梯度功能材料(

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1、SECMINSECMINSECMINSECMINSTART梯度功能材料Functionalgradientmaterials(FGM)背景：傳統(tǒng)的材料設(shè)計(jì)、制備和評(píng)價(jià)中，人們往往是追求材料的均勻性，以達(dá)到材料各部分性能的一致，使材料的性能發(fā)揮得最好。后來，復(fù)合材料的出現(xiàn)，人們?nèi)匀灰蠼M成復(fù)合材料的各部分成分，分布盡量均勻。但是，在一些特殊場(chǎng)合，需要耐熱、耐磨、耐蝕的要求，材料內(nèi)部在受到熱沖擊和熱循環(huán)時(shí)，勻質(zhì)材料往往達(dá)不到所要求的性能，復(fù)合材料由于組成成分物性參數(shù)或彈性模量相差太大，而在界面處產(chǎn)生很大的應(yīng)力，甚至使之產(chǎn)生裂紋或剝離。所以，一種新的材料急需填補(bǔ)空白。1984年，日本

2、材料學(xué)家新野正之等人在研究開發(fā)用于航天飛機(jī)和火箭的高溫結(jié)構(gòu)材料的過程中，提出了梯度材料的概念，其為一種成分分布沿一定方向呈梯度變化、性能也隨之呈梯度變化的非勻質(zhì)新型材料。材料一面采用耐熱、耐蝕的材料，另一面采用具有一定強(qiáng)度和韌性的材料，由于材料成分分布的梯度性，材料界面處的應(yīng)力也大大緩解，提高了結(jié)合強(qiáng)度。FGM基本思想：根據(jù)具體要求，選擇兩種或兩種以上具有不同性質(zhì)的材料，通過連續(xù)地改變這些材料的組成和結(jié)構(gòu)，使其內(nèi)部界面消失，從而得到功能相應(yīng)于組成和結(jié)構(gòu)變化而漸變的非均勻材料，以減小和克服結(jié)合部位的性能不匹配因素。由于材料成分和微觀組織結(jié)構(gòu)在幾何空間上連續(xù)變化，從而得到性能在幾何

3、空間上也連續(xù)變化的非均質(zhì)材料，在復(fù)雜環(huán)境下使用時(shí)比性能均勻材料具有更大優(yōu)勢(shì)。軸承鋼金相組潤(rùn)滑梯度材料耐磨梯度材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：構(gòu)成梯度材料的物系設(shè)計(jì)：主要考慮所設(shè)計(jì)的性質(zhì)要與目標(biāo)環(huán)境相適應(yīng)，此外還要充分注意所選材料間的物理及化學(xué)相容性。（熱膨脹系數(shù)、潤(rùn)濕性、材料制備條件等）熱應(yīng)力緩和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：追求在選定物系前提下梯度材料的熱應(yīng)力最為適宜。（采用逆設(shè)計(jì)方法）設(shè)計(jì)方法：采用逆設(shè)計(jì)方法，根據(jù)材料實(shí)際使用的工況條件，得出熱力學(xué)邊界條件，然后從已有的材料合成及性能知識(shí)庫中，選擇有可能合成的材料組合體系及制備方法，借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和迭代運(yùn)算，建立準(zhǔn)確的計(jì)算模型，求得最全的材料組合、內(nèi)部組成分

4、布、微觀組織以及合成條件，將獲得的結(jié)果提交材料合成部門，根據(jù)要求進(jìn)行梯度功能材料的合成，合成后的材料經(jīng)過性能測(cè)試的評(píng)價(jià)，再反饋到材料設(shè)計(jì)部門，經(jīng)過循環(huán)迭代設(shè)計(jì)、制備及評(píng)價(jià)，從而研制出實(shí)用的梯度功能材料。主要的制備方法氣相沉積法自蔓延高溫合成法粉末冶金法等離子噴涂法激光熔覆法應(yīng)用：梯度功能材料自20世紀(jì)80年代中期產(chǎn)生以來得到了飛速發(fā)展。FGM的研究正在向多學(xué)科交叉、多產(chǎn)業(yè)合作及國(guó)際化的方向發(fā)展。其應(yīng)用也不再局限于最初的航空航天領(lǐng)域，逐漸滲透到機(jī)械工程、核工程、電子工程和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，如表1所示展望1.FGM研究的一個(gè)重要方面是新的、經(jīng)濟(jì)的FGM制備方法和工藝的開發(fā)。期望在改善

5、現(xiàn)有FGM制備工藝的前提下，能開發(fā)出經(jīng)濟(jì)的、應(yīng)用面較廣（大面積、形狀復(fù)雜件）的FGM的制備工藝。2.從目前FGM研究現(xiàn)狀來看，F(xiàn)GM性能評(píng)價(jià)還欠完善，需要建立新的評(píng)價(jià)理論和方法，提出合理的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，使FGM性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)化。結(jié)束語：梯度功能材料由于本身成分、結(jié)構(gòu)的漸變性所表現(xiàn)出來的性能的梯度性，可以滿足材料在一些極端環(huán)境下的使用要求，可以滿足材料的耐熱、耐磨和耐蝕等物理、化學(xué)性能要求，充分完善材料設(shè)計(jì)、制備和材料特性評(píng)價(jià)方面理論和實(shí)踐，促進(jìn)梯度功能材料向工業(yè)化實(shí)用化方向發(fā)展，其應(yīng)用也將越來越廣泛。文獻(xiàn)：謝謝！WPSOfficeMakePresentationmuchmorefun

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