梯度功能材料淺談材料

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1、梯度功能材料淺談姓名：學(xué)號(hào)：專業(yè)：max.book118.com梯度功能材料摘要:主要介紹梯度功能材料的概念和特性，著重介紹梯度功能材料的制備方法，并重點(diǎn)介紹梯度功能材料現(xiàn)階段的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)其前景的展望。關(guān)鍵詞：梯度材料；制備方法；應(yīng)用前景前言：梯度功能復(fù)合材料是為了適應(yīng)新材料在高技術(shù)領(lǐng)域的需要，滿足在極限溫度環(huán)境（超高溫、大溫度落差）下不斷反復(fù)正常工作而開(kāi)發(fā)的一種新型復(fù)合材料。功梯度功能材料由于本身具

2、有優(yōu)異的性能以及它所體現(xiàn)出的新穎的材料設(shè)計(jì)思想，一經(jīng)提出，立即引起世界各國(guó)材料科學(xué)工作者的高度重視并對(duì)其展開(kāi)研究梯度功能材料的越來(lái)越重要和流行梯度功能材料（functionally　graded　materials），簡(jiǎn)稱FGM概念是由日本新野正之與平井敏雄等學(xué)者于1986年首先提出的，是指材料的組成和結(jié)構(gòu)從材料的某一方位一維二維或者三維）向另一方位連續(xù)地變化，使材料的性能和功能呈現(xiàn)梯度變化的一種新型的功能性材料從材料的結(jié)構(gòu)角度來(lái)看，梯度材料是選用兩種（或多種）性能不同的材料，通過(guò)連續(xù)地改變這兩種（或多種）材

3、料的組成和結(jié)構(gòu)，使其界面消失導(dǎo)致材料的性能隨著材料的組成和結(jié)構(gòu)的變化而緩慢變化，形成梯度材料。1400一1500℃溫度下，在石墨基體上得到了SiC／C梯度功能復(fù)合材料。3.2粉末冶金法粉末冶金法首先將原料粉末按不同混合比均勻混合，然后以梯度分布方式積層排列，再壓制燒結(jié)而成。粉末冶金法可靠性高，適合于制造形狀比較簡(jiǎn)單的功能梯度材料部件，但工藝比較復(fù)雜，制備的梯度材料有一定的孔隙率。按其成型工藝可分為疊層法、噴射積層法、粉漿澆注法和涂掛法等。3.3等離子噴涂法等離子噴涂法是以氣體作載體將噴涂材料粉末吹入等離子射流

4、中，使之成熔融態(tài)，并以極高的速度噴射至基材表面，形成扁平的層狀結(jié)構(gòu)涂層，通過(guò)控制噴涂材料的成分可以合成出沿截面具有成分漸變的FMG材料。此外，通過(guò)調(diào)整噴涂位置、粉末粒度、噴涂壓力及噴射速度等參量來(lái)調(diào)節(jié)噴涂量，可以在幾何形態(tài)復(fù)雜的器件表面制備大面積的熱障梯度涂層，但是成本較高。3.4自蔓延燃燒高溫合成法SHSSHS法是通過(guò)加熱原料粉局部區(qū)域激發(fā)引燃反應(yīng)，反應(yīng)放出的大量熱量依次誘發(fā)鄰近層的化學(xué)反應(yīng)，從而使反應(yīng)自動(dòng)持續(xù)地蔓延下去。SHS法尤其適合于制備FGM，由于在SHS過(guò)程中燃燒反應(yīng)的快速進(jìn)行，原先坯體中的成本梯

5、度安排不會(huì)發(fā)生改變，從而最大限度地保持了原先最終設(shè)計(jì)的梯度組成。4.梯度材料的應(yīng)用由于梯度功能材料具有組成，結(jié)構(gòu)從一種到另一種連續(xù)變化的特點(diǎn)，它可以把兩種完全不同的性能，如耐磨性和強(qiáng)韌性融于一體。這種特殊的材料能在兩種溫差很大或環(huán)境截然不同的條件下工作，因此得到了廣泛的應(yīng)用。下面較詳細(xì)地介紹梯度功能材料在各領(lǐng)域的應(yīng)用：4.1梯度功能熱障涂層等離子噴涂熱障涂層（TBC）作為熱保護(hù)材料廣泛用于汽輪機(jī)葉片、航天飛機(jī)燃燒室內(nèi)壁等受熱金屬部件上。4.2機(jī)械工程中的應(yīng)用在機(jī)械工程中，超硬梯度工具材料制成切削工具（如車(chē)刀、

6、銑刀、鉆頭等）具有表面耐磨性好和心部韌性好的特性，比通常工具的耐磨性提高2倍，壽命延長(zhǎng)了5倍。梯度自潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承與一般的均質(zhì)含油自潤(rùn)滑軸承相比，極限PV值由2.0Mpam/s提高到4.0Mpam/s，使用壽命提高2倍多。梯度涂層材料用于航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、氣缸體、氣輪機(jī)葉片及大口徑火炮，使這些構(gòu)件具有優(yōu)良的耐磨性，耐蝕性和耐熱性能。4.3光電工程中的應(yīng)用在光電工程中，梯度封接合金材料用于封接電真空器件（如電子管、燈具等）中石英玻璃外殼及金屬電極的材料，它既能與燈殼體達(dá)到匹配封接，又具有與鎢極一樣的導(dǎo)電性，也保

7、證燈殼與電極間有良好的絕緣性。提高了了大功率燈具的使用壽命。梯度功能折射材料用于大功率激光棒、復(fù)印機(jī)透鏡、光纖接口等，具有光電效應(yīng)好，重量輕，熱應(yīng)力緩和平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)。4.4電磁工程中的應(yīng)用在電磁工程中，梯度軟磁硅鋼材料、梯度壓電材料，梯度導(dǎo)電及絕緣材料等已在電磁工程中得到應(yīng)用，它們有的剩磁更低，有的能抑制瞬間大電流的作用，因此主要用作磁盤(pán)、永磁體、電磁體、振蕩器、超聲波振動(dòng)器等，可提高其性能，減少體積和重量。4.5生物工程中的應(yīng)用在生物工程中，梯度生物體植入材料具有高的比強(qiáng)度和比模量，不但適合于生物體環(huán)境，具有

8、良好的相容性，而且具有良好的自行愈合、修復(fù)、再生等特性。在生物醫(yī)學(xué)中，這些材料大量用于骨外科手術(shù)中，用作人造牙、骨、關(guān)節(jié)、器官和仿生工程制品4.6核能及電氣工程中的應(yīng)用在核能及電氣工程中，梯度熱電能轉(zhuǎn)換材料用作高能熱電源熱電變換元件、集熱器、熱發(fā)射元件、輻射加熱器、發(fā)熱吸收裝置等，具有高的熱傳導(dǎo)率，高的輻射放熱率。對(duì)稱型梯度熱電材料不僅具有高的熱傳導(dǎo)率、電絕緣性和優(yōu)異的平面內(nèi)導(dǎo)電率，而且具有高的熱電