功能梯度材料的发展与制备方法的研究
功能梯度材料的发展与制备方法的研究
作者：庞建超;高福宝;曹晓明
作者机构：河北工业大学,天津,300130;河北工业大学,天津,300130;河北工业大学,天津,300130
来源：金属制品
ISSN：1003-4226
年：2005
卷：031
期：004
页码：4-9
页数：6
中图分类：TB34;TB39
正文语种：chi
关键词：功能梯度材料;材料设计;材料制备;性能评价
摘要：综述功能梯度材料的产生背景、研究现状和应用前景;阐述功能梯度材料的设计、制备和性能评价等方面的研究进展,并就粉末冶金、自蔓延高温合成法和等离子喷涂等多种制备方法展开重点讨论.
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
功能高分子材料研究进展
功能高分子材料研究进展 摘要 功能高分子材料是高分子学科中的一个重要分支，它是研究各种功能性高分子材料的分子设计和合成、结构和性能关系以及作为新材料的应用技术，它的重要性在于所包含的每一类高分子都具有特殊的功能。它主要包括化学功能高分子材料、光功能高分子材料、电、磁功能高分子材料、声功能高分子材料、高分子液晶、医用高分子材料几部分，这一领域的研究主要包括研究分子结构、组成与形成各种特殊功能的关系，也就是从宏观乃至深入到微观，以及从半定量深入到定量，从化学组成和结构原理来阐述特殊功能的规律性，从而探索和合成出新的功能性材料。本文主要论述了在工程上应用较广和具有重要应用价值的一些功能高分子材料，如吸附分离功能高分子、反应型功能高分子、光功能高分子、电功能高分子、医用功能高分子、液晶高分子、高分子功能膜材料等。 关键词:高分子材料；功能高分子；功能材料； Abstract Functional polymer materials is an important branch of polymer science, it is the study of various functional polymer molecular design and synthesis of relationship between structure and properties and application technology as a new material. its importance is that contains every kind of polymer has special function it light functional polymer materials mainly include chemical functional polymer materials electric magnetic functional polymer materials acoustic functional polymer materials, polymer liquid crystal sections medical polymer materials, the research of this field mainly includes the study of the function of the molecular structure and formation of various sorts of special relationship, which is from the macro and go deep into the micro, and from the quantitative and semi-quantitative into from the chemical composition and structure principle to explain the special function of regularity, to explore and this paper mainly discusses the synthesis of new functional materials. Keywords：high polymer materials; functional polymer; functional Materials;
功能材料文献综述
