功能梯度材料的制备及发展趋势综述
功能材料的发展与应用前景
功能材料的发展与应用前景随着科技的不断进步和人们对生活品质的不断追求，人类对新型材料的需求也越来越大。
在这其中，功能材料尤其是备受人们关注的领域。
功能材料是一种具有特殊功能性能和特殊要求的材料，其主要应用于高科技和前沿科学领域。
它通过特殊的物理、化学、结构和表面修饰来实现其特殊的物理、化学和生物学功能。
这种特性使得它在医药、航空航天、电子、环保、储能等领域有着广泛的应用前景。
本文将从功能材料的基本概念、现状和应用前景三个方面来进行分析。
一、功能材料的基本概念功能材料是由一些固态物质、液态物质和膜材料等多种材料构成的，在其基础上进行物理、化学和表面修饰制备而成的。
它有着特殊的物理性能、化学性能、生物学功能和结构性能等特点。
它有着一定的机械强度和耐腐蚀性，可以很好地适应不同的环境。
它还能实现自愈合、自修复等特殊功能，大大提高了材料的寿命。
此外，它还具有独特的电学、光学、磁学、声学、热学等性能，能够为其他领域提供更加完美的解决方案。
由于功能材料有着独特的性能，因此在生物医学、环保工程、储能技术等领域得到了广泛的应用。
二、功能材料的现状当前，全球功能材料市场规模已经达到了5000亿美元，市场增长速度超过10%。
功能材料作为一种重要的材料种类，在科技领域和经济领域的发展中具有举足轻重的地位。
近年来，世界各国对于功能材料的研究也日益重视，各国已经建立了大量的材料研究机构，加强了对功能材料的基础研究和应用研究。
集中在生物医学、环保工程、储能技术等领域的研究越来越深入。
在材料的制备技术方面，独特的界面修饰、纳米技术和表面改性等技术引起了科研工作者的广泛关注。
这些技术的不断发展和创新使得功能材料的性能不断得到加强和改进，使得功能材料在应用领域中更加灵活，而且材料的制备成本也越来越低。
三、功能材料的应用前景生物医学领域。
功能材料在生物医学领域得到了广泛应用。
例如，依靠其独特的自修复和自愈合功能能够制备出高强度、耐腐蚀的生物材料，应用于人工器官的制造，为人类的健康事业做出了重要贡献。
功能梯度材料组份
功能梯度材料组份功能梯度材料是一种特殊的材料，它在组成成分上呈现出梯度变化的特点。
这种材料的独特性质使其在许多领域具有广泛的应用前景。
本文将介绍功能梯度材料的组份以及其在不同领域中的应用。
一、功能梯度材料的组份功能梯度材料的组份主要包括两个或多个不同的材料。
这些材料在组份上呈现出梯度变化，即从一个材料逐渐过渡到另一个材料。
这种组份的变化可以是连续的，也可以是离散的。
例如，一种常见的功能梯度材料是由陶瓷和金属组成的。
陶瓷具有优异的耐磨性和耐高温性能，而金属则具有良好的导电性和可塑性。
将这两种材料组合在一起，可以得到既具有良好耐磨性又具有良好导电性的材料。
二、功能梯度材料的应用领域1. 功能梯度材料在航空航天领域中的应用航空航天领域对材料的要求非常高，需要具有轻质、高强度、高温耐受性等特点的材料。
功能梯度材料可以满足这些要求。
例如，在航空发动机中使用功能梯度陶瓷涂层，可以提高发动机的燃烧效率和耐久性。
2. 功能梯度材料在医疗领域中的应用医疗领域对材料的要求也非常严格，需要具有生物相容性、耐腐蚀性等特点的材料。
功能梯度材料可以满足这些要求。
例如，在人工关节中使用功能梯度金属材料，可以提高关节的生物相容性和耐磨性。
3. 功能梯度材料在能源领域中的应用能源领域对材料的要求包括高效转化能源、储能和传输等。
功能梯度材料可以满足这些要求。
例如，利用功能梯度材料制备高效的太阳能电池，可以提高太阳能的转化效率。
4. 功能梯度材料在电子领域中的应用电子领域对材料的要求包括高导电性、低电阻率等。
功能梯度材料可以满足这些要求。
例如，在集成电路中使用功能梯度材料，可以提高电路的性能和稳定性。
三、功能梯度材料的优势功能梯度材料具有以下几个优势：1. 梯度变化的组份可以使材料在不同区域具有不同的性能，从而满足多种需求。
2. 功能梯度材料可以减少不同材料之间的界面应力，提高材料的韧性和可靠性。
3. 功能梯度材料可以实现材料的轻量化，提高材料的性能和效率。
功能梯度材料
