11.【复合材料】复合材料新技术(2)
第十一章 复合材料
碳素（纤维， 粒料）
碳纤维增强 金属
增强陶瓷
陶瓷增玻 璃
增强水泥
碳纤维增强 碳复合材料
无
碳纤维增强 塑料
碳纤炭黑增 强橡胶
玻璃（纤维， 粒料） 木材 有 机 材 料
无
无
无
增强水泥
无
无
玻璃纤维增 强塑料 纤维板
玻璃纤维增 强橡胶 无
无
无
无
水泥木板 丝 增强水泥 无
无
无
高聚物纤维 橡胶胶粒
无 无
无 无
无 无
二、复合材料的性能特点
1、比强度和比模量高
比强度 材料的强度与其密度之比。
比模量 材料的模量与其密度之比。 材料的比强度或比模量越高，构件的自重就小，或者体积会 越小。通常，复合材料的复合结果是密度大大减小，高的比强 度和比模量是复合材料的突出性能特点。
气瓶
质 量 轻
玻璃钢充气船
小飞守角制作
头盔
玻璃纤维的特点是强度高，弹性模量低，密度小，比强度、 比模量高；化学稳定性好；不吸水、不燃烧、尺寸稳定、隔热、 吸声、绝缘等。缺点是脆性较大，耐热性低，250℃以上开始软化。 由于价格便宜，制作方便，是目前应用最多的增强纤维。
(2)碳纤维 碳纤维是人造纤维(粘胶纤维、聚丙烯腈纤维等)在200～300℃ 空气中加热并施加一定张力进行预氧化处理，然后在氮气的保护下， 在1000～1500℃的高温下进行碳化处理而制得。其含碳量可达 85%～95%。由于其具有高强度，因而称高强度碳纤维，也称Ⅱ型 碳纤维。 如果将碳纤维在2000～3000℃高温的氩气中进行石墨化处理， 就可获得含碳量为98%以上的碳纤维。这种碳纤维中的石墨晶体的 层面有规则地沿纤维方向排列，具有高的弹性模量，又称石墨纤维 或高模量碳纤维，也称Ⅰ型碳纤维。
复合材料题
复合材料题1.复合材料是由( )的保留其物理和化学特性的材料组成。
CA．两种B．两种以上C．两种或两种以上D．多种材料2.BMS 8-79 和BMS 8-168 的固化时间( )，固化温度( )。
BA．120—180 分钟，220℉--250℉B．120—180 分钟，250℉--270℉C．90—120 分钟，220℉--250℉D．90—120分钟，250℉--270℉3. BMS 5-129和BMS 5-101 的固化时间( )，固化温度( )。
BA．120—180 分钟，220℉--250℉B．120—180 分钟，250℉--270℉C．90—120 分钟，220℉--250℉D．90—1120分钟，250℉--270℉4. 250℉固化的升温速率( )，降温速率( )。
CA．1—6℉，5（MAX）℉/分钟B．1—6℉，2—8（MAX）℉/分钟C．2—8℉，5（MAX）℉/分钟D．2—8℉，2—8（MAX）℉/分钟5. BMS 8-139 和BMS 8-212的固化时间( )，固化温度( )。
CA．120—180 分钟，340℉--360℉B．120—180 分钟，250℉--270℉C．150—210 分钟，340℉--360℉D．150—210分钟，250℉--270℉6. BMS 8-145 和BMS 8-154的固化时间( )，固化温度( )。
BA．120—180 分钟，340℉--360℉B．150—210 分钟，340℉--360℉C．150—210分钟，250℉--270℉D．120—180分钟，250℉--270℉7 350℉固化的升温速率( )，降温速率( )。
AA．1—5℉，5（MAX）℉/分钟B．1—5℉，2—8（MAX）℉/分钟C．2—8℉，5（MAX）℉/分钟D．2—8℉，2—8（MAX）℉/分钟8．修理区至少要放( )个热电偶。
