精华区文章阅读

发信人: ZhouHui (路漫漫……), 信区: material
标题: 材料领域的新葩:梯度材料
发信站: 听涛站 (Mon Mar 26 11:31:18 2001), 转信

　　当代高新技术的飞跃发展，引起材料科学领域内的不断变革，使得各种适应高新技
术发展的新材料应运而生。梯度材料正是适应了这种需要，成为材料领域绽开的一朵新
葩。
　　梯度功能材料的概念
　　所谓梯度材料，严格意义上讲，应该称作“梯度功能复合材料”（FunctionallyGr
adientMaterials，简称FGM），又称倾斜功能材料。
　　一般复合材料中分散相是均匀分布的，整体材料的性能是同一的，但是在有些情况
下，人们常常希望同一件材料的两侧具有不同的性质或功能，又希望不同性能的两侧结
合得完美，从而不至于在苛刻的使用条件下因性能不匹配而发生破坏。从航天飞机的推
进系统中最有代表性的超音速燃烧冲压式发动机为例，燃烧气体的温度通常要超过2000
℃，对燃烧室壁会产生强烈的热冲击；燃烧室壁的另一侧又要经受作为燃料的液氢的冷
却作用，通常温度为－200℃左右。这样，燃烧室壁接触燃烧气体的一侧要承受极高的温
度，接触液氢的一侧又要承受极低的温度，一般材料显然满足不了这一要求。于是，人
们想到将金属和陶瓷联合起来使用，用陶瓷去对付高温，用金属来对付低温。但是，用
传统的技术将金属和陶瓷结合起来时，由于二者的界面热力学特性匹配不好，在极大的
热应力下还是会遭到破坏。针对这种情况，1984年，日本科学家平井敏雄首先提出了梯
度功能材料的新设想和新概念，并展开研究。这种全新的材料设计概念的基本思想是：
根据具体要求，选择使用两种具有不同性能的材料，通过连续地改变两种材料的组成和
结构，使其内部界面消失，从而得到功能相应于组成和结构的变化而渐变的非均质材料
，以减小和克服结合部位的性能不匹配因素。例如，对上述的燃烧室壁，在陶瓷和金属
之间通过连续地控制内部组成和微细结构的变化，使两种材料之间不出现界面，从而使
整体材料具有耐热应力强度和机械强度也较好的新功能。
　　基于平井敏雄的研究，1987年，日本科学技术厅提出了一项“关于开发缓和热应力
的梯度功能材料的基础技术研究计划”，制备出一系列不同体系的厚1—10mm，直径30m
m的梯度功能材料。它的出现引起了世界其他国家材料工作者的极大兴趣。
　　梯度功能材料的研究现状
　　目前，梯度材料的研究主要集中于材料的设计、制备和评价三个方面。
　　关于设计：梯度功能材料的设计特色在于设计与材料的合成手段紧密结合，并借助
于计算机辅助设计专家系统，得出接近于实际的结果。关于制备材料的性能取决于体系
选择及内部结构。对梯度功能材料必须采取有效的制备技术来保证材料的设计。目前，
已开发的梯度材料制备方法主要有：化学气相沉积法、物理蒸发法、等离子喷涂法、颗
粒梯度排列法、自蔓延高温合成法、液膜直接成法及薄膜浸渗成型法等。
　　关于评价：对梯度功能材料性能评价，目前国内外尚没有统一的标准，由于使用目
的、使用环境、制备方法等的不同，可能有不同的评价方法。例如，对等离子喷涂法制
备的FGM，参照等离子喷涂的有关标准，可进行结合强度、热冲击性、隔热性以及耐热性
等性能评价。
　　梯度功能材料的应用
　　虽然FGM的最初目的是解决航天飞机的热保护问题，提出了梯度化结合金属和超耐热
陶瓷这一新奇想法。鉴于梯度材料的特点，它很快就被利用在其他功能材料的构想和研
究中，现在，随着FGM的研究和开发，其用途已不局限于宇航工业上，其应用已扩大到核
能源、电子、化学、生物医学工程等领域，其组成也由金属－陶瓷发展成为金属－合金
、非金属－非金属、非金属－陶瓷、高分子膜－高分子膜等多种组合，种类繁多，应用
前景十分广阔。

--
古人云：言多必失

※ 来源:．听涛站 cces.net．[FROM: 匿名天使的家]

material 版 (精华区)