一种功能梯度材料活塞的材料梯度方程选择
梯度功能复合材料,,
采用铸造?倾析?铸造技术制备A390/A356铝合金功能梯度复合材料时过热和凝固层厚度对其 界面接合的影响 Abstract: T he cast?decant?cast is a new method for the preparation of the functionally graded components that has been developed in recent years. The functionally graded cylindrical shape component with a radial gradient, e.g. the first alloy (A390) with high wear resistance on the surface of the piece and toughness and the second alloy (A356) of low machining costs in the core of the piece can be produced via this melt process. The effectof the second alloy superheat at temperatures of 750, 820 and 860 °C as well as the effect of the first alloy solidified layer at 25, 35 and 45 s decanting time on achieving the perfect interface between the twoalloys was investigated. The characterization of the interface was carried out by optical microscopy and scanning electron microscopy,and its width was measured by the microhardness test. The results showed that the best interface was obtained at 860 °Cand 35 s decanting time with a width of 500 μm. Also, the wear resistance test was performed to measure and compare the surface wear resistance to the core. Key words: A390 alloy; A356 alloy; functionally graded material; cast?decant?cast process 摘要：铸造?倾析?铸造技术是近年来发展起来的一种制备功能梯度材料的新方法。采用这种方法制备在径向具有梯度功能的圆柱形试样，其外表层为具有高耐磨性的A390铝合金，芯部为具有较高韧性和加工性能的A356铝合金。研究芯部熔体在不同过热温度(750，820和860 °C)和表层在不同倾析时间(25，35和45 s)下的A390/A356铝合金界面接合情况。采用光学显微镜和扫描电镜对界面进行表征，对界面区的显微硬度进行测量。结果表明，在过热温度为860 °C，倾析时间为35 s的条件下，可以获得一宽度约为500 μm的接合良好的界面层。比较了试样表面层和芯部的耐磨性能。 关键词：A390铝合金；A356铝合金；功能梯度材料；铸造?倾析?铸造技术 1引言 工程中的许多组件需要材料的对立特性，如质轻和耐磨，耐磨性和可加工性，横截面的硬度和韧性等。梯度功能材料（FGM）填补了这种材料科学的缺口，就是组件需要在不同的位置有不同的属性和实现均相横截面的最优属性的材料。功能梯度材料是成分和显微结构沿厚度变化的材料[ 1 ]。在最近的几十年里，一些熔融工艺已被用于批量制作功能梯度材料。最常见的方法是离心铸造[ 2 ]，功率超声铸造[ 3 ]，沉降[4]，磁分离[5]和熔体渗透[ 6]。2005年，都柏林大学开发了生产功能梯度轻合金铸造的新技术；该技术被称为铸造?倾析?铸造（CDC）技术。SCANLAN等人确定了三个与CDC（铸造?倾析?铸造）进程相关联的技术：转向，内部倾析和低压技术。通过这些方法生产的功能梯度材料，已被用于生产下面的
建筑材料与构造打印版
1. 建筑材料包括结构材料、饰面材料、功能材料和辅助材料。 结构材料：用于建筑物主体的构筑，如基础、梁、板、柱、墙体和屋面。 功能材料：主要起保温隔热、防水密封、采光、吸声等改进建筑物功能的作用。装饰材料：它对建筑物的各个部位起美化和装饰作用，使得建筑物更好地表现出艺术效果和时代特征，给人们以美的享受。 2. 按国家标准《装饰工程施工及验收规范》的规定，建筑装修应包括如下内容： 抹灰工程、门窗工程、玻璃工程、吊顶工程、隔断工程、饰面工程、涂料工程、裱糊工程、刷奖工程和花饰工程等10项。 3. 建筑饰面材料的连接与固定一般分为三大类：胶接法、机械固定法和焊接法。 胶接法：通常在墙地面铺设整体性比较强的抹灰类或现浇细石混凝土，还有在铺贴陶瓷锦砖、面砖和石材时，利用水泥本身的胶结性和掺入胶接材料作为饰面的方法。 机械固定法：随着高强复合的新型建筑结构构件和饰面板材的不断涌现，工厂制作，现场装配的比例越来越高，机械连接和固定方法在建筑装修工程中逐渐占主导地位，此种方法大多采用金属固定和连接件。金属紧固价有各种钉子、螺栓、螺钉和铆钉。金属连接件包括合缝钉、铰链、带孔型钢和特殊接插件等。在装修工程中采用机械连接和固定法具有速度快、效率高、施工灵活和安全可靠等优点，但施工精确度也必须高。 焊接法：对于一些比较重型的受力构件或者某些金属薄型板材的接缝，通常采用电焊或气焊的方法。 4.外墙面的装饰，一方面可以防止墙体直接受到风、霜、雨、雪的侵袭及温度剧烈变化而统一，带来的影响；另一方面使建筑的色彩、质感等外观效果与环境和谐显示出理想的美感，从而提高建筑物的使用价值。 5. 内墙面的装饰其目的和要求主要体现在以下三个方面： ⑴. 保护墙体⑵改善室内使用条件⑶. 装饰室内 6.粗底涂是墙体基层的表面处理，作用是与基层粘结和初步找平，基层的施工操作和材料选用对饰面质量影响很大。常用材料有石灰砂浆、水泥砂浆和混合砂浆，具体根据基层材料的不同而选用不同的方法和材料。 1）砖墙面：砖墙由于是手工砌筑，一般平整度较差，必须采用水泥砂浆或混合砂浆进行粗底涂，亦称刮糙。为了更好地粘接，刮糙前应先湿润墙面， 刮糙后也要浇水养护，养护时间长短视温度而定。 2）混凝土墙：混凝土墙面由于是用模板浇筑而成，所以表面较光滑，平整度较高，特别是工厂预制的大型壁板，其表面更是光滑，甚至还带有剩余的脱模油，这都不利于抹灰基层的粘结，所以在饰面前对墙体要进行处理，
塑胶材料的选用原则
迄今为止,已见报道的树脂种类达到上万种,实现工业化生产的也不下千余种。塑料材料的选用就是在众多的树脂品种中,选择一个合适的品种。初看起来,可供我们选择的塑料品种太多,有眼花缭乱的感觉。但实际上并不是所有的树脂品种都获得了具体应用。我们所指的塑料材料的选用,并不是漫无边际的选择,而是在常用的树脂品种中选用。 塑料材料的选用原则: 一.塑胶材料的适应性; 1.各种材料的性能比较; 2.不宜选用塑料的条件; 3.选用塑料的适宜条件。 二.塑料制品的使用性能 1.塑料制品的使用条件 a.塑料制品的受力情况; b.塑料制品的电性能; c.塑料制品的尺寸精度要求； d.塑料制品的渗透性要求; e.塑料制品的透明性要求; f.塑料制品的外观要求。 2.塑料制品的使用环境 a.环境温度; b.环境湿度; c.接触介质; d.环境的光、氧及辐射. 三.塑料的加工性能 1.塑料的可加工性; 2.塑料的加工成本; 3.塑料加工的废料处理.