CA．1B．2C．3D．49.加热毯尺寸至少要超过修理补片边缘( )英寸。
学术科技知识竞赛题目(填空)
一、填空(每空分，共分)1、“科学技术是第一生产力”是由 ______首先提出来的。
2、科学包括______ 和______ 两部分。
3、经国务院批准， ______ 院士被授予 2002 年度国家最高科学技术奖。
4、 2003 年 4 月 13 日， ______ 宣布破解非典元凶——冠状病毒。
5、湖滨区于______ 年被国家科委授予“全国科技工作先进区”荣誉称号。
6、________的进步决定着一个国家的现代化建设的进程。
7、邓小平同志在 1988 年 9 月 5 日与外宾的谈话中第一次明确提出“ ______ ”的重要思想，并在 1992 年春季的南方视察谈话中着重强调了这一论断。
8、世界知识产权组织第 35 届成员国大会决定从 2001 年起，每年的___月____ 日为世界知识产权日。
9、技术贸易实行_______合同制，使用国家规定的技术合同文本。
10、自然科学奖授予在______研究和_____研究中阐明自然现象、特征和规律，做出重大科学发现的公民。
11、邓小平在 1978 年 3 月召开的全国科学大会上发表了______ “知识分子是工人阶段的一部分”、“四个现代化最关键是科学技术现代化”这三个著名论断。
12、中国科协在全国科技工作者中倡导的科学精神是 ______、 ___ 、______ 、______ 。
13、中共中央国务院《关于加速科学技术进步的决定》是 ______ 年 5 月 6 日由中共中央国务院颁布的，《决定》从十一个方面阐述了必须。
14、《河南省科学技术奖励办法》于 ______ 年______ 月______ 日发布施行。
15、《河南省促进科技成果转化条例》自 ______ 年 7 月 1 日起施行。
16、国家最高科学技术奖每年授予人数不超过 ______ 名。
17、是我国设立的科学技术方面的最高学术称号， ______为终身荣誉。
18、是国家设立的工程科学技术方面的最高学术称号， ______为终身荣誉。
复合材料加工技术与应用
复合材料加工技术与应用随着科技的进步，复合材料作为一种新型材料在各个领域中得到了广泛应用。
其具有轻量、高强度、耐腐蚀、绝缘、隔热等优点，被广泛应用于航空航天、汽车、船舶、建筑、体育器材等领域中。
而复合材料的加工技术则也成为推动其应用发展的重要支撑。
一、复合材料的加工技术复合材料的加工技术包括了模压法、自动化机器人技术、热压成型、注塑成型等多种方法。
模压法是一种广泛采用的复合材料加工方法，其工艺流程包括了预制膜层、热固化树脂、纤维和增强剂四个步骤，最后通过模具将这些原材料固定在一起进行固化。
而自动化机器人技术则可以实现对复合材料的自动化生产，其中机器人伺服可以精确控制成型过程中的压力、温度、速度等因素，达到更高的成型精度。
热压成型则适用于制造复杂的薄壁部件，在高温和压力下，将树脂与纤维完全浸润，从而实现加固增强。
注塑成型适合于定量制造方法，将粘稠的高分子复合材料加热到塑态后注入模板、冷却、排出成型制品等。
二、复合材料的应用复合材料的应用领域丰富多样，特别是其在航空航天领域中的应用广泛。
复合材料具有轻量、高强度、耐腐蚀等优点，可以大幅减轻飞机自身重量，提高飞机性能，降低飞机能耗。
同时，在汽车制造领域中，复合材料的应用能够实现地球友好型设计，使经济性、环保性和性能之间的平衡更加优化。
在建筑领域中，复合材料的应用可以改善建筑结构的强度和耐久性。
三、未来复合材料加工技术的趋势未来的复合材料加工技术将主要围绕着快速成型、非接触加工、精细加工、智能化、柔性生产等方向进行发展。
