《梯度复合材料》PPT课件

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1、梯度功能复合材料FunctionailyGradientCompositeMaterials复合材料08-1班第四小组梯度功能复合材料有志者，事竟成，破釜沉舟，百二秦关终属楚；苦心人，天不负，卧薪尝胆，三千越甲可吞吴。梯度功能复合材料人造梯度功能材料并不是新事物。越王勾践剑深埋地下2400多年，1965年出土时依旧寒光逼人，锋利无比。1977年12月，复旦大学与中科院等对剑进行了无损检测。发现其主要成分是铜、锡及少量的铝、铁、镍、硫。剑的各个部位铜和锡的比例不一。剑脊含铜较多，韧性好，不易折断；刃部含锡高，硬度大，使剑非常锋利；花纹处含硫高，硫化铜可防锈蚀,形成了良好的成分梯度。梯度功

2、能材料早就出现在自然界中。竹子是一种典型的梯度功能材料，人类和动物身体中的骨骼也是一种梯度材料，其特点是结构中的最强单元承受最高的应力。生物的梯度结构与人造梯度结构之间存在很大差异。有生命的FGM是“有智能的”，它们能感受所处环境的变化(包括局部应力集中)，产生相应的结构修改，而人造梯度材料至少在目前还缺乏这种功能。梯度功能复合材料竹子竹节中纤维素含量变化梯度功能复合材料一、产生背景二、概念三、设计过程四、制备工艺五、发展方向六、应用梯度功能复合材料——产生背景人类很早就认识到非均匀材料广泛存在于自然界中，如岩石、竹子、牙齿、骨骼等生命或非生命物体，并且其中一些的应用已有数千年的历史。

3、２０世纪８０年代以来，随着航空航天工业的发展，材料的隔热成了最大的问题，特殊的服役环境致使一般的匀质材料面临着高温和大的温度梯度的挑战，即使足采用陶瓷或金属复合材料，由于两者的热膨胀系数的差异，在高温使用时也会产生巨大的热应力，导致在材料表层出现剥落或龟裂，使材料失效。梯度功能复合材料——产生背景针对这种情况，日本科学家于１９８７年首先提出了ＦＧＭ的概念。下图为ＦＧＭ的示意图。ＦＧＭ的主要优势体现在可以连接２种不相容的材料，提高粘结强度，减小不同材料之间的残余应力和裂纹驱动力，消除不同材料界面的交叉点。梯度功能复合材料——概念梯度功能材料(FGM)是两种或多种材料复合成组分和结构呈连续

4、梯度变化的一种新型复合材料；它要求功能、性能随内部位置的变化而变化，实现功能梯度的材料。★FGM，又称倾斜功能复合材料。梯度功能复合材料——概念★材料显著特征：⑴组分结构及物性参数都呈连续变化;⑵同一件材料的两侧具有不同性质或功能，且能完美结合;⑶在苛刻的使用条件下性能匹配而不发生破坏。梯度功能复合材料——概念金属／陶瓷金属／非金属陶瓷／陶瓷非金属／塑料陶瓷／非金属金属/金属梯度功能材料①组合方式上分梯度功能复合材料——概念②、组成变化上分：（1）梯度功能整体型(从一侧到另一侧组成梯度变化)（2）梯度功能涂履型(涂层的组成梯度变化)（3）梯度功能连接型(粘接接缝的组成梯度变化)③、功能

5、上分：（1）热防护梯度功能材料（2）折射率梯度功能材料梯度功能复合材料——概念注意：梯度材料与合金材料、复合材料的区别材料混杂材料复合材料梯度材料设计思想分子、原子级水平合金化组分优点的复合特殊功能为目标组织结构0.1nm-0.1m0.1m-1m10nm-10mm结合方式化学键、物理键分子间力分子间力/物理键/化学键微观组织均质/非均质非均质均质/非均质宏观组织均质均质非均质功能一致一致梯度化梯度功能复合材料——设计过程一般采用逆设计系统，其设计过程如下：a.通过计算机辅助设计系统，①根据指定的材料结构形状和受热环境，得出热力学边界条件；选择有可能合成的材料组配和恰当的制造方法；②

6、根据材料的物理参数及控制梯度变化的适宜条件，进行温度分布解析和热应力解析，探索比应力达最小值的组成分布形状或材料组配。b.把获得的结果作为进行梯度功能材料的制备依据。一般先制备出较小的试件；然后进行扩大性试验。c.将其用于实际环境中进行试验。粉末冶金法将金属、陶瓷等粉末按一定梯度分布直接填充到模具中加压烧结；也可将不同组分粉末压成薄膜/片后进行叠层烧结。控制各组分混合比，使压后的粉坯梯度层间任一组分浓度变化较小，梯度层间接合紧密。调节粉末粒度分布和烧结工艺，可得良好热应力缓和的梯度功能材料。通过粉末混合烧结形成的FGM结构示意图粉末冶金法按其成型工艺可分为直接填充法喷射积层法薄膜叠层法

7、离心积层法粉浆浇注法1.直接填充法混合粉体经造粒、调整流动性后直接按所需成分在压模内逐层充填，并压制成型。此法虽工艺简便，但其成分分布只能是阶梯式的。梯度功能复合材料——制备工艺2.喷射积层法原料粉体各自加入分散剂搅拌成悬浮液，混合均匀后，一边搅拌混合，一边用压缩空气喷射到预热的基板上，通过计算机控制粉末浆的流速及X-Y平台的移动方式，即可得到成分连续变化的沉积层。喷射沉积层经干燥后冷压成型，在热压烧结即得到FGM。该工艺的最大特点是：可连续改