四.塑料制品的成本 1.塑料原料的价格; 2.塑料制品的使用寿命; 3.塑料制品的维护费用. 五.塑料原料的来源。 在实际选用过程中,有些树脂在性能上十分接近,难分伯仲。究竟选择哪一种更为合适?需要多方考虑、反复权衡,才可以确定下来。因此说塑胶材料的选用是一项十分复杂的工作,可遵循的规律并不十分明显。有一点需提醒大家特别注意,从各种书刊上引用的塑料材料性能数据,都是在特定条件下测定的,这些条件可能与实际工作状态差别较大。如不吻合则要将所引数据转换成实际使用条件下的性能或按实际条件重新测定。 面对一个要开发制品的设计图纸,选材应遵循如下步骤。 首先要确定这个产品是否可选用塑料材料制造；其次,如果确定可用塑料材料来制造,究竟选用那种塑料材料是进一步需要考虑的因素。 根据产品精度选择塑料材料: 不同塑料材料对应的产品精度 精度等级可用塑料材料品种 1级无 2级无 3级 PS、ABS、PMMA 、PC、PSF、PPO、PF、AF、EP、UP、 F4 UHMW、30%GF增强塑料等,其中以30%GF增强塑料的精度最高. 4级 PA类、氯化聚醚 HPVC等 5级 POM 、PP、HDPE等 6级 SPVC、LDPE、LLDPE等 衡量塑料制品耐热性能好坏的指标有热变形温度、维卡软化点和马丁耐热温度三种,其中以热变形温度最为常用. 从下表中可以看出，塑料的最高使用温度一般不超过400°C，而且大多数塑料的使用温度都在100到260°C范围内；只有不熔聚酰亚胺、液晶聚合物、聚苯酯（AP）、聚苯并咪唑（PBI）、聚硼二苯基硅氧烷（PBP）的热变形温度可大于300°C。因此，如果使用环境的温度长时间超过400°C，几乎没有塑料材料可供选用；如果使用环境的温度短期超过400°C，甚至达到500°C以上，并且无较大的负荷，有些耐高温塑料可短时使用。不过以碳纤维、石墨或玻璃纤维增强的酚醛等热固性塑料很特别，虽然其长期耐热温度不到200°C，但其瞬时可耐上千度高温，可用作耐烧蚀材料，用于导弹外壳及宇宙飞船面层材料。
1原料选用的原则
1原料选用的原则：a原料的质量要求：成分、粒度、REDOX值、含水率等。B易于加工处理c成本低廉、储量丰富、供应可靠、d对耐火材料的侵蚀要小；引入二氧化硅原料：石英砂、砂岩；引入氧化铝原料：长石；引入氧化钠原料：纯碱或芒硝；引入氧化镁和氧化钙的原料：白云石、石灰石、方解石、白垩石。 2影响玻璃澄清的因素：a配合料中的气体率：气体率过大、溶质泡沫多延长澄清时间；气体率过小，玻璃液难以形成强烈翻滚气泡难以消除b澄清温度：温度低、澄清时间不足、温度高、澄清时间长c窑压：窑内需保持微正压或微负压：负压大，使冷空气吸入产生大量气泡。正压大，不利于气体的排除。 3影响均化的因素：a玻璃液中不均匀体的溶解与扩散：温度粘度。B玻璃液的表面张力：表面张力小，条纹和不均匀体容易被均化。C玻璃液的对流d玻璃液中的气泡上升：气泡上升有利于均化e玻璃液强制均化的应用：鼓泡、搅拌。 4玻璃液的五个阶段：a硅酸盐的形成阶段：在800到1000摄氏度进行，变成由硅酸盐和二氧化硅组成的不透明结构，硅酸盐形成速度取决于配合料性质和加料方式。B玻璃形成阶段：在1200摄氏度，硅酸盐和石英粒完全溶解，成为大量可见气泡、条纹在温度上和化学成分上不够透明的玻璃液c玻璃液的澄清阶段：1400到1500摄氏度玻璃粘度降低、气泡大量排出到完全排除e玻璃液的均化阶段：由于对流、扩散熔解等作用，玻璃液中条纹逐渐消除化学组成和温度逐渐趋向均一，此阶段结束时温度略低于澄清温度f玻璃液冷却阶段：将澄清和均化了的玻璃均匀降温使玻璃液成型所需要的黏度。 5什么是熔制制度？简述不同的温度制度各有什么特点？ A山形曲线：热点突出，热点与1#小炉及末对小炉间的温差大，泡界线清晰稳定。 B 桥形曲线：有一个热点热点前后两对小炉的温度与最高温度相差不大，温度曲线似拱桥形，其特点是融化高温带较长，有利于提高玻璃配合料熔化速率和玻璃液的澄清。 C 双高曲线：a配合料较多的1、2#小炉投入较多燃料使配合料在此基本熔化b适当减少处在泡沫稠密区的3#，4#小炉的燃烧量以降低此处耐火材料热负荷c增加5#小炉燃料量，以利于强化玻璃液的澄清和均化作用d6#小炉半开或开小，以适应成型需要。 6泡界线的含义是什么？在生产中有什么作用？ 泡界线是指泡沫稠密区与清净玻璃之间形成的一条整齐明晰的分界线，在线的里面玻璃形成反应激烈的进行，液面有很多的泡沫而在线外，液面像镜子一样明亮。作用：通过泡界线位置、形状、澄清度来判断熔化作业正常与否。 7如何保证锡槽气密性？ A使锡槽内气体保持微正压b锡槽的材料不能有连通性气孔且内衬耐火材料外包钢罩c锡槽端部和操作孔处要有气封装置。D在出口端设置一道或多到耐火挡帘 8什么是二次气泡？ 由于物理或化学的原因，是溶于玻璃液中的气体重新析出而形成的气泡。原因：硫酸盐和其他盐类的继续分解；溶解气体的析出；耐火材料气泡；玻璃液流股间的化学反应；电化学反应。 9简述窑压波动的原因 烟囱的抽力：烟囱抽力大，窑压小；烟囱抽力小窑压大。 气体沿程阻力：如蓄热格子砖倒塌严重，格子体堵塞和漏气 10窑炉气氛的设定，芒硝应如何应用 为保证芒硝的高温分解，必须添加煤粉做还原剂：a1#2#小炉需要还原焰、不使碳粉烧掉b3、4#小炉是热点区需要中性焰，否则液面会产生致密的泡沫层，使澄清困难；c5# 6#小炉是澄清均化区，为烧去多余的碳粉不使玻璃着色需用氧化焰。 11什么叫做平板玻璃池窑前脸墙？常用的玻璃池投料机有几种类型？
