一種梯度材料制備用多級運(yùn)動(dòng)磁場裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種運(yùn)動(dòng)磁場裝置，尤其是一種梯度材料制備用多級運(yùn)動(dòng)磁場裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]梯度材料是一類組元和微結(jié)構(gòu)呈梯度變化的，能夠緩解熱應(yīng)力，從而在苛刻的高溫環(huán)境中能夠持續(xù)運(yùn)行的新材料。最早由日本學(xué)者在1987年提出，各國科研機(jī)構(gòu)紛紛開展此類研究項(xiàng)目，人們在熱應(yīng)力緩和型FGM的復(fù)合理論設(shè)計(jì)、材料合成技術(shù)與結(jié)構(gòu)控制方法以及材料的特性評價(jià)等方面的研究取得了許多重要進(jìn)展和成果。如今，梯度功能材料的應(yīng)用已經(jīng)進(jìn)入航空航天、光學(xué)電子、生物醫(yī)藥、新能源、工業(yè)催化等諸多領(lǐng)域。制備是梯度功能材料研究的重點(diǎn)，梯度結(jié)構(gòu)材料的制備過程需要嚴(yán)格控制濃度、流量、溫度及壓力等參數(shù)，因此過程較為復(fù)雜。目前已報(bào)道的制備方法包括:物理氣相沉積法(PVD)、化學(xué)氣相沉積法(C VD)、粉末冶金法、等離子噴涂法、自蔓延高溫燃燒合成法、激光熔敷法和流延法等。各制備方法具備各自的特點(diǎn)和適用范圍，但也都存在各自的缺陷。
[0003]目前，對于許多重要的功能梯度材料如:Zr02/N1、Zr02/鋼、Al203/N1、SiC/不銹鋼等，金屬組元?6、祖、&3等過渡金屬屬于鐵磁性物質(zhì)，而陶瓷組元41203、21'02、3;[(]、AlN、Si3N4等是弱磁性物質(zhì)。鐵磁性物質(zhì)在居里溫度以下具有強(qiáng)磁性，而弱磁性物質(zhì)對磁場不敏感。利用二者之間磁性能的差異，我們小組先后采用靜磁場、脈沖磁場和運(yùn)動(dòng)磁場中采用流延成型法成功制備出了梯度材料。這些方法中，尤其以運(yùn)動(dòng)磁場驅(qū)動(dòng)磁性組元制備梯度材料的效果最為顯著。其原理為:將磁場運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能通過磁場轉(zhuǎn)變?yōu)榻M元迀移的動(dòng)能，以較小磁場強(qiáng)度在體系中實(shí)現(xiàn)較大的組分梯度。利用外磁場制備梯度材料的研究中，磁場作用于組元的磁力是體系梯度結(jié)構(gòu)形成的驅(qū)動(dòng)力，因此合理的磁路設(shè)計(jì)對于外磁場中梯度材料的制備至關(guān)重要。采用超導(dǎo)磁體，可以產(chǎn)生數(shù)1T梯度磁場，但設(shè)備復(fù)雜，不易推廣;采用的電磁線圈產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度和磁場梯度都較弱；采用多級軸向磁化的磁環(huán)，相鄰磁環(huán)的磁極反向排列，有效地壓縮磁環(huán)的磁場，形成多級磁路，通過多級磁路設(shè)計(jì)能大幅提高磁場梯度，增大磁場對磁性組元的磁驅(qū)動(dòng)力。當(dāng)多級磁環(huán)在電機(jī)控制下運(yùn)動(dòng)時(shí)，磁性組元在磁場的約束下隨著磁環(huán)的運(yùn)動(dòng)而迀移。多級磁路結(jié)構(gòu)中的每一級磁環(huán)都可以起到“搬運(yùn)”磁性組元的作用，某些磁性組元即使沒有被第一級磁環(huán)“搬運(yùn)”，還會(huì)被第二級、第三級磁環(huán)“搬運(yùn)”，最終在體系中沿磁環(huán)運(yùn)動(dòng)方向呈梯度分布。