聚丙烯酸系高效减水剂在高强高性能混凝土中的作用 摘要：高效减水剂是指在保持混凝土坍落度基本相同的条件下能大幅度减少拌和用水量的外加剂。聚丙烯酸高效减水剂具有强度高、耐热性、耐久性、耐候性等优异性能，正是由于聚丙烯酸高效减水剂的这些优良特性而使它成为世界性的研究热点。本文则通过查阅国内外文献，总结阐述聚丙烯酸系减水剂在高强高性能混凝土中的作用，它的研究进展，以及未来发展方向。 关键字：聚丙烯酸系高效减水剂高强混凝土高性能混凝土 一、前言 高性能混凝土是指符合特殊性能组合和匀质性要求的混凝土，当混凝土的某些特征是为某一特定的用途和环境而设定时，这就是高性能混凝土。而高强混凝土是以混凝土的抗压强度指标为特征而命名的，我国现阶段通常将强度等级达到或超过C60的混凝土称为高强混凝土。可以看出当高性能混凝土的强度很高时便是高强混凝土，即高强混凝土是高性能混凝土的一种，故下文将聚丙烯酸系高效减水剂在高强高性能混凝土中的作用统称为在高性能混凝土中的作用。 混凝土与水泥砂浆一样，具有抗压强度高、稳定性好、施工机械简单、成本低廉等优点，是应用最广泛的建筑材料之一。但由于其自身存在诸如坍落度损失大、水泥用量大、耐久性不够好等缺陷，使其功能和使用范围受到一定限制。而外加剂具有改善混凝土拌合物和易性、合理降低水泥用量和提高混凝土抗渗、抗冻性能等优点，所以，利用外加剂改善新拌混凝土的工作性，提高混凝土硬化后的力学性能、体积稳定性和耐久性，是现代高性能混凝土技术发展的方向。在混凝土中减水剂不仅具有改善混凝土拌合物流变性能的作用，同时还具有提高硬化后的混凝土力学性能、体积稳定性和耐久性能的作用。高效减水剂是指在保持混凝土坍落度基本相同的条件下能大幅度减少拌和用水量的外加剂。在这些高效减水剂中，聚丙烯酸系减水剂是当今混凝土高性能减水剂研究中较为前沿的研究课题，该类减水剂具有低掺量、高减水率、抑制坍落度经时损失等特点。本文通过查阅国内外文献，总结阐述聚丙烯酸系减水剂在高强高性能混凝土中的作用，聚丙烯酸系减水剂的研究进展，以及未来发展方向。 二、聚丙烯酸系高效减水剂的作用机理 聚丙烯酸系减水剂由于其优异性能而引起广泛的关注，为了有效研究和开发这一类型的减水剂，对其减水机理的研究非常重要。减水剂的分散减水机理主要包括以下几个方面： 1、聚丙烯酸减水剂可以有效降低水泥颗粒固液界面能 H 聚丙烯酸减水剂由于分子结构中有大分子的主链和侧基- COOH，- OH，- SO 3等，既有亲水性又有亲油性，在水泥- 水界面上具有很强的吸附能力。减水剂吸附在水泥颗粒表面，能够降低水泥颗粒固液界面能，降低水泥- 水分散体系的总能量，从而提高分散体系的热力学稳定性，这样有利于水泥颗粒的分散。 2、聚丙烯酸减水剂静电斥力的作用 新拌混凝土中掺入减水剂后，由于减水剂分子结构中的- COOH、- OH、- SO H 3等极性基团的电离作用，使得水泥颗粒表面带上电性相同的电荷，并且电荷量随
新型功能材料发展趋势
新型功能材料发展趋势 功能材料是一大类具有特殊电、磁、光、声、热、力、化学以及生物功能的新型材料，是信息技术、生物技术、能源技术等高技术领域和国防建设的重要基础材料，同时也对改造某些传统产业，如农业、化工、建材等起着重要作用。功能材料种类繁多，用途广泛，正在形成一个规模宏大的高技术产业群，有着十分广阔的市场前景和极为重要的战略意义。功能材料按使用性能分，可分为微电子材料、光电子材料、传感器材料、信息材料、生物医用材料、生态环境材料、能源材料和机敏（智能）材料。由于我们已把电子信息材料单独作为一类新材料领域，所以这里所指的新型功能材料是除电子信息材料以外的主要功能材料。 功能材料是新材料领域的核心，对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，在全球新材料研究领域中，功能材料约占 85 % 。随着信息社会的到来，特种功能材料对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，是二十一世纪信息、生物、能源、环保、空间等高技术领域的关键材料，成为世界各国新材料领域研究发展的重点，也是世界各国高技术发展中战略竞争的热点。 鉴于功能材料的重要地位，世界各国均十分重视功能材料技术的研究。 1989年美国200多位科学家撰写了《90年代的材料科学与材料工程》报告，建议政府支持的6类材料中有5类属于功能材料。从1995年至2001年每两年更新一次的《美国国家关键技术》报告中，特种功能材料和制品技术占了很大的比例。2001年日本文部省科学技术政策研究所发布的第七次技术预测研究报告中列出了影响未来的100项重要课题,一半以上的课题为新材料或依赖于新材料发展的课题,而其中绝大部分均为功能材料。欧盟的第六框架计划和韩国的国家计划等