功能梯度材料功能梯度材料（FGM）是一种具有逐渐变化化学成分或结构的材料，其性能在空间上呈现出递增或递减的特点。
这种材料在工程领域中具有广泛的应用，可以有效地解决材料之间的界面问题，提高材料的性能和稳定性。
本文将介绍功能梯度材料的基本概念、制备方法和应用领域。
功能梯度材料的基本概念是指材料的成分或结构在空间上呈现出逐渐变化的特点。
这种逐渐变化可以是化学成分的递增或递减，也可以是结构特征的递增或递减。
通过这种逐渐变化，功能梯度材料可以在不同位置具有不同的性能，从而满足复杂工程环境的需求。
功能梯度材料的制备方法主要包括激光熔覆、沉积成形、化学气相沉积等技术。
其中，激光熔覆是一种常用的制备方法，通过控制激光熔覆过程中的参数，可以实现材料成分和结构的逐渐变化。
沉积成形技术则是利用3D打印等技术，将不同材料逐渐沉积在一起，形成功能梯度结构。
化学气相沉积则是通过控制反应条件和沉积速率，实现材料成分的逐渐变化。
这些制备方法可以灵活地调控功能梯度材料的性能和结构，满足不同工程应用的需求。
功能梯度材料在工程领域中具有广泛的应用。
例如，在航空航天领域，功能梯度材料可以用于制造航天器的热防护结构，提高其耐热性能和抗氧化性能。
在机械制造领域，功能梯度材料可以用于制造高强度、耐磨损的零部件，提高机械设备的使用寿命和稳定性。
在电子器件领域，功能梯度材料可以用于制造高效能、高稳定性的电子元件，提高电子设备的性能和可靠性。
这些应用领域都充分展示了功能梯度材料在工程领域中的重要作用。
总的来说，功能梯度材料是一种具有逐渐变化化学成分或结构的材料，其性能在空间上呈现出递增或递减的特点。
通过灵活的制备方法和广泛的应用领域，功能梯度材料可以有效地解决工程领域中的复杂问题，提高材料的性能和稳定性。
相信随着科学技术的不断进步，功能梯度材料将在更多领域展现出其独特的优势，为人类社会的发展做出更大的贡献。
基于增材制造的功能梯度材料及其结构研究综述
基于增材制造的功能梯度材料及其结构研究综述功能梯度材料（Functionally Graded Materials, FGMs）是一种具有逐渐变化成分、微观结构和性能的材料，近年来受到了广泛的研究和应用。
在增材制造（Additive Manufacturing, AM）技术的支持下，功能梯度材料的研究得到了进一步的发展。
本文将对基于增材制造的功能梯度材料及其结构进行综述，并探讨其在材料科学和工程领域的应用。
一、功能梯度材料的定义和特点功能梯度材料是一种具有逐渐变化组分和性能的材料。
在传统材料中，通常需要在组成、结构和性能方面做出权衡。
而功能梯度材料能够通过调控材料的微观结构和成分的渐变，实现性能的逐渐转变。
功能梯度材料不仅能够更好地满足不同应力和功能要求，还能够提高材料的使用寿命和效能。
二、增材制造技术在功能梯度材料中的应用增材制造技术是一种采用逐层堆叠的方式制造物体的技术。
它不同于传统的切削加工，减少了材料的浪费，提高了制造效率。
在功能梯度材料的研究中，增材制造技术可以实现多种材料的渐变和组合，从而制备出具有特定功能和性能的材料。
通过控制增材制造过程中材料的定向和温度变化，能够实现材料硬度、导热性和导电性的逐渐变化，从而获得更加优良的性能。
三、功能梯度材料的结构设计和优化功能梯度材料的结构设计和优化是功能梯度材料研究的核心内容。
结构设计的关键是为材料的不同部分设计不同的成分和性能，以满足特定的功能要求。
优化设计则是通过数值仿真和实验测试，计算和验证不同结构参数的影响，以寻找最佳的结构配置。
通过结构设计和优化，可以更好地控制功能梯度材料的性能和应用。
四、功能梯度材料的应用领域功能梯度材料具有广泛的应用前景。
在航空航天领域，功能梯度材料可以用于制造高温结构件和隔热材料，提高材料的耐高温性能。
在能源领域，功能梯度材料可以用于制造高效能量转换器件，提高能量转换效率。
在生物医学领域，功能梯度材料可以用于制造仿生器官和组织工程支架，实现更好的生物相容性和组织修复效果。
论梯度功能材料的发展前景与方向