快速成型技术将逐渐发展出用于复合材料无纸化打印技术、快速切割与铣削技术等，这些新技术可以大幅提高复合材料制造的效率和精度。
非接触式加工技术将更好地解决高精度薄壁零件加工难题。
智能化生产技术则将实现复合材料加工的自动化和智能化，提高生产效率，降低人工纰漏率。
柔性生产则将更好地复合材料制造工艺的灵活度和响应能力，更好地应对客户需求的变化。
综上所述，复合材料加工技术是推动复合材料应用发展的重要支撑，未来复合材料加工技术的发展方向将更加智能、高效、绿色、柔性等，对于提高复合材料在多个领域的应用水平具有重要的促进作用。
《复合材料》课件——第二章_复合材料界面和优化设计
伤和形成脆性界面相等十分有害。碳纤维/铝钛铜合 金复
合材料中，生成TiC，使界面附近的铝、铜富集。 500℃
时，在C纤维/铝材料界面生成Al4C3脆性层。
2.4 复合材料的界面
2.4.5 界面反应或界面扩散理论
在复合材料组分之间发生原
子或分子间的扩散或反应，从
因此，在研究和设计界面时，不应只追求界面结合而应考 虑到最优化和最佳综合性能。
2.3复合材料组分的相容性
物理相容性： 1. 是指基体应具有足够的韧性和强度，能够将外部载荷均匀
地传递到增强剂上，而不会有明显的不连续现象。 2. 由于裂纹或位错移动，在基体上产生的局部应力不应在增
强剂上形成高的局部应力。 3. 另一个重要的物理关系是热膨胀系数。基体与增强相热膨
物理和化学吸附作用。液态树脂对纤维表面的良好浸润是 十分重要的。浸润不良会在界面上产生空隙，导致界面缺 陷和应力集中，使界面强度下降。良好的或完全浸润将使 界面强度大大提高，甚至优于基体本身的内聚强度。
2.4 复合材料的界面
2.4.1界面润湿理论 ： 从热力学观点来考虑两个结合面与其表面能的关系，一般用 表面张力来表征。
胀系数的差异对复合材料的界面结合产生重要的影响，从 而影响材料的各类性能。
2. 3复合材料组分的相容性
物理相容性： 例如：
对于韧性基体材料，最好具有较高的热膨胀系数。这是因 为热膨胀系数较高的相从较高的加工温度冷却是将受到张 应力；
对于脆性材料的增强相，一般都是抗压强度大于抗拉强度， 处于压缩状态比较有利。
2.3复合材料组分的相容性
化学相容性： ➢ 对复合材料来说， 以下因素与复合材料化学相容性有关的
复合材料特点
复合材料特点
复合材料是由两种或两种以上的材料组合而成的新材料，具有独特的性能和特点。
首先，复合材料具有优异的强度和刚度，这是由于复合材料中的各种成分相互作用，形成了一种协同效应，使得其整体性能远远超过单一材料。
其次，复合材料具有较低的密度，这使得其在航空航天、汽车等领域得到了广泛的应用。
再者，复合材料具有优异的耐腐蚀性能，能够在恶劣环境下长期稳定地工作。
此外，复合材料还具有良好的设计自由度，可以根据需要进行各种形状和结构的设计，满足不同工程需求。
另外，复合材料还具有优异的疲劳和冲击性能，这使得其在航空航天、汽车、体育器材等领域得到了广泛的应用。
此外，复合材料还具有良好的耐热性能，能够在高温环境下长期稳定地工作。
另外，复合材料还具有良好的耐磨性能，能够在恶劣环境下长期稳定地工作。
另外，复合材料还具有良好的耐磨性能，能够在恶劣环境下长期稳定地工作。
此外，复合材料还具有良好的耐磨性能，能够在恶劣环境下长期稳定地工作。
综上所述，复合材料具有优异的综合性能和广阔的应用前景，是当今工程材料领域的热点和发展方向。
随着科技的不断进步和创新，相信复合材料在未来会有更加广泛的应用和发展，为人类社会的进步和发展做出更大的贡献。
【大学课件】复合材料PPT
