梯度功能材料浅谈材料

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1、梯度功能材料浅谈姓名：学号：专业：max.book118.com梯度功能材料摘要:主要介绍梯度功能材料的概念和特性，着重介绍梯度功能材料的制备方法，并重点介绍梯度功能材料现阶段的应用及发展趋势，对其前景的展望。关键词：梯度材料；制备方法；应用前景前言：梯度功能复合材料是为了适应新材料在高技术领域的需要，满足在极限温度环境（超高温、大温度落差）下不断反复正常工作而开发的一种新型复合材料。功梯度功能材料由于本身具

2、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梯度功能材料的越来越重要和流行梯度功能材料（functionally　graded　materials），简称FGM概念是由日本新野正之与平井敏雄等学者于1986年首先提出的，是指材料的组成和结构从材料的某一方位一维二维或者三维）向另一方位连续地变化，使材料的性能和功能呈现梯度变化的一种新型的功能性材料从材料的结构角度来看，梯度材料是选用两种（或多种）性能不同的材料，通过连续地改变这两种（或多种）材

3、料的组成和结构，使其界面消失导致材料的性能随着材料的组成和结构的变化而缓慢变化，形成梯度材料。1400一1500℃温度下，在石墨基体上得到了SiC／C梯度功能复合材料。3.2粉末冶金法粉末冶金法首先将原料粉末按不同混合比均匀混合，然后以梯度分布方式积层排列，再压制烧结而成。粉末冶金法可靠性高，适合于制造形状比较简单的功能梯度材料部件，但工艺比较复杂，制备的梯度材料有一定的孔隙率。按其成型工艺可分为叠层法、喷射积层法、粉浆浇注法和涂挂法等。3.3等离子喷涂法等离子喷涂法是以气体作载体将喷涂材料粉末吹入等离子射流

4、中，使之成熔融态，并以极高的速度喷射至基材表面，形成扁平的层状结构涂层，通过控制喷涂材料的成分可以合成出沿截面具有成分渐变的FMG材料。此外，通过调整喷涂位置、粉末粒度、喷涂压力及喷射速度等参量来调节喷涂量，可以在几何形态复杂的器件表面制备大面积的热障梯度涂层，但是成本较高。3.4自蔓延燃烧高温合成法SHSSHS法是通过加热原料粉局部区域激发引燃反应，反应放出的大量热量依次诱发邻近层的化学反应，从而使反应自动持续地蔓延下去。SHS法尤其适合于制备FGM，由于在SHS过程中燃烧反应的快速进行，原先坯体中的成本梯

5、度安排不会发生改变，从而最大限度地保持了原先最终设计的梯度组成。4.梯度材料的应用由于梯度功能材料具有组成，结构从一种到另一种连续变化的特点，它可以把两种完全不同的性能，如耐磨性和强韧性融于一体。这种特殊的材料能在两种温差很大或环境截然不同的条件下工作，因此得到了广泛的应用。下面较详细地介绍梯度功能材料在各领域的应用：4.1梯度功能热障涂层等离子喷涂热障涂层（TBC）作为热保护材料广泛用于汽轮机叶片、航天飞机燃烧室内壁等受热金属部件上。4.2机械工程中的应用在机械工程中，超硬梯度工具材料制成切削工具（如车刀、

6、铣刀、钻头等）具有表面耐磨性好和心部韧性好的特性，比通常工具的耐磨性提高2倍，寿命延长了5倍。梯度自润滑滑动轴承与一般的均质含油自润滑轴承相比，极限PV值由2.0Mpam/s提高到4.0Mpam/s，使用寿命提高2倍多。梯度涂层材料用于航空涡轮发动机叶片、气缸体、气轮机叶片及大口径火炮，使这些构件具有优良的耐磨性，耐蚀性和耐热性能。4.3光电工程中的应用在光电工程中，梯度封接合金材料用于封接电真空器件（如电子管、灯具等）中石英玻璃外壳及金属电极的材料，它既能与灯壳体达到匹配封接，又具有与钨极一样的导电性，也保

7、证灯壳与电极间有良好的绝缘性。提高了了大功率灯具的使用寿命。梯度功能折射材料用于大功率激光棒、复印机透镜、光纤接口等，具有光电效应好，重量轻，热应力缓和平稳等优点。4.4电磁工程中的应用在电磁工程中，梯度软磁硅钢材料、梯度压电材料，梯度导电及绝缘材料等已在电磁工程中得到应用，它们有的剩磁更低，有的能抑制瞬间大电流的作用，因此主要用作磁盘、永磁体、电磁体、振荡器、超声波振动器等，可提高其性能，减少体积和重量。4.5生物工程中的应用在生物工程中，梯度生物体植入材料具有高的比强度和比模量，不但适合于生物体环境，具有

8、良好的相容性，而且具有良好的自行愈合、修复、再生等特性。在生物医学中，这些材料大量用于骨外科手术中，用作人造牙、骨、关节、器官和仿生工程制品4.6核能及电气工程中的应用在核能及电气工程中，梯度热电能转换材料用作高能热电源热电变换元件、集热器、热发射元件、辐射加热器、发热吸收装置等，具有高的热传导率，高的辐射放热率。对称型梯度热电材料不仅具有高的热传导率、电绝缘性和优异的平面内导电率，而且具有高的热电