材料科学基础选择题版
材料科学基础选择题版集团文件发布号：（9816-UATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-
1、极化会对晶体结构产生显着影响，可使键性由（B）过渡，最终使晶体结构类型发生变化。 （A）共价键向离子键（B）离子键向共价键 （C）金属键向共价键（D）键金属向离子键 2、离子晶体中，由于离子的极化作用，通常使正负离子间的距离（B），离子配位数（）。 （A）增大，降低（B）减小，降低（C）减小，增大（D）增大，增大 3、氯化钠具有面心立方结构，其晶胞分子数是（C）。 （A）5 （B）6 （C）4 （D）3 4、NaCl单位晶胞中的“分子数”为4，Na+填充在Cl-所构成的（B）空隙中。 （A）全部四面体（B）全部八面体（C）1/2四面体（D）1/2八面体 5、CsCl单位晶胞中的“分子数”为1，Cs+填充在Cl-所构成的（C）空隙中。 （A）全部四面体（B）全部八面体（C）全部立方体（D）1/2八面体 6、MgO晶体属NaCl型结构，由一套Mg的面心立方格子和一套O的面心立方格子组成，其一个单位晶胞中有（B）个MgO分子。 （A）2 （B）4 （C）6 （D）8 7、萤石晶体可以看作是Ca2+作面心立方堆积，F-填充了（D）。 （A）八面体空隙的半数（B）四面体空隙的半数 （C）全部八面体空隙（D）全部四面体空隙 8、萤石晶体中Ca2+的配位数为8，F-配位数为（B）。 （A）2 （B）4 （C）6 （D）8 9、CsCl晶体中Cs+的配位数为8，Cl-的配位数为（D）。 （A）2 （B）4 （C）6 （D）8 10、硅酸盐晶体的分类原则是（B）。 （A）正负离子的个数（B）结构中的硅氧比 （C）化学组成（D）离子半径 11、锆英石Zr[SiO4]是（A）。 （A）岛状结构（B）层状结构（C）链状结构（D）架状结构 12、硅酸盐晶体中常有少量Si4+被Al3+取代，这种现象称为（C）。
功能梯度复合材料圆柱壳固有频率解
第25卷第6期2005年12月 地 震 工 程 与 工 程 振 动 EARTHQUAKE ENG I NEER I NG AND ENG I NEER I NG V IBRAT I ON V o.l 25,N o .6 D ec .2005 收稿日期:2005-01-24; 修订日期:2005-04-10 基金项目:国家自然科学基金项目(10432030) 作者简介:曹志远(1938-),男,教授,主要从事结构动力学与工程力学研究. 文章编号:1000 1301(2005)06 0038 05 功能梯度复合材料圆柱壳固有频率解 曹志远 (同济大学航空航天与力学学院,上海200092) 摘要:本文建立了功能梯度复合材料圆柱壳的基本动力方程,给出了各类功能梯度复合材料圆柱壳固有频率的一般解析解法,并具体导出了两端简支功能梯度圆柱壳各阶固有频率解的解析表达式,十分简明、实用。 关键词:功能梯度材料;圆柱壳;动力方程;固有频率中图分类号:P315.976 文献标识码:A Natural frequency solution for functionall y graded material cylindrical shells Cao Zh i y uan (School ofA erospace Engineeri ng and App li ed M echan ics ,TongjiU nivers it y ,Shanghai 200092,C hina) Abst ract :The funda m enta ldyna m ic equations of functi o na ll y graded m ateri a l cy li n drical she ll are established .Then its general solution o f natura l frequencies and m ode shapes for vari o us FGM cylindrica l shells is g i v en and as an ex a mp le t h e ana l y tica l expression of natural frequenc ies for cy li n drical she llw ith si m ple boundary cond ition is presen ted in th is paper .K ey w ords :functional g raded m ater i a ;l cy li n drical shel;l dyna m ic equation ;natural frequency 引言 功能梯度材料(FGM )是一种近期发展的新型复合材料,它由多种不同材料介质沿空间按不同组分进行复合,形成材料功能的梯度分布,从而满足构件不同部位对材料使用性能的不同要求;同时,由于该种材料及结构中各组分相呈连续变化,不存在明显的界面及性能的突变,因此具有优于一般层叠型与组合型复合材料的特性。