圖1-19 Cu50Zr50非晶凝固后表面成分梯度變化

圖1-20 Cu50Zr50非晶凝固后成分變化導(dǎo)致的晶化行為

2. 重力法制備梯度功能材料

重力法是指在重力的作用下，利用不同固體顆粒的密度以及粒徑大小，使材料成分從外到內(nèi)呈一種或多種梯度變化的方法。該方法能制備出梯度連續(xù)變化的材料。

該方法依據(jù)的原理是層流狀態(tài)下的Stokes自由沉降公式，即

固體顆粒在液體介質(zhì)中的沉降速度與顆粒的粒徑大小、顆粒的密度以及液體介質(zhì)的密度和黏度有關(guān)。在同一條件下，同種粉末沉降時(shí)，顆粒度大的沉降快，不同種類(lèi)粉末共同沉降時(shí)，顆粒度大的、密度大的沉降快，而密度低、粒徑小的顆粒沉降速度慢。通過(guò)控制顆粒的粒度分布和密度以及液體介質(zhì)的密度和黏度，就可以控制顆粒的沉降速度。當(dāng)兩種粉末顆粒共同沉降時(shí)，可以通過(guò)控制它們的質(zhì)量和速度來(lái)控制單位時(shí)間內(nèi)的沉降量。也就是說(shuō)，通過(guò)控制原料粉末的粒度分布和沉降過(guò)程中的工藝參數(shù)，可以獲得組分連續(xù)變化的梯度結(jié)構(gòu)材料。[3]

3. 液流法制備梯度結(jié)構(gòu)材料

液流法是在冷卻或熔滲的過(guò)程中，通過(guò)控制液體的流動(dòng)形成元素濃度梯度或者相體積濃度梯度，從而制備梯度結(jié)構(gòu)材料。

在合金的凝固過(guò)程中，固液界面存在溶質(zhì)原子的遷移，引起液體成分的逐漸變化，使固體長(zhǎng)大時(shí)化學(xué)成分隨時(shí)間變化。通過(guò)控制凝固過(guò)程的工藝參數(shù)，可以制備凝固方向溶質(zhì)原子濃度連續(xù)變化的梯度結(jié)構(gòu)。

另外，先制備梯度多孔預(yù)制塊，再基于液體流動(dòng)的浸滲，制備相體積分?jǐn)?shù)梯度分布的結(jié)構(gòu)也是一種應(yīng)用廣泛的方法。一般的做法是，先制備高熔點(diǎn)相的預(yù)制塊，該相通常具有多孔梯度特征，然后將易熔化相以熔融狀態(tài)浸入預(yù)制塊。

梯度多孔預(yù)制塊一般通過(guò)分層壓制、噴涂法、溫度梯度條件燒結(jié)、激光表面加熱、紅外加熱、化學(xué)氣相滲透、陽(yáng)極溶解等方法制備。隨后對(duì)梯度多孔預(yù)制塊制備進(jìn)行浸滲，控制溶質(zhì)偏析及流體流動(dòng)結(jié)合的凝固過(guò)程，可以形成梯度結(jié)構(gòu)。[3]