功能材料发展趋势
材料】功能材料发展趋势 功能材料发展趋势 功能材料是一大类具有特殊电、磁、光、声、热、力、化学以及生物功能的新型材料，是信息技术、生物技术、能源技术等高技术领域和国防建设的重要基础材料，同时也对改造某些传统产业，如农业、化工、建材等起着重要作用。功能材料种类繁多，用途广泛，正在形成一个规模宏大的高技术产业群，有着十分广阔的市场前景和极为重要的战略意义。功能材料按使用性能分，可分为微电子材料、光电子材料、传感器材料、信息材料、生物医用材料、生态环境材料、能源材料和机敏（智能）材料。由于我们已把电子信息材料单独作为一类新材料领域，所以这里所指的新型功能材料是除电子信息材料以外的主要功能材料。 功能材料是新材料领域的核心，对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，在全球新材料研究领域中，功能材料约占85%。随着信息社会的到来，特种功能材料对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，是二十一世纪信息、生物、能源、环保、空间等高技术领域的关键材料，成为世界各国新材料领域研究发展的重点，也是世界各国高技术发展中战略竞争的热点。 鉴于功能材料的重要地位，世界各国均十分重视功能材料技术的研究。1989年美国200多位科学家撰写了《90年代的材料科学与材料工程》报告，建议政府支持的6类材料中有5类属于功能材料。从1995年至2001年每两年更新一次的《美国国家关键技术》报告中，特种功能材料和制品技术占了很大的比例。2001年日本文部省科学技术政策研究所发布的第七次技术预测研究报告中列出了影响未来的100项重要课题,一半以上的课题为新材料或依赖于新材料发展的课题,而其中绝大部分均为功能材料。欧盟的第六框架计划和韩国的国家计划等在他们的最新科技发展计划中,都把功能材料技术列为关键技术之一加以重点支持。各国都非常强调功能材料对发展本国国民经济、保卫国家安全、增进人民健康和提高人民生活质量等方面的突出作用。 1、新型功能材料国外发展现状 当前国际功能材料及其应用技术正面临新的突破，诸如超导材料、微电子材料、光子材料、信息材料、能源转换及储能材料、生态环境材料、生物医用材料及材料的分子、原子设计等
功能材料概论论文
【摘要】碳纤维的出现是材料史上的一次革命。碳纤维是目前世界首选的高性能材料，具有高强度、高模量、耐高温、抗疲劳、导电、质轻、易加工等多种优异性能，正逐步征服和取代传统材料。现已广泛应用于航天、航空和军事领域。世界各国均把发展高性能碳纤维产业放在极其重要的位置。碳纤维除了在军事领域上的重要应用外，在民品的发展上有着更加广阔的空间，并已经开始深入到国计民生的各个领域。在机械电子、建筑材料、文体、化工、医疗等各个领域碳纤维有着无可比拟的应用优势。 我国对碳纤维的研究由于起步较晚，技术力量薄弱，虽然碳纤维及其复合材料在我国已被纳入国家“863”和“973”计划，但总体情况不尽理想，我国仍不具备成熟的碳纤维工业化生产技术，国防和民用碳纤维产品基本依赖进口。 【关键词】碳纤维、性能、技术 碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，是由含碳量较高、在热处理过程中不熔融的人造化学纤维经热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化等工艺制成的。其含碳量随种类不同而异，一般90以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐磨擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工性好，沿纤维轴方向表现出很高的度，且碳纤维比重小。 1、碳纤维的化学性能 碳纤维是一种纤维状的碳素材料。我们知道碳素材料是化学性能稳定性极好的物质之一。这是历史上最早就被人类认识的碳素材料的特征之一。