[发明专利]一种流延法制备Mg-Cu体系密度梯度材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料领域，特别是涉及一种流延法制备Mg-Cu体系密度梯度材料的方法。

背景技术

流延法(也称括刀成型法)是一种古老的成型方法，最早用于造纸、塑料和油漆工业。 用于陶瓷材料的制备始于二战期间，当时是用这种方法制备电介质材料来取代云母制得性能 优良的电容器，推动了电子技术的发展。近几十年来，流延法成型技术的应用研究取得了很 大进展。作为一种重要的成型方法，它被广泛用于电子工业、能源等许多领域，如用Al₂O₃制得各种厚度的集成电路基板和衬垫材料，用BaTiO₃制得电容器介质材料，用ZrO₂制成固 体电解质燃料电池、氧泵和氧传感器等等。它是一种目前比较成熟的能够获得高质量，超薄 型瓷片的成型方法，已被广泛应用于独石电容器瓷片，厚膜和薄膜电路基片等先进陶瓷的生 产。流延法最适合大量生产0.4～1.0mm的基板，具有生产效率高，产品一致性好，性能稳定 的优点，日、美、德等国已经普遍应用。

流延成型的工艺过程：将细分散的陶瓷粉料悬浮在由溶剂、增塑剂、粘合剂和悬浮剂组 成的非水基溶液或水基溶液中，成为可塑且能流动的料浆。料浆在刮刀下流过，便在流延机 的运输带上形成薄层的流延膜，待溶剂逐渐挥发后，形成具有一定韧性和强度并且可以进行 裁剪的较为致密的流延膜，似皮革样柔软的坯带，再冲压出一定形状的坯体。然后叠层成素 坯，通过排胶和烧结制得符合所需特性要求的烧结块体。

流延法成型工艺的主要优点：(1)相对于EVD、CVD等化学成型法而言，原材料价格 低廉和制作成本低；(2)与干压法相比所制得的材料结构致密和机械强度高；(3)材料的缺 陷少；(4)降低热压烧结的时间；(5)可制得不同组成膜材构成的叠层复合材料，以满足对 材料的特殊性能要求。

功能梯度材料的主要特征是组分结构和物性参数连续变化，主要制备方法有粉末冶金法、 平面焊接法、气相沉积法、自蔓延反应合成、等离子喷涂、电铸法、电镀法、激光烧结和离 心铸造等。这些制备方法要求复杂的工艺或设备，大多需要在制备过程中持续地改变原料成 分或工艺参数。缺少简便的制备方法，是限制功能梯度材料进一步发展的重要原因。

流延成型已被广泛功能梯度材料的制备中，如：Al-Mg/ZrO₂孔梯度复合材料、金属镍和 氧化铝叠层复合材料、Al₂O₃-TiC功能梯度材料、陶瓷ZrO₂/金属(不锈钢)功能梯度材料 (FGM)、PZT功能梯度陶瓷材料。

从目前的国内外的文献看，针对采用流延法制备金属体系密度梯度材料的过程参数的研 究资料和数据非常少，在国内尚属空白。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种流延法制备Mg-Cu体系密度梯度材料的方法， 该方法工艺简单、成本低，最重要的是所制备的密度梯度材料具有单层厚度可以达到微米量 级、过渡层变化平缓等特点。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的流延法制备Mg-Cu体系密度梯度材料的方法，其步骤包括：

(1)金属粉非水基流延料浆制备：将金属粉、分散剂、粘结剂、增塑剂及丁酮溶剂球磨 混合，并将球磨完的浆料经除气泡、过滤后得到金属粉非水基流延料浆，该料浆中各组分质 量含量为金属粉40～70％、分散剂0.6～1.2％、粘结剂2.5～3.5％、增塑剂1.6～3.5％、余量为丁 酮溶剂，料浆的粘度为1～10000mPa·s，金属粉为镁粉、铜粉中的一种或者二种任意配比的混 合粉，该粉粒径≤300目；

(2)流延成型：将料浆在流延机上流延成型，在空气中干燥后制得单组分金属流延膜带；

(3)裁剪、叠层：重复前面步骤1和步骤2，改变流延料浆中Mg-Cu粉末配比，在空气 干燥后制备出不同Mg-Cu组分的金属流延膜片，然后将不同Mg-Cu组分的流延膜片按照 Mg-Cu配比从高至低叠层成密度梯度结构的生坯；

(4)排胶、烧结：将生坯进行排胶，然后用热压烧结工艺制备出Mg-Cu体系密度梯度 材料。

上述步骤(1)中，分散剂可以采用Hypermer KD-1。粘结剂可以采用聚乙烯醇缩丁醛。 增塑剂可以采用聚乙二醇和甘油的混合物，聚乙二醇与甘油之间的质量比为1∶1。