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③ 基体金属与增强物的相容性
金属基复合材料需要在高温下成型，制备 过程中，处于高温热力学非平衡状态下的纤维与 金属之间很容易发生化学反应，在界面形成反应 层。界面反应层大多是脆性的，当反应层达到一 定厚度后，材料受力时将会因界面层的断裂伸长 小而产生裂纹，并向周围纤维扩展，容易引起纤 维断裂，导致复合材料整体破坏。
• 仿照骨骼的组织特点，人们制造了类似结构的风力发电机和 直升飞机的旋翼，外层是刚度、强度高的碳纤维复合材料， 中层是玻璃纤维增强复合材料、内层是硬泡沫塑料。
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9.3 复合材料的基体材料
复合材料的原材料： • 基体材料
– 金属材料 – 陶瓷材料 – 聚合物材料
• 增强材料
– 纤维 – 晶须 – 颗粒
则、增韧机制和界面作用； • 了解复合材料的成型工艺。
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3
参考书目
• 王荣国 主编，复合材料概论，哈尔滨工业大学 出版社，1999
• 闻荻江主编，复合材料原理，武汉理工大学出 版社，1998
• 鲁云，先进复合材料，机械工业出版社，2004 • ASM International, Engineered materials
– 基体主要是镍基、铁基耐热合金和金属间化合物。较成熟 的是镍基、铁基高温合金，金属间化合物基复合材料尚处 于研究阶段。
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9.3.1.3 功能用金属基复合材料的基体
• 要求材料和器件具有优良的综合物理性能，如同时具 有高力学性能、高导热、低热膨胀、高导电率、高抗 电弧烧蚀性、高摩擦系数和耐磨性等。
Chapter 9 Composites
复合材料
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1
本章内容
1. 复合材料概述 2. 复合材料分类 3. 复合材料的基体 4. 复合材料的增强相 5. 复合材料的复合原理 6. 复合材料的成型工艺
材料化学第二版(曾兆华版)课后答案
第一章1.什么是材料化学其主要特点是什么答：材料化学是有关于材料的结构、性质、制备及应用的化学。
主要特点：跨学科性，实践性。
2.材料与试剂的主要区别是什么答：试剂在使用过程中通常被消耗并转化为其他物质，而材料通常是可重复的、连续的，除了正常的消耗外，它不会不可逆地转化为其他物质。
3.观察一只灯泡，列举制造灯泡所需的材料。
4.材料按其组成和结构可以分为哪几类如果按功能和用途对材料分类，列举十种不同功能或用途的材料。
答：（1）金属材料，无机非金属材料，高分子材料，复合材料（2）导电材料、绝缘材料、生物医用材料、航天航空材料、能源材料、电子信息材料、感光材料5.简述材料化学的主要内容。
答：结构：原子和分子在不同层次彼此结合的形式、状态和空间分布。
特性：材料固有的化学、物理和力学特性。
制备：将原子和分子结合在一起，并最终将其转化为有用的产品应用。
第二章1.原子间的结合键共有几种各自特点如何3.计算体心立方及六方密堆的的堆积系数。
（1）体心立方单位晶胞原子数 n = 274.0)2/4()3/4(4)3/4(4＝3333fcc ==R R aR ππξ10. 单质Mn有一种同素异构体为立方结构，其晶胞参数为，密度= g cm-3，原子半径r = ，计算Mn晶胞中有几个原子，其堆积系数为多少11. 固溶体与溶液有何异同固溶体有几种类型固体溶液与液体溶液的共同点：均具有均一性、稳定性，均为混合物，均存在溶解性问题（对固态溶液称为固溶度，对液体溶液称为溶解度）；(1)均一性：溶液各处的密度、组成和性质完全一样；(2)稳定性：温度不变，溶剂量不变时，溶质和溶剂长期不会分离；(3)混合物：溶液一定是混合物。