这种将性能各异的材料按照设计意愿在结构内部非均匀、连续地合成的复合材料,使新材料的研制迈入了材料设计的更高层次 [1] 。 功能梯度材料的设计理念是日本科学家于上世纪80年代首先提出来的。后来,这一概念逐渐被应用于其它功能材料的构思与研究中,在航天、能源、电子、光学、化学和生物医学工程等重要领域得到广泛应用与发展。近年来,功能梯度材料与结构的研究已引起国际学术界广泛关注 [2] ;我国在国家科委高科技 863 、 973 计划及国家自然科学基金会组织与资助下,功能梯度材料的基础研究工作也得到相当重视,并开始展开系统、深入、有计划的研究。 功能梯度材料是作为航空航天工业中特殊功能材料而开始研究的,加上其发展时间较短,因此功能梯度
齿轮材料的选择原则是什么
齿轮材料的选择原则 齿轮的材料及其选择原则 由轮齿的失效形式可知，设计齿轮传动时，应使齿面具有较高的抗磨损、抗点蚀、抗胶合及抗塑性变形的能力，而齿根要有较高的抗折断能力。因此，对齿轮材料性能的基本要求为齿面要硬、齿芯要韧。 (一)常用的齿轮材料 1(钢 钢材的韧性好，耐冲击，还可通过热处理或化学热处理改善其力学性能及提高齿面的硬度，故最适于用来制造齿轮。 (1)锻钢 除尺寸过大或者是结构形状复杂只宜铸造者外，一般都用锻钢制造齿轮，常用的是含碳量在0. 15%~0.6%的碳钢或合金钢。 制造齿轮的锻钢可分为: 1)经热处理后切齿的齿轮所用的锻钢。、 对于强度、速度及精度都要求不高的齿轮，应采用软齿面(硬度?350 HBS)以便于切齿，并使刀具不致迅速磨损变钝。因此，应将齿轮毛坯经过常化(正火)或调质处理后切齿。切制后即为成品。其精度一般为8级，精切时可达7级。这类齿轮制造简便、经济、生产率高。 2)需进行精加工的齿轮所用的锻钢。 高速、重载及精密机器(如精密机床、航空发动机)所用的主要齿轮传动，除要求材料性能优良，轮齿具有高强度及齿面具有高硬度(如58~ 65 HRC)外，还应进行磨齿等精加工。需精加工的齿轮目前多是先切齿，再做表面硬化处理，最后进行
精加工，精度可达5级或4级。这类齿轮精度高，价格较贵，所用热处理方法有表面淬火、渗碳、氮化、软氮化及氰化等。所用材料视具体要求及热处理方法而定。 合金钢材根据所含金属的成分及性能，可分别使材料的韧性、耐冲击、耐磨及抗胶合的性能等获得提高，也可通过热处理或化学热处理改善材料的力学性能及提高齿面的硬度。所以对于既是高速、重载，又要求尺寸小、质量小的航空用齿轮，就都用性能优良的合金钢(如20CrMnTi、20Cr2Ni4A等)来制造。 由于硬齿面齿轮具有力学性能高、结构尺寸小等优点，因而一些工业发达的国家在一般机械中也普遍采用了中、硬齿面的齿轮传动。 (2)铸钢 铸钢的耐磨性及强度均较好，但应经退火及常化处理，必要时也可进行调质。铸钢常用于尺寸较大的齿轮。 2(铸铁 灰铸铁性质较脆，抗冲击及耐磨性都较差，但抗胶合及抗点蚀的能力较好。灰铸铁齿轮常用于工作平稳，速度较低，功率不大的场合。 3(非金属材料 对高速、轻载及精度不高的齿轮传动，为了降低噪声，常用非金属材料(如夹布塑胶、尼龙等)做小齿轮，大齿轮仍用钢或铸铁制造。为使大齿轮具有足够的抗磨损及抗点蚀的能力，齿面的硬度应为250—350 HBS。 常用的齿轮材料及其力学性能列于表10 -1。
功能梯度材料分层法研究
功能梯度材料分层法研究 摘要 功能梯度材料具有随空间位置呈梯度变化的材料属性，这一性能引起了材料科学家和工程师研究的兴趣。基于分层法，将功能梯度材料平面结构划分成若干层，每层的材料参数按函数形式变化。在此分层模型基础上得到同一层的材料参数为常数，然后各层按照常规的有限元方法进行网格划分，建立有限元模型进行功能梯度材料平面结构的力学分析。通过设计组分材料弹性模量的三种工况，讨论了弹性模量梯度系数对有限元计算结果的影响，有一定的误差。 于是引入线性分层法，该模型基于任意一条连续曲线可用一系列的分片连续直线段来逼近的事实，将梯度材料层分成若干子层，在各子层界面处材料参数连续并且等于实际值。将此模型应用于实际问题推导，我们发现与指数模型结果吻合的很好。 关键词：功能梯度材料；分层法；梯度系数；线性分层法 1 FGM研究背景 FGM概念是在1984年前后，由在日本仙台地区的二位材料科学家，日本航天技术研究所的新野正之博士、东北大学的平井敏雄教授和渡边龙三教授首先提出的。当初提出FGM概念的目的是为了解决在设计制造新一代航天飞机的热保护系统中出现的许多问题。