论梯度功能材料的发展前景与方向摘要:本文介绍了梯度功能材料(functionally graded materials简写为FGM)的基本概念、分类、性质和制备方法的基本原理，综述了国内外FGM的研究和应用现状，提出了FGM在应用方面尚需解决的一些问题，并展望了梯度功能材料的发展前景与方向。
关键词:梯度功能材料，复合材料，研究进展Abstract :This paper introduces the concept ，types，capability，preparation methods of functionally graded materials. Based upon analysis of the present application situations and prospect of this kind of materials some problems existed are presented. The current status of the research of FGM are discussed and an anticipation of its future development is also present.Key words :FGM；composite；the Advance0 引言信息、能源、材料是现代科学技术和社会发展的三大支柱。
现代高科技的竞争在很大程度上依赖于材料科学的发展。
对材料，特别是对高性能材料的认识水平、掌握和应用能力，直接体现国家的科学技术水平和经济实力，也是一个国家综合国力和社会文明进步速度的标志。
因此，新材料的开发与研究是材料科学发展的先导，是21世纪高科技领域的基石。
近年来，材料科学获得了突飞猛进的发展[1]。
究其原因，一方面是各个学科的交叉渗透引入了新理论、新方法及新的实验技术;另一方面是实际应用的迫切需要对材料提出了新的要求。
梯度功能材料的制备与应用及其发展状况(功能材料论文)
梯度功能材料的制备与应用及其发展状况摘要：近年来，梯度功能材料(FunctionallyGradientMaterials，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、自蔓延高温燃烧法等。
FGM在航空航天、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、特性、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；特性；应用；发展前景梯度功能材料(functional gradient material, FGM),即材料的组分和结构从材料的某一方位(一维、二维、三维)向另一方位连续地变化,使材料的性能和功能也呈现梯度变化的一种新型材料[1]。
20世纪80年代后期,日本学者新野正之等首先提出功能梯度材料的概念[2],很快引起多个国家宇航领域科技工作者的极大关注,功能梯度材料的研究在各国迅速展开,二十多年来,国内外在功能梯度材料的组织结构、性能、制备工艺、设备以及材料的应用方面都取得了令人瞩目的成果。
1梯度功能材料制备方法1.1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[3]。
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。
1.2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。
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。
喷涂过程中改变陶瓷与金属的送粉比例，调节等离子射流的温度及流速，即可调整成分和组织，获得FGM涂层。
梯度功能材料
(1）开发的低成本、自动化程度高、操作简便的制备技术； (2）开发大尺寸和复杂形状的FGM制备技术； (3）开发更精确控制梯度组成的制备技术（高性能材料复合技 术）； (4）深入研究各种先进的制备工艺机理，特别是其中的光、电、 磁特性。
谢谢