[0004]采用多級磁場驅(qū)動(dòng)磁性組元制備功能梯度材料，具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。首先，可以多次、反復(fù)移動(dòng)多級磁環(huán)對磁性組元進(jìn)行多次驅(qū)動(dòng)，并且在多級磁環(huán)移動(dòng)過程中，每一級磁環(huán)對組元都起到驅(qū)動(dòng)作用，因此對組元的驅(qū)動(dòng)效果明顯。其次，多級磁環(huán)中相鄰磁環(huán)反向排列的結(jié)構(gòu)，大幅提高了磁場梯度，增大了磁場對組元的驅(qū)動(dòng)力。因此，采用多級磁場驅(qū)動(dòng)磁性組元制備功能梯度材料，克服傳統(tǒng)方法中磁場驅(qū)動(dòng)力小的缺點(diǎn)，方便、可控地制備具有大組分梯度的功能梯度材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種梯度材料制備用多級運(yùn)動(dòng)磁場裝置。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種梯度材料制備用多級運(yùn)動(dòng)磁場裝置，包括:基板、光電開關(guān)、光電開關(guān)滑槽、步進(jìn)電機(jī)、控制器、聯(lián)軸器、絲桿、多級磁環(huán)系統(tǒng);基板位于整個(gè)裝置的最下方，用于支撐其它所有結(jié)構(gòu)件;控制器與步進(jìn)電機(jī)連接，用于控制步進(jìn)電機(jī)的工作參數(shù);步進(jìn)電機(jī)通過聯(lián)軸器與絲桿相連接，用于控制絲桿的旋轉(zhuǎn);絲桿的旋轉(zhuǎn)速度由步進(jìn)電機(jī)單位時(shí)間的脈沖數(shù)決定;絲桿與多級磁環(huán)系統(tǒng)連接，通過絲桿旋轉(zhuǎn)方向控制多級磁環(huán)系統(tǒng)的正向或反向運(yùn)動(dòng)，通過絲桿旋轉(zhuǎn)速度控制多級磁環(huán)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)速度，多級磁環(huán)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行速度控制在0.05?lOmm/s之間；光電開關(guān)滑槽與絲桿平行放置;2個(gè)光電開關(guān)位于滑槽兩端，用于控制多級磁環(huán)系統(tǒng)移動(dòng)的端點(diǎn)；多級磁環(huán)系統(tǒng)由2?10個(gè)軸向充磁的磁環(huán)組成，相鄰磁環(huán)同軸并且反向排列，相鄰磁環(huán)間距為5?50mm，磁環(huán)間距越小，相互之間排斥力越大，磁場強(qiáng)度越高。
[0007]作為優(yōu)選，通過絲桿控制的多級磁環(huán)系統(tǒng)的位移精度為0.001mm。
[0008]作為優(yōu)選，磁環(huán)由高牌號的釹鐵硼材料制成，以保證磁環(huán)中的高磁場強(qiáng)度。
[0009]在實(shí)際使用時(shí)，開機(jī)后，通過控制器設(shè)置系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)速度等參數(shù)，放置好樣品，啟動(dòng)系統(tǒng)，多級磁環(huán)系統(tǒng)以給定的速度通過樣品后，觸發(fā)光電開關(guān)，多級磁環(huán)系統(tǒng)停止運(yùn)行；移開樣品，繼續(xù)啟動(dòng)系統(tǒng)，多級磁環(huán)系統(tǒng)反向運(yùn)動(dòng)至初始位置觸發(fā)光電開關(guān)而停止運(yùn)行，至此為一完整周期。如有需要，繼續(xù)放置樣品，啟動(dòng)系統(tǒng)，開始第二周期的工作。如此往
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[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