据估计，航天飞机工作时，机体外部有些部位最高温度将达1800℃，因此对航天飞机表面的材料要求是要能耐高达1800℃的温度和1600℃的温度落差。已知的工业材料没有能忍受如此苛刻的热机负载的，能用于这种环境条件的材料必须具备以下三个特征:材料的高温表面层能耐热和抗氧化,低温侧具有力学韧性及整个材料中能有效地缓和热应力。面对这种材料要求,FGM这一新概念被提了出来。 这种新材料的高温侧是能耐热的陶瓷,低温侧是具有高热导率的韧性金属,并具有从陶瓷到金属的梯度成分变化。这种FGM的特征其热膨胀系数可以通过控制两个表面之间的成分、微结构、微孔的比率来加以调节。FGM概念一提出就受到日本和世界材料界的高度重视。日本科技厅授予此概念的发明者特别奖。FGM也被列入各种国际国内会议的报告范围。 1.1 FGM定义及原理
梯度功能材料讲稿
梯度功能材料 一、引言 许多结构件会遇到各种服役条件，因此，要求材料的性能应随构件中的位置而不同。例如，民用或军用刀具都只需其刃部坚硬，其它部位需要具有高强度和韧性；一个齿轮轮体必须有好的韧性，而其表面则必须坚硬和耐磨；涡轮叶片的主体必须高强度、高韧性和抗蠕变，而它的外表面必须耐热和抗氧化。诸如此类，可以发现现在应用的许多材料都是属于这个范畴。众所周知，构件中材料成分和性能的突然变化常常会导致明显的局部应力集中，无论该应力是内部的还是外加的。但人们同样知道，如果从一种材料过渡到另一种材料是逐步进行的，这些应力集中就会大大地降低。为了减少材料的应力集中，提高材料的性能，人们发展了一种新型的功能梯度材料(Functionaily Gradient Materials，简称FGM)。虽然FGM 产生的时间不长，但很快引起世界各国科学家的极大兴趣和关注。日本、美国、德国、俄罗斯、英国、法国、瑞士等许多国家相继开展FGM的研究。其应用已扩展到宇航．核能源、电工材料、光学工程、化学工业、生物医学工程等各个领域中。 二、梯度功能材料的发展 梯度功能材料(FGM)是一种集各种组分(如金属、陶瓷、纤维、聚合物等)一体的新型材料，其结构、物性参数和物理、化学、生物等单一或综合性能都呈连续变化，以适应不同环境，实现某一特殊功能。 梯度功能材料其实早就出现在自然界中。神奇的大自然早制造出多种梯度材料。例如，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。但是，在生命体中的梯度结构与人造梯度结构之间存在很大的差异。有生命的“FGMs”也是“有智能的”，它们能够感受所处环境的变化(包括局部的应力集中)，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。 人造梯度功能材料并不是新的事物，只不过人们没有意识到而已。人类制造的钢制器件实质就是一种功能梯度材料。1900年，美国的伍德用明胶作成了光折射率沿径向连续变化的圆柱棒，称之为梯度折射材料。由于制作工艺没有解决，未能得到实际应用，没有引起人们的注意。1969年，日本板玻璃公司的北野等人用离子交换工艺制成玻璃梯度折射棒材和光纤，达到了实用水平，梯度折射率材料的研究才迅速发展起来，研究的国家也从美国和日本扩展到二十几个国家。 1972年，Bever和Duwez提出了功能梯度这个概念。功能梯度材料作为一个规范化正式概念于1984由日本国力宇航实验室提出。由于航天飞机中，燃烧室内外表面的温差达到1000K以上，普通的金属材料难以满足这种苛刻的使用环境。一系列政府报告论述了日本在以太空飞机为重点的航天研究中所预计的材料需求，结论是鉴于对高温结构件的许多严格要求，需要在结构中仔细地引入成分和微观结构梯度，不但能最全面地利用已有材料去生产所需要的构件，还能避免由于外加应力或温度变化而在不同材料的锐利界面上引起的应力和(或)应变集中。1987年，日本平井敏雄、新野正之和渡边龙三人提出使金属和陶瓷复合材料的组分、结构和性能呈连续性变化的热防护梯度功能材料的概念。同年，日本科技厅制定了有关FGMs的一项庞大计划，主要研究一边处于冷却而另一边处于炙热环境下的部件的特殊要求。1990
梯度功能材料
题目：梯度功能材料 报告人: 朱景川教授 时间：2006年5月13日 8：30-11：30 近年来,材料科学获得了突飞猛进的发展。究其原因,一方面是因为各个学科的交叉渗透,引入了新理论方法及实验技术;另一方面是因为实际应用的迫切需要而对材料提出了新的要求。功能梯度材料(functionally gradient material ,FGM) 即是这方面一个很好的事例。它是近年来在材料科学中涌现出的研究热点之一。下面综述了这方面的研究现状,同时对其将来可能的发展趋势进行了讨论。 梯度功能材料是一种新型的功能复合材料它的两侧由不同性能的材料组成中间部分的组成和结构连续地呈梯度变化从而使材料的性质和功能也沿厚度方向呈梯度变化克服了不同材料结合的性能不匹配因素使两种材料的优势都得到充分发挥。 1 功能梯度材料的设计 复合材料已在工程中得到广泛应用,然而传统的复合材料,由于由两种或以上的不同均匀材料结合在一起而存在明显的界面,因此材料的物性参数如弹性模量、热膨胀系数在该处不匹配,从而使得界面容易成为失效的源泉,界面设计也就成为复合材料设计的重要课题。