倾析

分离悬浮液中固体颗粒的方法

倾析是指使悬浮液中含有的固相粒子或乳浊液中含有的液相粒子下沉而得到澄清液的操作，从液体中分离密度较大且不溶的固体的方法。铸造-倾析-铸造技术（简称CDC）是用于功能梯度材料（简称FGM）生产的技术。接近净成形部件，采用基于传统铸造技术的单级三步工艺生产，比采用其他方法有更大的灵活性。

简介

倾析是根据沉降原理分离悬浮液中固体颗粒的一种比较简便的方法。铸造-倾析-铸造技术（简称CDC）是用于功能梯度材料（简称FGM）生产的技术。接近净成形部件，采用基于传统铸造技术的单级三步工艺生产，比采用其他方法有更大的灵活性。

功能梯度材料有一个过渡区，其在密度、低倍组织和性能上展示出来平滑的梯度于两种金属之间。但目前的加工技术局限于薄壁涂层、小规格或简单形状的部件，相比之下，CDC 技术是一种低成本技术，采用简单的铸造理念来生产功能梯度材料，对于部件的形状和尺寸有很少的限制和要求。

操作

将悬浮液引入沉降器内，悬浮液中的固体颗粒逐渐沉于器底，上部澄清液体可通过器壁的出液管倾析而出，从而达到固液分离的目的。连续逆流倾析就是由多个(通常是三个)连续式沉降器串联组成的操作，其中液体和沉淀的流动方向相反。连续逆流倾析法用于化学反应后对生成沉淀的洗涤，亦常用于萃取后对残渣的洗涤等情况。

所用装置

倾析器（decanter）是实现倾析操作的装置。利用重力进行倾析操作的倾析器称为沉降槽；利用离心力进行倾析操作的倾析器称为离心沉降机。倾析器分间歇操作和连续操作两种型式，有时只将连续式离心沉降机称为倾析器。倾析

铸造-倾析-铸造

CDC 技术是三步工序为主的技术，瞬间分别熔化两种合金：第一步，合金A 倒入模中，由于模壁吸热形成一个硬层，当这一硬层，也就是硬壳达到规定厚度时，剩余的中心部位的金属液体倾析返回到坩埚里去。第二步，合金B 倒入剩余的模腔，如果合金B 已经选定适宜的超热水平，则在合金A 硬壳表面的一个薄层被重熔，两种金属的局部合金化避免了一个离散界面的形成，取而代之的是在两种合金之间形成了化学成分和低倍组织的梯度，形成了一种功能梯度材料。

CDC 工艺适合于许多传统铸造方法，包括几种重力铸造和低压铸造技术，CDC工艺技术采用的低压技术是基于低压永久模铸造技术的延伸，其通过反重力注入。允许功能梯度材料在封闭模里铸造，从而避免了熔体湍流。

两个坩埚置于铸造模之下，在坩埚和模之间安装有一个带两个桶形阀的石墨装置，在桶形阀A 打开时（在合金A 之上），桶形阀B 关闭，A 室加压使合金A通过管道上升并进入模。在合金A 层凝固之后，撤掉气压，剩余的合金A 液体回流到坩埚，然后阀A 关闭，阀B 打开，B室熔体上面的气压使合金B 液体升到石墨管并入进模，随后凝固形成功能梯度材料。

合金的组合

CDC 工艺技术除了可以采用两种不同的合金外，还能采用一种合金和一种复合材料。例如，铝合金A356（Al-7Si-0.3Mg）和铝基复合材料（Al-20SiC）形成的功能梯度材料，这两种材料之间的过渡层约1.5mm厚，其他的组合包括：

铝和锌：铝合金A356（Al-7Si-0.3Mg）和锌合金ZA-27（Zn-27Al-2.25Cu），该功能梯度材料过渡区约为1mm 厚，具有潜力的应用是集中在减轻锌部件的重量，包括轻质轴承和轻质不产生火花的合金工具。

铝和镁：铝和镁合金组合的最初尝试也大有希望，采用铝合金357（Al-7-0.5Mg）和镁合金AZ91D（Mg-9Al-0.7Zn-0.2Mn）的功能梯度材料已经生产出来，这种铝+ 镁的功能梯度材料在运输工业的轿车和载重汽车的应用方面具有巨大潜力。

其他材料：没有占主导的技术原因似乎会妨碍这种CDC 工艺技术来生产功能梯度材料的推广。例如，较高熔点的材料如铜、钢、甚至超级合金，但是由于都伯林大学的凝固实验室没有这种加工所要求数量的高熔点材料的能力，从而使这一研究开发推迟。

刹车转子

CDC 工艺技术已经由都柏林大学的技术学院注册专利，可以进行专利特许，美国威士康星州Manitowoc 的Eck 产业公司是这一专利工艺技术的特许公司，Eck公司在美国铝合金和铝基复合材料铸造方面具领先地位，公司生产采用了各种重力和低压铸造工艺技术。

Eck 公司致力于生产中型载重汽车应用的刹车转子，尽管铝合金目前在汽车上的应用很多（车轮、发动机体、汽缸头），但很少在刹车转子上应用，一个主要原因是大多数铝合金耐磨性低，不适合于制作刹车转子。然而铝基复合材料具有足够的耐磨性，第一次用于Lotus Elise 车型的刹车型转子的生产方面，后来Eck 产业公司为plymouth Prowler 公司生产Al-MMC 转子，用于商业载重汽车时铝基复合材料转子的延展性和韧性也许太低。

在都柏林大学技术学院铸造生产了这种试验刹车转子，采用砂型铸造，铝合金A356 和Duralcan 复合材料（F3s20s），铸造技术采用CDC 工艺技术的重力铸造的派生技术，刹车转子的基本形状和传统的刹车盘相比进行了修改，减少了外径尺寸，一个更深的钟罩更加适合于对两种合金之间梯度位置进行调研。

试验铸造刹车转子展示出两种合金之间的过渡区为沿钟罩长度一半左右，过渡区没有见到离散界面，和轮毂接触的转子中心部位为单一的铝合金A356，而外面则为Duralcan 复合材料，从而为摩擦表面提供了所需要的耐磨性。ECK 公司目前正在开始开发基于CDC 工艺技术的商业上的铝+ 复合材料刹车转子。

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