1)可以多次、反復(fù)移動(dòng)多級磁環(huán)對磁性組元進(jìn)行多次驅(qū)動(dòng)，并且在多級磁環(huán)移動(dòng)過程中，每一級磁環(huán)對組元都起到驅(qū)動(dòng)作用，因此對組元的驅(qū)動(dòng)效果明顯；
2)多級磁環(huán)中相鄰磁環(huán)反向排列的結(jié)構(gòu)，大幅提高了磁場梯度，增大了磁場對組元的驅(qū)動(dòng)力。因此，采用多級磁場驅(qū)動(dòng)磁性組元制備功能梯度材料，克服傳統(tǒng)方法中磁場驅(qū)動(dòng)力小的缺點(diǎn)，方便、可控地制備具有大組分梯度的功能梯度材料。
【附圖說明】
[0011 ]圖1是運(yùn)動(dòng)磁場驅(qū)動(dòng)磁性組元原理示意圖。
[0012]圖2是多級磁環(huán)的相對位置和磁極分布(以3級為例)。
[0013]圖3是多級磁環(huán)中軸線上的磁場分布(以3級為例)。
[0014]圖4是多級運(yùn)動(dòng)磁場裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]其中，基板1、控制器2、步進(jìn)電機(jī)3、聯(lián)軸器4、絲桿5、多級磁環(huán)系統(tǒng)6、光電開關(guān)滑槽
7、光電開關(guān)8。
【具體實(shí)施方式】
[0016]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0017]一種梯度材料制備用多級運(yùn)動(dòng)磁場裝置，包括:基板1、控制器2、步進(jìn)電機(jī)3、聯(lián)軸器4、絲桿5、多級磁環(huán)系統(tǒng)6、光電開關(guān)滑槽7、光電開關(guān)8;基板I位于整個(gè)裝置的最下方，用于支撐其它所有結(jié)構(gòu)件;控制器2與步進(jìn)電機(jī)3連接，用于控制步進(jìn)電機(jī)3的工作參數(shù);步進(jìn)電機(jī)3通過聯(lián)軸器4與絲桿5相連接，用于控制絲桿5的旋轉(zhuǎn);絲桿5的旋轉(zhuǎn)速度由步進(jìn)電機(jī)3單位時(shí)間的脈沖數(shù)決定;絲桿5與多級磁環(huán)系統(tǒng)6連接，通過絲桿5旋轉(zhuǎn)方向控制多級磁環(huán)系統(tǒng)6的正向或反向運(yùn)動(dòng)，通過絲桿5旋轉(zhuǎn)速度控制多級磁環(huán)系統(tǒng)6的運(yùn)動(dòng)速度;光電開關(guān)滑槽7與絲桿5平行放置;2個(gè)光電開關(guān)8位于光電開關(guān)滑槽7兩端，用于控制多級磁環(huán)系統(tǒng)6移動(dòng)的端點(diǎn)；多級磁環(huán)系統(tǒng)6由三個(gè)軸向充磁的磁環(huán)組成，相鄰磁環(huán)同軸并且反向排列，相鄰磁環(huán)間距為10mm，磁環(huán)間距越小，相互之間排斥力越大，磁場強(qiáng)度越高;通過絲桿控制的多級磁環(huán)系統(tǒng)的位移精度為0.0Olmm;多級磁環(huán)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行速度控制在lmm/s之間；磁環(huán)由高牌號的釹鐵硼材料制成，以保證磁環(huán)中的高磁場強(qiáng)度。
[0018]在實(shí)際使用時(shí)，開機(jī)后，通過控制器2設(shè)置系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)速度等參數(shù)，放置好樣品，啟動(dòng)系統(tǒng)，多級磁環(huán)系統(tǒng)6以給定的速度通過樣品后，觸發(fā)光電開關(guān)8，多級磁環(huán)系統(tǒng)6停止運(yùn)行;移開樣品，繼續(xù)啟動(dòng)系統(tǒng)，多級磁環(huán)系統(tǒng)6反向運(yùn)動(dòng)至初始位置觸發(fā)光電8開關(guān)而停止運(yùn)行，至此為一完整周期。如有需要，繼續(xù)放置樣品，啟動(dòng)系統(tǒng)，開始第二周期的工作。如此往