另一方面随着现代科学技术的进步,超音速航天飞机、超音速民用交通、现代航天飞行器以及下一代电力系统装置都对材料的设计与应用提出了新的要求。例如航天飞机的发展就面临许多技术问题,特别在先进隔热材料方面,通常使用的陶瓷复合材料弥散强化陶瓷,已经无法承受由于航天飞行环境中极端的温度梯度引起的高热应力。 FGM 的设计一般采用逆设计系统即根据使用条件和性能要求对材料的组成和结构的梯度分布进行设计。以热应力缓和型耐热材料为例根据指定的材料结构、形状及受热环境得出热力学边界条件从已有材料合成及性能的知识库中选择有可能合成的材料组合体系及制备方法再用热弹性理论及计算数学方法对选定材料体系组成的梯度分布函数进行温度分布模拟和热应力模拟寻求达到最大功能的组成分布指数。 为了解决这类问题,日本材料学家新野正之(MasyuhiNINO) 、平井敏雄( ToshioHIRA)和渡边龙三(RyuzoWATANBE)等在20世纪80年代中后期提出了功能梯度材料的概念。功能梯度材料的研究开发最早始于1987年日本科学技术厅的一项“关于开发缓和热应力的功能梯度材料的基础技术研究”计划。所谓功能梯度材料是根据使用要求,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。也就是材料组分在一定的空间方向上连续变化的一种复合材料。由于功能梯度材料的这种特点,因此它能有效地克服传统复合材料的不足。
材料选用原则设计
5.3.3 材料统计规定 a）工艺安装专业材料统计内容包括管道材料、涂漆材料、绝热材料、管道支架材料；b）材料统计范围以装置边界线为准； 5.3.4 管道组件 管子 a) 输送流体用无缝钢管执行GB/T 8163-1999，无缝钢管尺寸、外形、重量级允许 偏差执行GB/T17395-1998 中系列2（小外径）尺寸。除与设备连接外，管子公称直径应按以 下系列优先选用： 15、20、25、40、50、80、100、150、200、250、300、350、400、450、500、600、700、800、900、1000mm, 公称直径大于1000mm 时，宜按200mm 递增。 b) 除仪表连接管、蒸汽伴热管和特殊要求者外，管子最小公称直径应为15mm，且管子 内径不应小于6mm。 c) 最小选用壁厚应符合下表5.1 规定。 度参数较高或承受机械振动、压力脉冲及温度剧烈变化的管道，应选用无缝钢管。碳钢、低合金钢无缝钢管应符合《输送流体用无缝钢管》（GB/T8163 -1999）、《高压锅炉用无缝钢管》（GB5310-95）、《化肥设备用高压无缝钢管》（GB6479-86），不锈钢无缝钢管应符合现行《输送流体用不锈钢无缝钢管》（GB/T14976-94）的规定。 e) 常用钢种的无缝钢管使用温度，不宜超过下列范围： 10#、20# -20～450℃ 16Mn -40～450℃ 09Mn2V -70～100℃ 12CrMo ≤525℃ 15CrMo ≤550℃ 1Cr5Mo ≤600℃ 奥氏体不锈钢-196～700℃ 阀门 a) 除设计另有规定外，工艺物料及有毒、可燃介质如油品、油气、液化石油气、氢气、添加剂和化学药剂等介质管道用闸阀、截止阀、球阀和止回阀，应选用严密性好、安全可靠的石油化工专用阀门。阀门的基本要求应符合国标阀门的标准（GB12232、GB1223、GB12234、GB12235、GB12236、GB12237、GB12238、GB12239、GB12240、GB12241、GB12242、GB12243、GB12244、GB12246 和ZBJ16006 ）规定。 b) 管道阀门全部选用钢阀，不能选用铸铁阀。 c) 用于切断管内流体的阀门宜选用闸阀、球阀、旋塞阀；用于调节流量的阀门宜选用截止阀、节流阀。 d) 用于工艺物料及剧毒、可燃介质管道的球阀、旋塞阀及其他通用结构的特种阀门，宜有防火防静电结构。 e) 具有软质密封的阀门，其密封的压力温度参数应满足设计条件的要求。
结构材料基本要求
结构材料基本要求 ?物理性质 密度 密实度和孔隙率 材料和水 ?力学性质 强度 弹/塑性 硬度和耐磨性 脆/韧性 ?耐久性质（抗风化性、耐腐 蚀性） 结构材料的分类 建筑工程材料是建筑结构物中使用的各种材料及制品，它是一切建筑工程的物质基础。 o功能与用途：装饰材料、地面材料、屋面材料等结构材料、防水材料、保温材料、吸声材料等功能材料 o化学成分：无机材料、有机材料和复合材料 木材 木材作为建筑材料，已有悠久的 历史，虽然现在研究和生产了许 多新型建筑材料来取代木材，但 目前其仍是一种用途广泛的重要 的建筑材料。 类型：圆/方/条/板材 各向异性：顺纹和横纹方向强 度差异大 应用特点：结构自重轻、制作 容易，架设简便，工期快，造 价便宜等优点；但易燃、易腐 朽，结构变形较大等缺点。