固体溶液与液体溶液的不同点：固溶体的溶质和溶剂均以固体形式出现，而液体溶体的溶质和溶剂均以液体形式出现；固溶体：又称固体溶液，指由一种或多种溶质组元溶入晶态溶剂，并保持溶剂晶格类型所形成的单相晶态固体。
固溶体按固溶度分可两种类型：有限固溶体与无限固溶体；按溶质原子在晶格中的位置可分为置换固溶体与填隙固溶体。
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楔形块状聚合物制备法
根据活性聚合物体系中两种单体的混合比,构 造分子内结构,使某分子链内具有从某一聚合 物组分向另一聚合物组分变化的部分,这种聚 合物称之为楔形块状共聚物。这种共聚物可 以采用原子自由基共聚(ATRP) 等方法来制备。
张彬等用原子自由基共聚法,在水分散体系中合成了 苯乙烯(St) 和甲基丙烯酸甲酯(MMA) 的梯度共聚物; 华东理工大学的王涛也通过原子转移自由基聚合以 及连续补加第二单体的方法制备了St 和MMA 的梯 度共聚物。 Gray 等通过硝基氧媒介控制自由基聚合反应 (nitroxide2mediated controlled radical polymerization) 方法制备了高分子量苯乙烯(S)P42 乙酸基苯乙烯(AS) 以及苯乙烯(S)P42羟基苯乙烯 (HS) 梯度共聚物。
FGM的研究内容
材料设计 材料制备 材料特性评价 三个部分，三者相辅相成
FGM的设计
首先根据材料的实际使用要求，进行材料内 部组成和结构的梯度分布设计。在设计时， 以知识库为基础选择可供合成的材料组成和 制备技术，然后选择表示梯度变化的分布函 数，并以材料基本物性数据库为依据进行功 能（温度、热应力等）的解析计算，最后将 最优设计方案提交材料合成部门。
制备方法举例
日本大阪市立工业研究所热塑性树脂第二研究室应用此法,已 成功开发出聚氯乙烯-聚甲基丙烯酸甲酯(PVC-PMMA) 等聚 合物功能梯度材料(膜材) 。 上利研究组发现此法还可能制造不相容性聚合物功能梯度材 料,如聚碳酸酯-聚苯乙烯混合物。 钱浩、林志勇通过聚合物共混,也得到了表面浓度呈梯度变化 的不相容型PP-EVA 梯度功能高分子材料。
图4 就是用该方法 制备的PP-talc 梯度 材料样品的数码照 片,其talc 含量由内 向外逐渐递增。
(2) 温度梯度法
徐坚等利用温度梯度法成功制备了有机硅-陶 瓷梯度材料。其制备方法为:将有机硅树脂浇 铸成型并固化,置于低温端为0～600 ℃,高温 端为700～1200 ℃,温度梯度为10～200 ℃Pcm的梯度烧结炉中加热4～20h ,从而得 到一端为坚硬的陶瓷向另一端为柔韧有机硅 聚合物过渡的梯度材料。
日本的过田使用温度梯度法做成了在厚度方 向上渗透性能呈梯度分布的聚酰亚胺薄膜(厚 为20～50nm) ,制备过程中膜的上面与空气接 触,下表面与液氟接触,巨大的温度差造成相分 离,此膜表层(孔径小) 有分离功能,而底层(孔 径大) 有渗透功能,因此,可用作渗透分离膜。
(5) 自结构梯度材料制备法
(3) 纤维排列法
该制备方法经常用于制备纤维增强聚合物材 料。它是以聚合物材料为基体相,金属或非金 属纤维为增强相,成型前先将增强纤维进行梯 度化排列,进行成型后的整体则成为梯度功能 材料。 例如Jang 和Huang 等分别用短纤维堆砌法和 长纤维编织制备出不同品种的纤维增强型聚 合物梯度材料。
