主体必须有好的韧性，表面必须坚固和耐磨，诸如此类，可以发现梯度材料在很多方面都有很多的应用前景。

梯度功能材料由于本身具有优异的性能以及它所体现出的新颖的材料设计思想，一经提出，立即引起世界各国材料科学工作者的高度重视并对其展开研究，迄今为止，已探索出一些基本的研究方法并制备出许多体系的梯度功能材料Ti/Al2O3是其中的一种。

目前最流行的Ti/Al2O3梯度材料。采用一定梯度复合技术制备的Al2O3系FGM组分从纯金属Ti 端连续过渡到纯陶瓷Al2O3端，使材料既具有金属Ti的优良性能，又具有Al2O3陶瓷的良好的耐热、隔热、高强及高温抗氧化性，同时由于中间成分的连续变化，消除了材料中的宏观界面，整体材料表现出良好的热应力缓和特性，使之能在超高温、大温差、高速热流冲击等苛刻环境条件下使用，可望用做新一代航天飞机的机身、燃烧室内壁等以及涡轮发动机、高效燃气轮机等提供超高温耐热材料。

氧化铝系FGM制备技术探索FGM的制备技术种类非常多，但迄今为止，用于氧化铝系梯度功能材料制备的方法主要有以下几种:（1）自蔓延高温合成法（2）激光加热合成法（3）干式喷涂 温度梯度烧结法（4）颗粒共沉降制备工艺（5）气相沉积法（6）干法（7）湿法。

制备组分、结构连续变化梯度材料的制备是国际公认的难题，而共沉降法制备梯度材料是近年发展起来的一种材料制备新技术，其理论基础就是斯托克定律。