木材的物理、力学性质 密度：木材的密度约为1.50-1.56g/cm3,常取1.53g/cm3 含水率：木材含水质量与木材干燥质量的比值为含水率 纤维饱和点含水率：木材细胞壁中的吸附水达到饱和状态，但还没有自由水，这种吸附水的饱和状态称为纤维饱和点。这时含水率称为纤维饱和点含水率。纤维饱和点随树种而异，一般约为23％-33％，平均约为30％；木材的含水状态可以分为湿材、纤维饱和状态、气干及全干等。工程中常用的木材 上海八万人体育场 A.原木：去根、除皮、断梢，并按一定尺寸规格和直径要求锯切的圆木段。原木可用作建筑用材、电杆、木桩、枕木等。 B.锯材：原木经纵向锯解加工而成的材种。可用于建筑模板、桥梁、家具等。 C.人造板：常用的人造板材有细木工板、胶合板、硬质纤维板、刨花板、木丝板等。可用于天棚板、隔墙板、复合木地板、门、家具等。石材、砖、瓦和砌块 上海八万人体育场 石材目前在土木工程中，石材主要用作：结构材料，装饰 材料，混凝土集料，人造石材的原料等。?砌筑石材： 【毛石】形状不规则的块石。 可用于建筑物的基础、墙体、 堤坝、挡土墙、桥涵等。 【料石】经过人工或机械开采 出的较规则的块石。主要用于 砌筑墙身、踏步、拱和纪念碑、 柱等。 ?装饰石材：建筑上常用的装饰石材 有天然大理石板材、天然花岗岩板材等。
机械零件材料的选用原则
机械零件材料的选用原则 及典型零件的选材与热处理 一、机械零件选材原则 ①使用性能原则 ②工艺性能原则 a.铸造性能 b.压力加工性能 c.焊接性能 d.切削加工性能 ③经济性原则 二、典型零件的选材及热处理 1、齿轮 齿轮的选材及工艺分析： ①机床齿轮 材料：调质钢如45、40Cr、40MnB等，合金钢的淬透性更好。 工艺路线：备料→锻造→正火→机械粗加工→调质→机械精加工→齿部高频表面淬火+低温回火→精磨该工艺路线中热处理工序的作用是： 正火：可消除锻造应力，使同批毛坯具有相同的硬度（便于切削加工），并使组织细化、均匀； 调质：提高齿轮心部的综合力学性能，以承受交变弯曲应力和冲击载荷，还可减少高频淬火变形； 齿部高频表面淬火：提高齿面硬度、耐磨性和抗疲劳点蚀的能力； 低温回火：消除淬火应力，提高抗冲击能力，并可防止产生磨削裂纹。 ②汽车、拖拉机齿轮 材料：一般用合金渗碳钢，如20Cr、20CrMnTi、20MnVB等。 工艺路线：下料→锻造→正火→机械粗加工→渗碳+淬火+低温回火→磨削加工 该工艺路线中热处理工序的作用是： 正火：细化均匀组织，消除锻造应力，改善切削加工性； 渗碳：提高齿轮表面含碳量（0.8%～1.05%）； 淬火：获得一定深度的淬硬层（0.8～1.3mm），提高齿面耐磨性和接触疲劳强度； 低温回火：消除淬火应力，防止磨削裂纹，提高冲击抗力。 2、轴类零件 ①机床主轴 材料：载荷和转速不高时选45钢；承受较大载荷的车床主轴选40Cr；等。 工艺路线：备料→锻造→正火→机械粗加工→调质→机械精加工→轴颈部位表面淬火+低温回火→磨削该工艺路线中热处理工序的作用是： 正火：消除锻造应力，调整硬度便于切削加工，改善锻造组织，为调质做准备。 调质：获得高的综合力学性能，提高疲劳强度和抗冲击能力。 轴颈部位表面淬火+低温回火：使轴颈部位获得高硬度和高耐磨性。
梯度功能材料的制备与应用及其发展状况.
—— 学科前沿知识讲座论文 学科前沿知识讲座论文—— 梯度功能材料的制备与应用 及其发展状况 姓名:李振 学号:08132213 班级:材料物理08-2 日期:2011年10月22日 梯度功能材料的制备与应用及其发展状况 李振 (中国石油大学(华东理学院材料物理08-2,青岛,266555 摘要:近年来,梯度功能材料(Functionally Gradient Materials,FGM由于其优异的性能和特殊的功能,得到了迅速发展,展现出极大的应用价值。FGM的制备方法主要有粉末冶金法、等离子喷涂法、激光熔覆法、气相沉积法、自蔓延高温燃烧法等。FGM在航空航天、机械工程、电磁工程、生物工程、核能和电气工程等领域都有广泛的应用。文章综述了FGM的制备方法、在各领域的应用以及发展现状,对未来的发展做了一些展望。
关键词:梯度功能材料;制备方法;应用;发展前景 1前言 一般复合材料中分散相是均匀分布的,材料的整体性能是同一的,但在有些情况下,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[1]。梯度功能材料(Functionally Gradient Materials,简称FGM就是这样一种材料,是指通过连续(或准连续地改变两种材料的结构、组成、密度等因素,使其内部界面减少乃至消失,从而得到能相应于组成与结构的变化而性能渐变的新型非均质复合材料[2-3]。目前,梯度功能材料的主要制备方法有粉末冶金法、等离子喷涂法、激光熔覆法、气相沉积法、自蔓延高温燃烧合成法等[4]。在航空航天工程、机械工程、电磁工程、生物工程、核能及电气工程等领域都有广泛的应用。本文综述了梯度功能材料的不同制备方法及各自特点、应用及研究现状,并对其发展前景进行了讨论。 2梯度功能材料制备方法 2.1粉末冶金法(PM PM法是将10μm~100μm粒径的粉末(金属、陶瓷充分混合,按组分梯度分层填充或连续成分控制填充,压实后烧结制 备FGM[5]。PM法具有设备简单、易于操作、成本低等优点,但需要对烧结温度、保温时间和冷却速度等工艺进行严格控制。2.2等离子喷涂法 等离子喷涂法是将原料粉末送至等离子射流中,以熔融状态 状态直接喷射到基材上形成涂层[4]。该方法使用粉末作喷涂材 料,以气体作载体将粉末吹入等离子射流中,依靠等离子弧将粉末熔化,熔融的粒子被进一步加速,然后以极高的速度打在经过净化和粗化处理的基材表面,产生强烈的塑性变形,相互挤嵌、填塞,形成扁平的层状结构涂层。