除强氧化性酸等特殊物质外，在常温常压附近，几乎为化学惰性。可以认为在普通的工作温度≤250℃环境下使用，很难观察到碳纤维发生化学变化。根据有关资料介绍，从碳素材料的化学性质分析，在≤250℃环境下，碳素材料既没有明显的氧化发生，也没有生成碳化物和层间化合物生成。由于碳素材料具有气孔结构，因此气孔率高达25%左右，在加热过程易产生吸附气体脱气情况，这样的过程更有利于我们稳定电气性能和在电热领域的应用。 2、碳纤维的物理性能 (a)热学性质：碳素材料因石墨晶体的高度各向异性，而不同于一般固体物质与温度的依存性，从工业的应用角度来看，碳素材料比热大体上是恒定的。几乎不随石墨化度和碳素材料的种类而化 (b)导热性质：碳素材料热传导机理并不依赖于电子，而是依靠晶格振动导热，因此，不符合金属所遵循的维德曼—夫兰兹定律。根据有关资料介绍，普通的碳素材料导热系数极高，平行于晶粒方向的导热系数可与黄铜媲美。 (c)电学性质：碳素材料电学性质主要与石墨晶体的电子行为和不同的处理温度有关，石墨的电子能带结构和载流子的种类及其扩散机理决定了上述性质。碳素材料这类电学性质具有本征半导体所具备的特征，电阻率变化主要与载流子的数量
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
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
生物功能材料的研究进展
生物功能材料的研究进展 随着人民生活水平的提高，人们对于医疗保健方面的要求也越来越强，使得对于生物医用材料的要求也越苛刻。本文详细阐述了生物医用功能高分子材料近年来的应用研究及发展状况，综述了国内外生物医用高分子材料的分类、特性及研究成果，展望了未来的生物医用高分子材料的发展趋势。 生物功能材料和加工技术的发展, 使得人工合成材料在医学上的应用, 变得越来越广泛。数十年的医学发展和临床应用, 证明医用高分子材料在人体内外, 获得了成功的应用, 而医学的进步, 又给高分子材料提出了大量新的课题, 使其向“精细化”, “功能化”的方向发展, 赋予了高分子材料以新的生命力。 生物医用高分子材料分合成和天然两大类，下面我们就分别对这两种材料进行详细的论述。 ﹙1﹚天然生物材料 天然生物材料是指从自然界现有的动、植物体中提取的天然活性高分子，如从各种甲壳类、昆虫类动物体中提取的甲壳质壳聚糖纤维，从海藻植物中提取的海藻酸盐，从桑蚕体内分泌的蚕丝经再生制得的丝素纤维与丝素膜，以及由牛屈肌腱重新组构而成的骨胶原纤维等。这些纤维由于他们来自生物体内且都具有很高的生物功能和很好的生物适应性，在保护伤口、加速创面愈方面具有强大的优势，已引起国内外医务界广泛的关注。自然界广泛存在的天然生物材料仍有着人工材料无可比拟的优越性能。例如：迄今为止再高明的材料学家也做不出具有高强度和高韧性的动物牙釉质，海洋生物能长出色彩斑斓、坚阊义不被海水腐蚀的贝壳等等。甲壳素又称几丁质（chitin），广泛存在于虾、蟹等甲壳动物及昆虫、藻类和细菌中，是世界上仅次于纤维素的第二大类天然高分子化合物。它是一种惰性多糖，用浓碱脱去乙酰基可转变成聚壳糖（chintosan）。甲壳素、聚壳糖及其衍生物具有良好的生物相容性和生物降解性。降解产物带有一定正电荷，能从血液中分离出血小板因子，增加血清中H-6水平，促进血小板聚集或凝血素系统，作为止血剂有促进伤口愈合，抑制伤口愈合中纤维增生，并促进组织生长的功能，对烧、烫伤有独特疗效。比如家蚕丝脱胶后可得到纯丝素蛋白成分，丝素蛋白是一种优质的生物医学材料，具有无毒、无刺激性、良好的血液相容性和组织相容性。根据研究报道，由于天然高分子医用材料的独特临床效果，它的应用前景相当广阔。﹙2﹚合成生物材料 由于天然材料的有限，人们需要大量的生物材料来维持他们的健康。合成高分子材料因与人体器官组织的天然高分子有着极其相似的化学结构和物理性能，因而可以植入人体，部分或全部取代有关器官。因此，在现代医学领域得到了最为广泛的应用，成为现代医学的重要支柱材料。与天然生物材料相比，合成高分子材料具有优异的生物相容性，不会因与体液接触而产生排斥和致癌作用，在人体环境中的老化不明显。通过选用不同成分聚合物和添加剂，改变表面活性状态等方法可进一步改善其抗血栓性和耐久性，从而获得高度可靠和适当有机物功能响应的生物合成高分子材料。目前，使用于人体植入产品的高分子合成材料包括聚酰胺、环氧树脂、聚乙烯、聚乙烯醇、聚乳酸、聚甲醛、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚醋酸乙烯酯、硅橡胶和硅凝胶等。应用场合涉及组织粘合、手术缝线、眼科材料(人工玻璃体、人工角膜和人工晶状体等)、软组织植入物(人工心脏、人工肾、人工肝等)和人工管形器(人工器官、食道)等。 合成医用高分子材料发展的第一阶段始于1937年，其特点是所用高分子材料都是已有的现成材料，如用丙烯酸甲酯制造义齿的牙床。第二阶段始于1953年，其标志是医用级有机硅