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[0019]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種梯度材料制備用多級運(yùn)動(dòng)磁場裝置，包括:基板、光電開關(guān)、光電開關(guān)滑槽、步進(jìn)電機(jī)、控制器、聯(lián)軸器、絲桿、多級磁環(huán)系統(tǒng)，其特征在于:基板位于整個(gè)裝置的最下方，用于支撐其它所有結(jié)構(gòu)件;控制器與步進(jìn)電機(jī)連接，用于控制步進(jìn)電機(jī)的工作參數(shù);步進(jìn)電機(jī)通過聯(lián)軸器與絲桿相連接，用于控制絲桿的旋轉(zhuǎn);絲桿的旋轉(zhuǎn)速度由步進(jìn)電機(jī)單位時(shí)間的脈沖數(shù)決定;絲桿與多級磁環(huán)系統(tǒng)連接，通過絲桿旋轉(zhuǎn)方向控制多級磁環(huán)系統(tǒng)的正向或反向運(yùn)動(dòng)，通過絲桿旋轉(zhuǎn)速度控制多級磁環(huán)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)速度，多級磁環(huán)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行速度控制在0.05?lOmm/s之間；光電開關(guān)滑槽與絲桿平行放置;2個(gè)光電開關(guān)位于滑槽兩端，用于控制多級磁環(huán)系統(tǒng)移動(dòng)的端點(diǎn)；多級磁環(huán)系統(tǒng)由2?10個(gè)軸向充磁的磁環(huán)組成，相鄰磁環(huán)同軸并且反向排列，相鄰磁環(huán)間距為5?50mm，磁環(huán)間距越小，相互之間排斥力越大，磁場強(qiáng)度越尚; 作為優(yōu)選，通過絲桿控制的多級磁環(huán)系統(tǒng)的位移精度為0.001mm； 作為優(yōu)選，磁環(huán)由高牌號的釹鐵硼材料制成，以保證磁環(huán)中的高磁場強(qiáng)度。
【專利摘要】一種梯度材料制備用多級運(yùn)動(dòng)磁場裝置，包括：基板、光電開關(guān)、光電開關(guān)滑槽、步進(jìn)電機(jī)、控制器、聯(lián)軸器、絲桿、多級磁環(huán)系統(tǒng)，其特征在于：基板位于整個(gè)裝置的最下方；控制器與步進(jìn)電機(jī)連接，用于控制步進(jìn)電機(jī)的工作參數(shù)；步進(jìn)電機(jī)通過聯(lián)軸器與絲桿相連接，用于控制絲桿的旋轉(zhuǎn)；絲桿與多級磁環(huán)系統(tǒng)連接，控制多級磁環(huán)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)速度和方向；光電開關(guān)滑槽與絲桿平行放置；2個(gè)光電開關(guān)位于滑槽兩端；多級磁環(huán)系統(tǒng)由2～10個(gè)軸向充磁的磁環(huán)組成，相鄰磁環(huán)同軸并且反向排列，相鄰磁環(huán)間距為5～50mm。該裝置克服傳統(tǒng)方法中磁場驅(qū)動(dòng)力小的缺點(diǎn)，方便、可控地制備具有大組分梯度的功能梯度材料。
【IPC分類】C23C26/00
【公開號】CN105568279
【申請?zhí)枴緾N201511015256
【發(fā)明人】彭曉領(lǐng), 李靜, 楊艷婷, 徐靖才, 王攀峰, 金紅曉, 王新慶, 葛洪良
【申請人】彭曉領(lǐng)
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2015年12月31日