功能梯度材料
用于新一代航天飞机的热防护系统,即在与高温气体接触侧采用陶瓷耐高温材料,在液氢冷却侧采用金属材料保证其力学强度和热传导性，继日本之后,美国、德国、俄罗斯、瑞士等国家也纷纷关注并开始了这一新兴的研究领域。 梯度材料成形方法及性能优势 梯度材料复合成型分析（参考）
Ti64和NiCr梯度材料能谱分析照片 (源于DOI：10.1016/j.addma.2014.10.002) SS304L和In625梯度材料成型组织金相分析照片
（源于DOI：10.1016/j.actamat.2016.02.019)激光3D打印技术的一个重要发展方向就是制备功能梯度材料,激光3D打印制备梯度材料适应面较广，既可以制备 FGM 涂层也可以制 备 FGM 体材，而且其生产周期短、加工速度快、设计灵活、材料利用率高，其成形件尺寸精度高、组织致密、晶粒细化、具有优良的使用性能。利用LDM4030同轴送粉系统，通过调整粉末的输送量和输送比例使两种或两种以上材料含量实现层与层之间连续变化，成分设计更加灵活，过渡更加均匀，能制备出成分比例连续变化的梯度功能材料。 LDM4030助力梯度材料开发 新款LDM4030同轴送粉设备，是基于高校和科研院所等研究型单位的需求特点，针对新材料开发过程中材料种类繁多、材料间切换频繁等问题，在保证基本功能前提下，对设备进行了进一步的优化升级。
LDM4030同轴送粉3D打印机外观 LDM4030同轴送粉3D打印机设备参数
双筒双控式（左）和三桶三控式（右）
可实现加工设备（激光器）控制主机的集成控制； 送粉器连续稳定，送粉量和载粉气流量精确可控； 多个料仓可单独送粉，也可同时送粉； 有机玻璃可视粉桶； 触摸屏和PLC控制，性能稳定、安全可靠。 双桶、三桶送粉器参数 利用LDM4030实验平台，开展了对In718(镍基合金) + Fe313（铁基）、In718(镍基合金）和316L（不锈钢）等梯度材料的成形工艺及组织进行了相关的研究分析，在梯度材料研究方面做了一定的技术探索。
基层材料的选用原则
基层材料的选用原则：根据道路交通等级和路基抗冲刷能力来选择基层材料。特重交通宜选用贫混凝土、碾压混凝土或沥青混凝土；重交通道路宜选用水泥稳定粒料或沥青稳定碎石；中、轻交通道路宜选择水泥或石灰粉煤灰稳定粒料或级配粒料。湿润和多雨地区，繁重交通路段宜采用排水基层。 高液限黏土、高液限粉土及含有机质细粒土、不适用做路基填料。因条件限制而必须采用上述土做填料时，应掺加石灰或水泥等结合料进行改善。 SMA（混合料）是一种以沥青、矿粉及纤维稳定剂组成的沥青玛蹄脂结合料，填充于间断级配的矿料骨架中，所形成的混合料。 为防止胀缩作用导致板体裂缝或翘曲，混凝土板设有垂直相交的纵向和横向缝，将混凝土板分为矩形板。纵向接缝是根据路面宽度和施工铺筑宽度设置。 对于特重及重交通等级的混凝土路面，横向胀缝、缩缝均设置传力杆 P33,一、普通混凝土配合比设计、搅拌合运输（一）普通混凝土配合比设计 严寒地区路面混凝土抗冻等级不宜小于F250，寒冷地区不宜小于F200。 混凝土外加剂的使用应符合：高温施工时，混凝土拌合物的初凝时间不得小于3h，低温施工时，终凝时间不得大于10h。 路基的性能主要指标包括整体稳定性和变形量控制。 路面使用指标包括承载能力、平整度、温度稳定性、抗滑能力、透水性、噪声量。整体稳定性属于路基的性能主要指标。 P2,1K411012,一、（一）、1、城镇沥青路面结构由面层、基层和路基，层间结合必须紧密稳 定 以保证结构的整体性和应力传递的连续性。大部分道路结构组成是多层次的，但层数 不宜过多。 用作道路基层的整体型材料有无机结合料稳定粒料：石灰粉煤灰稳定砂砾、石灰稳定砂砾、石灰煤渣、水泥稳定碎砾石等，其强度高，整体性好，适用于交通量大、轴载重的道路。工业废渣混合料的强度、稳定性和整体性均较好，适用于大多数沥青路面的基层；使用的工业废渣应性能稳定、无风化、无腐蚀 再生沥青混合料中旧料含量：如直接用于路面面层，交通量较大，则旧料含量取低值，占30%~40%；交通量不大时用高值，旧料含量占50%~80%。考点来源：该考点来自教材1K411015的第三大点再生材料生产与应用第（一）点第3小点。详见第三版教材P13 水泥混个凝土路面结构的组成包括路基、垫层、基层以及面层。考点来源：该考点来自教材1K411013的第一段。详见第三版教材P6