当前新材料的发展方向
当前新材料的发展方向： 1. -------------------------------------------------- 高性能化、高功能化、高智能化 随着人类对材料的性能与微观结构的研究与认识，决定材料性能的本质己被或正在被人们揭示和掌握，并通过新工艺、新技术、新设备，在日益成熟的现代材料设计理论的指导 下，创造出各种性能更好的新型材料。 结构材料在向强度、刚度、韧性、耐高温、耐腐蚀、高弹、高阻尼龙大幅度提高的方向发展。高性能结构材料不断出现和广泛应用，促进新产品向体积小、重量轻、资源省、能耗低、成本低、和利润高的方向发展。 功能材料也在由单一功能向多种功能开发方向发展，并把功能材料与元器件结合起来，实现一体化，即材料本身就具有元器件的功能，这样就促进了元器件的小型化和多功能化。 智能材料是近年来与信息科学紧密结合而产生的，它同时具有感知和激励双重功能。如形状记忆合金，压电陶瓷，光导纤维，磁致伸缩材料等。智能材料是一种超功能材料，这些功能往往能够解决传统材料难以解决的技术难题。在重要工程和尖端技术领域具有重大的应 用前景。例如，美国空军采用智能材料制造飞机机翼，可随工作状态的不同自动调节形状，改变升力和阻力，以适应飞机的起降，使飞机更加安全，降低油耗。将微型分子传感器植入 材料和分子结构中，用这些建造的构件和建筑物可进行自动监控，如果超负荷或者老化可发 出警报。 2.复合化一一 满足当代高技术中综合性能的要求。因此，现代材料科学正朝着复合材料方向发展。把不同种类和不同性能的材料通过一定的途径和技术复合为一体，扬长避短，取长补短，可获得比 单一材料性能更好或具有某种特殊性能的复合体材料。例如，由碳纤维增强的陶瓷基复合材料，其抗冲击强度比普通陶瓷高40倍，能经受数千度高温，已成为航空工业的重要结构材料。材料的复合化是改进和提高材料性能的一条很好的途径，是当前新材料研究的重要发展方向。 3.环境化一一 在工业化不断给我们的生活带来方便的同时，也给我们的生存环境也带来了巨大的挑战。一些列的环境问题不断出现，例如：温室效应，类燃机能量利用率低下，酸雨等等。
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。
功能材料的发展方向与趋势
功能材料的发展方向与趋势 功能材料是新材料领域的核心，是国民经济、社会发展及国防建设的基础和先导。它涉及信息技术、生物工程技术、能源技术、纳米技术、环保技术、空间技术、计算机技术、海洋工程技术等现代高新技术及其产业。功能材料不仅对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，还对我国相关传统产业的改造和升级，实现跨越式发展起着重要的促进作用。 功能材料种类繁多，用途广泛，正在形成一个规模宏大的高技术产业群，有着十分广阔的市场前景和极为重要的战略意义。世界各国均十分重视功能材料的研发与应用，它已成为世界各国新材料研究发展的热点和重点，也是世界各国高技术发展中战略竞争的热点。在全球新材料研究领域中，功能材料约占 85 % 。我国高技术(863)计划、国家重大基础研究[973]计划、国家自然科学基金项目中均安排了许多功能材料技术项目（约占新材料领域70%比例），并取得了大量研究成果。 鉴于功能材料的重要地位，世界各国均十分重视功能材料技术的研究。 1989年美国200多位科学家撰写了《90年代的材料科学与材料工程》报告，建议政府支持的6类材料中有5类属于功能材料。从1995年至2001年每两年更新一次的《美国国家关键技术》报告中，特种功能材料和制品技术占了很大的比例。