应用举例
Akovali 等通过将丙烯腈单体扩散到聚苯乙烯中的方 法制备了聚苯乙烯－聚丙烯腈(PSPgrad. PAN) 梯 度材料,经分析发现此材料能改进聚合物的抗碳氢化 合物溶剂性。 Murayama 等首先用本体聚合法制备了交联 PHEMA(聚甲基丙烯酸羟乙酯) ,然后在共溶剂 DMF(二甲基甲酰胺) 中用光引发第二单体苯乙烯进 行聚合,得到了具有梯度组成的IPN 材料,其中聚苯乙 烯的含量由表面向中心逐渐减少。
聚合物功能梯度材料分类
根据应用领域的不同,可分为核功能梯度材料、生物功能梯度 材料、化学功能梯度材料、光学功能梯度材料等; 根据其组成材料的不同,可以分为高聚物－高聚物、高聚物－ 陶瓷、高聚物－金属和高聚物－无机填料等类型; 根据制备方法的不同,又有化学方法制备型和物理方法制备型; 其中根据梯度化因素的不同,化学方法制备型梯度材料中又可 分为组成梯度变化型、交联度梯度变化型、结晶度梯度变化 型等梯度材料;物理方法制备型梯度材料中又可分为取向度梯 度变化型、相形态梯度变化型、分散相粒径或组成梯度变化 型等。
(4) 离心法
该方法就是利用离心作用力来制备聚合物梯 度材料。如Funabashi Masahiro就利用离心 法制备了多种填充复合型聚合物梯度材料。
梯度结构的表征
聚合物梯度材料是不同于均质材料的一种新型非均 质材料,其研究才刚刚起步,国内外至今没有形成统 一的表征方法。 目前,一般用SEM-EDX 和TEM 等方法研究梯度材料 的微观组成形态;用XPS、TG、DSC、FTIR-ART、 FT-RAMAN 等方法研究梯度材料的组成及含量变化。 如复合型聚合物梯度材料的梯度结构可用高分辨率 显微镜直接观察;单组分聚合物梯度材料的梯度结构 可根据DSC、XRD 在试样厚度方向上的结晶化度测 试结果来分析。
(2) 熔融挤出法
它是采用改进的熔融挤出技术制备聚合物梯 度材料的方法。 采用级分配料、分级加料的加料方式以及挤 出-卷绕和挤出-叠合-层压的技术路线,分别 制备了共混型圆筒状PP/ABS 和PP/PA6 梯度 材料以及板状PP/PA6 梯度材料。
圆筒状PP/ABS 具体制备过程
熔融挤出之前,参与共混的两组分聚合物以一定的比 例, 分别进行混合,形成一个PP 含量逐渐减小而ABS 含量逐渐增加的级分配料; 实验时,这一系列的混合物以015 min 的时间间隔依 次加入双螺杆挤出机中,经挤出机熔融共混并经狭缝 形挤出口成型后的片状料带立即被牵引至卷绕装置 进行卷绕,从而形成PP 含量沿径向逐步减小而ABS 含量逐步增加的圆筒状梯度材料。 板状PP/PA6 梯度材料的制备是将组分渐变的料带 经折叠后在平板硫化机上热压而成板条状梯度材料。
(3) 电场诱导法
该方法是利用电场诱导条件,使聚合物共混物组分浓 度梯度化。 清华大学李治等研究了聚乙烯醇(PVA)-聚丙烯酸 (PAA) 高分子共混物水溶液中各组分在电场诱导条 件下沿电场方向的浓度梯度分布情况,结果表 明,PAA向电场正极迁移,PVA 向负极迁移,并形成浓 度梯度分布,随时间的延长,组分的梯度程度也逐渐 加大,待水全部电解和蒸发即可得到组分连续变化的 高聚物共混型梯度材料。
以航天飞机用的超耐热材料构件为例，在承受高温的表面， 设计和配置耐高温陶瓷；在与冷却气体接触的表面，设计采 用导热性和强韧性良好的金属；而在两个表面之间，采用先 进的材料复合技术，通过控制金属和陶瓷的相对组成及组织 结构，使其无界面地、连续地变化，就得到一种呈梯度变化 的材料。从陶瓷过渡到金属的过程中，耐热性逐渐降低，强 度逐渐升高，在材料中部热应力达到最大值，从而实现热应 力缓和功能。鉴于FGM具有组成和显微结构连续变化、适应 环境和可设计性的特点，其应用领域已从航空航天拓展到核 能、生物医学、机械、石油化工、信息、民用及建筑等其他 诸多领域。
