功能梯度材料

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1、功能梯度材料高温制备方法的现状与展望邓永存信晓兵（唐山钢铁集团公司　第一钢轧厂河北唐山063009）摘要：功能梯度材料(FGM)是20世纪80年代出现的一种新型功能材料，它具有耐高温、耐磨损等许多优良性能，因此，在航空航天等很多领域得到了广泛的应用。本文重点对功能梯度材料高温制备方法的现状进行了论述。关键词：功能梯度材料；定义；应用；制备方法。ActualityandprospectofhightemperatureproducingmethodsoffunctionallygradientmaterialsDENgYong-cun,XINXiao-bing

2、(TangSteel，TangshanHebei063009China)Abstract:Functionallygradientmaterials(FGM),whicharethenewfunctionalmaterials,appearedinthe1980's.Theyownsupremecapabilitiesofresistancetoelevatedtemperaturesstandwearandtearetc.,therefore,havebeenwidelyusedinsomanydomainsasaerospace.Thispaperint

3、roducesmainlytheactualityofhightemperatureproducingmethodsofFGM.Keywords:functionallygradientmaterials(FGM);definition;application;producingmethods.一、功能梯度材料功能梯度材料是近些年新发展起来的一种新型功能材料。1987年日本学者平井敏雄等人首先提出功能梯度材料这一概念，该材料的应用目标主要是航天飞机的防热系统和发动机。即以连续变化的组分梯度来代替突变界面，消除了物理性能的突变，使热应力降至最小（如图1所示）。

4、起初，其定义为：功能梯度材料(FunctionallyGradedMaterials，简称FGM)是指构成材料的要素(组成、结构)沿厚度方向由一侧向另一侧呈连续梯度变化，从而使材料性质和功能也呈梯度变化的一种新型材料[1]。现在功能梯度材料完整的定义是根据使用要求，选择使用两种不同性能的材料，采用先进的材料复合技术，使中间的组成和结构连续呈梯度变化，内部不存在明显的界面，从而使材料的性质和功能沿厚度方向也呈梯度变化的一种新型复合材料[2]。制备和发展梯度功能材料成为当今材料相关学科研究的重要组成部分，更是高科技功能材料、航天、航空、核工业、生物工程等部门的迫

5、切需要。图1功能梯度材料的结构和特性按照不同的分类方法，功能梯度材料可以分为不同的种类。根据不同的梯度性质变化，功能梯度材料可分为密度功能梯度材料、成分功能梯度材料、光学功能梯度材料和精细功能梯度材料等四类；根据应用领域[3]不同，功能梯度材料可分为耐热功能梯度材料、生物功能梯度材料、化学工程功能梯度材料、电子工程功能梯度材料等四类。二、功能梯度材料的应用领域功能梯度材料最初用于缓和热应力，应用于高温环境特别适用于材料两侧温差较大的环境，其耐热性、再用性和可靠性是以往使用的陶瓷基复合材料无法比拟的。现在，功能梯度材料通过金属、陶瓷、塑料等无机物和有机物的巧妙

6、组合，在航空航天、生物医学、机械工程、电磁、核工程、民用及建筑、能源工程光学等领域都有广泛的应用。表1列举了功能梯度材料在各个领域中的应用[2，4，5]。表1功能梯度材料的应用应用领域应用范围功能航空航天飞机机体、发动机燃烧室内壁耐热、耐热冲击、耐热疲劳、热引力缓和生物工程人造骨骼、人造心脏、人造牙齿、仿生物制品高比强度、高比模量、耐腐蚀、耐疲劳、耐磨损、生物相容性机械工程拉丝导轮、汽轮机排气门、轴承等零部件耐热、耐腐蚀、耐磨损、高强度、韧性好光电工程大功率激光棒、复印机透镜、光纤接口热应力缓和、光电效应、梯度功能电磁工程陶瓷滤波器、超声波振荡器、磁盘、高密

7、度封装基板、超导材料、电磁屏蔽材料、永久磁铁、硅、化合物半导体混合IC、长寿命加热器压电梯度功能、电磁梯度材料、导电及绝缘梯度功能核工程原子炉构材、核熔炉内壁材、等离子体测试、控制用窗材等高强度、耐热、耐腐蚀性民用及建筑纸、纤维、衣物、食品、炊具、建材等耐热、防寒、营养保健、减震降噪能源工程热点工程、地热工程、太阳能电池、塑料电池耐热、耐腐蚀、耐热冲击性化工领域功能性高分子膜、触媒燃料电池、催化剂耐腐蚀、耐热、绝缘、高强度三、功能梯度材料制备方法的现状制备出的FGM可以是金属-金属、金属-陶瓷、非金属-非金属、非金属-陶瓷等。功能梯度材料制备的关键是控制材料

8、结构，使组成和显微结构按照要求逐渐变化。制备功能梯度