2001年日本文部省科学技术政策研究所发布的第七次技术预测研究报告中列出了影响未来的100项重要课题,一半以上的课题为新材料或依赖于新材料发展的课题,而其中绝大部分均为功能材料。欧盟的第六框架计划和韩国的国家计划等在他们的最新科技发展计划中, 都把功能材料技术列为关键技术之一加以重点支持。各国都非常强调功能材料对发展本国国民经济、保卫国家安全、增进人民健康和提高人民生活质量等方面的突出作用。 新型功能材料国外发展现状 当前国际功能材料及其应用技术正面临新的突破，诸如超导材料、微电子材料、光子材料、信息材料、能源转换及储能材料、生态环境材料、生物医用材料及材料的分子、原子设计等正处于日新月异的发展之中，发展功能材料技术正在成为一些发达国家强化其经济及重要手段。 超导材料以NbTi、Nb3Sn为代表的实用超导材料已实现了商品化，在核磁共振人体成像（NMRI）、超导磁体及大型加速器磁体等多个领域获得了应用；SQUID作为超导体弱电应用的典范已在微弱电磁信号测量方面起到了重要作用，其灵敏度是其它任何非超导的装置无法达到的。但是，由于常规低温超导体的临界温度太低，必须在昂贵复杂的液氦系统中使用，因而严重地限制了低温超导应用的发展。 高温氧化物超导体的出现，突破了温度壁垒，把超导应用温度从液氦（ 4.2K）提高到液氮温区。同液氦相比，液氮是一种非常经济的冷媒，并且具有较高的热容量，给工程应用带来了极大的方便。另外，高温超导体都具有相当高的上临界场，能够用来产生20T以上的强磁场，这正好克服了常规低温超导材料的不足之处。正因为这些由本征特性所带来的在经济和技术上的巨大潜在能力，吸引了大量的科学工作者采用最先进的技术装备，对高Tc超导机制、材料的物理特性、化学性质、合成工艺及显微组织进行了广泛和深入的研究。高温氧化物超导体是非常复杂的多元体
功能材料的研究进展
功能材料的研究进展 摘要 功能材料作为现代技术的标志，引起了各国的关注，已经成为材料科学中的一个分支学科，并在不同程度上推动或加速了各种现代技术的进一步发展。本篇综述简单介绍了功能材料的基本性能、特点及其发展现状。为了满足这些现代技术对材料的需求，世界各国都非常重视功能材料的研究和开发。 关键词功能材料性能特点发展现状 引言 功能材料的概念是美国 Morton J A于1965年首先提出来的。功能材料是指具有一种或几种特定功能的材料，如磁性材料、光学材料等，它具有优良的物理、化学和生物功能，在物件中起着“功能”的作用[1]。20世纪60年代以来，各种现代技术的兴起，强烈刺激了功能材料的发展。同时，由于固体物理、固体化学、量子理论、结构化学、生物物理和生物化学等学科的飞速发展以及各种制备功能材料的新技术和现代分析测试技术在功能材料研究和生产中的实际应用，许多新功能材料不仅已经在实验室中研制出来，而且已经批量生产和得到应用，并在不同程度上推动或加速了各种现代技术的进一步发展。因此，功能材料学科已经成为材料科学中的一个分支学科。
一、功能高分子材料的简介 功能高分子材料一般指具有传递、转换或贮存物质、能量和信息作用的高分子及其复合材料，或具体地指在原有力学性能的基础上，还具有化学反应活性、光敏性、导电性、催化性、生物相容性、药理性、选择分离性、能量转换性、磁性等功能的高分子及其复合材料。它是上世纪60年代发展起来的新兴领域，是高分子材料渗透到电子、生物、能源等领域后开发涌现出的新材料。近年来，功能高分子材料的年增长率一般都在10％以上，其中高分子分离膜和生物医用高分子的增长率高达50％所谓功能性高分子材料，一般是指具有某种特别的功能或者是能在某种特殊环境下使用的高分子材料，但这是相对于一般用途的通用高分子材料而言。这一定义只是一个概括，不一定很确切，较多的人认为所谓功能性高分子材料是指具有物质能量和信息的传递、转换和贮存作用的高分子材料及其复合材料。如有光电、热电、压电、声电、化学转换等功能的一些高分子化合物。可以看出，这是一类范围相当大、用途相当广、品种相当多，而又是在生活、生产活动中经常遇见的一类高分子材料。功能高分子材料是高分子学科中的一个重要分支，它的重要性在于所包含的每一类高分子都具有特殊的功能[2]。 二、功能材料的基本性能 功能材料是以物理性能为主的工程材料的统称,即指在电、磁、声、光、热等方面具有特殊性质,或在其作用下表现出特殊功能的材
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。