功能梯度材料是指构成材料的要素（组成、结构） 沿厚度方向由一侧向另一侧呈连续梯度变化，从而 使材料性质和功能也呈梯度变化的一种新型材料。 这种材料的概念是由日本学者平井敏雄等人于1987 年首先提出的，该材料的应用目标主要是航天飞机 的防热系统和发动机。
与宏观均质复合材料相比，功能梯度材料的成分和 结构在每一处都是有控制地连续改变的。 其特点是构成材料的组成、显微结构（陶瓷、金属、 显微气孔等）不仅是连续分布、适应环境，而且是 可以控制的。
共混物型聚合物梯度材料制备
(1) 溶液扩散法 梯度薄膜的制备大多采用这种方法,它是指在 溶液扩散法过程中,将A 聚合物膜固置于另一 种B 聚合物的溶液中, A 在B 溶液中溶解扩散 时使溶剂快速蒸发、固定,制成具有两聚合物 成分浓度梯度的膜材。控制溶解扩散并固定 时间,改变扩散程度,可制成不同梯度的材料。
复合材料新技术
北京工商大学材料科学与工程系
功能梯度材料
定义 研究设计内容 分类 加工制备方法 表征 应用
梯度复合技术
梯度功能材料（Functional Gradient Materials,简称FGM）是基于一种全新的材料 设计概念而开发的新型功能材料，由于材料 构成要素（成分、组织结构等）在几何空间 上连续变化，从而得到性能在几何空间上也 是连续变化的非均质材料，因而在复杂环境 下使用时，要比均匀的材料具有更大的优势。
Milczarek等将苯乙烯单体溶解扩散在聚乙烯 中,通过光引发聚合成功地制备了梯度功能材 料。 Horiuchi 等将硅树脂片浸入甲基丙烯酸丁酯 中于23 ℃下溶胀半小时,再去氧,然后于80 ℃ 下聚合2h ,制得了组成梯度硅树脂片,这种梯 度材料提高了撕裂强度及降低了透气性。
扩散共聚法
梯度折射率(GRIN) 高分子材料的制备大多采 用这种方法,其过程是将折射率较高的单体M1 先在模具中预聚成凝胶状材料,然后放在折射 率较低的M2 中进行扩散共聚反应,由于两种 单体在特定方向上存在梯度分布,导致在此方 向上折射率的梯度变化。
FGM的合成或制备
即根据材料设计的结果，采用适当的方法制 备出符合实际应用目标的FGM。制备出的 FGM可以是金属－金属、金属－陶瓷、非金 属－非金属、非金属－陶瓷等。 功能梯度材料制备的关键是控制材料结构， 使组成和显微结构按照要求逐渐变化。目前 FGM的制备方法主要有气相沉积法、粒子排 列法和电沉积法。
应用举例
大冢保治等和Ohtsuka 等就用此法制备了径向梯度折射率棒, Koike 等利用此法制备了轴向梯度折射率棒。 Liu等将甲基丙烯酸甲酯(MMA) 和苯甲基丙烯酸甲酯(BZMA) 采用溶胀凝胶聚合法(Swollen2gel Polymerization) 制备了 PMMAPPBZMA 梯度折射率棒,他们研究了其光学性能影响 因素,发现随着引发剂浓度的增加,聚合温度的提高,溶胀时间 的减少及溶胀温度的降低,其△n 和NA 值均增加。 Jonathan 等采用低温等温前沿聚合(LowTemperature Isothermal Frontal Polymerization) 方法制备了聚甲基丙烯 酸甲酯(PMMA)P有机非线性光学染料光学梯度材料,其中有 机染料的梯度通过引发剂的浓度来控制,低温条件可以防止染 料的光度法是在聚合物共混物静态退火时, 控制聚合物样品两端的温度,在共混物样品中 形成温度梯度,进而影响分散相粒子粗化过程, 使之形成梯度相形态。