• 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。 • 生物的梯度结构与人造梯度结构之间存在很大差异。有生命的 FGMs是“有智能的”，它们能感受所处环境的变化 (包括局部应 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。
梯度化
梯度功能材料能有效地克服传统复合材料的不足。与传统复合材 料相FGM有如下优势：
1）将FGM用作界面层来连接不相容的两种材料，可以大大地提高粘结强度；
2）将FGM用作涂层和界面层可以减小残余应力和热应力；
3）将FGM用作涂层和界面层可消除连接材料中界面交叉点以及应力自由端点的应力 奇异性；
4）用FGM代替传统的均匀材料涂层，既可以增强连接强度也可以减小裂纹驱动力。
梯度功能材料
梯度功能材料简介
目 录
分类及与复合材料的区别 应用领域 未来的发展趋势
引言
梯度功能材料是上世纪八十年代中期开发可往返于太空与陆
地的航天飞机外部用耐热材料而提出的一个崭新的材料概念。 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。 如果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,这就诞生了梯度功材料。
发展
• 1987年，日本平井敏雄、新野正之和渡边龙三人提出使金属 /陶瓷复合材 料的组分、结构和性能呈连续变化的热防护梯度功能材料的概念。 • 1990年，日本召开第一届梯度功能材料国际研讨会。
功能梯度材料
功能梯度材料功能梯度材料（Functionally Graded Materials，FGMs）是一种独特的组织结构，具有不同材料性能的连续变化。
这种材料可以根据需求在不同区域具备不同的性能，具有广泛的应用潜力。
功能梯度材料的核心思想是利用不同材料的优势，通过逐渐过渡的方式将它们结合起来。
这样，在材料内部形成了一种材料性能随位置变化的梯度。
一般情况下，FGMs通过改变材料成分、晶格结构或孔隙分布来实现性能梯度的变化。
功能梯度材料的主要优势之一是优化材料的性能。
由于不同区域的性能可以根据需求进行调节，所以功能梯度材料可以在同一件材料中实现多种性能要求。
例如，可以在一个功能梯度材料中将刚性材料和韧性材料结合起来，以提高整体的强度和韧性。
另一个优势是优化材料的适应性和可靠性。
功能梯度材料的性能梯度可以使材料更好地适应不同环境的要求。
例如，可以在外部表面附近使用耐腐蚀材料，而在内部使用高强度材料。
这样可以增强材料的耐久性和可靠性。
功能梯度材料还具有优化材料的权衡性能的能力。
例如，对于某些应用，需要同时具备高温耐久性、热导率和机械性能。
通过在材料内部形成性能梯度，可以在不同区域平衡这些性能要求，达到最佳的综合性能。
此外，功能梯度材料还可以实现一些特殊功能。
例如，通过调整电子、热子、声子或离子的传输特性，可以实现功能梯度材料在导电、绝缘、热传导或声学传导方面的特殊性能。
这为多种应用提供了新的可能性，如光电子器件、传感器和能量转换器件等。
尽管功能梯度材料具有广泛的应用潜力，但其设计和制备仍然面临挑战。
目前，多数功能梯度材料的制备方法仍然较为复杂和昂贵，限制了其在大规模应用中的应用。
同时，材料性能梯度的设计和优化也需要更深入的理论和实验研究。
综上所述，功能梯度材料是一种具有多种优势和潜力的材料。
它可以实现性能的优化、适应性和可靠性的提高，同时提供了平衡和特殊功能的能力。
随着制备技术和理论研究的不断发展，功能梯度材料将在诸多领域中得到更广泛的应用。
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功能梯度材料的制备及发展趋势[摘要]功能梯度材料是一种新型材料,由于其结构和性能的优异特性,已成为材料领域研究的热点。
对国内外功能梯度材料的研究进展进行了综述,重点阐述了功能梯度材料的制备、应用及其发展趋势。
[关键词]功能梯度材料; 热喷涂; 应用; 发展趋势0 前言功能梯度材料( functional gradient material, FGM) ,即材料的组分和结构从材料的某一方位(一维二维、三维)向另一方位连续地变化,使材料的性能和功能也呈现梯度变化的一种新型材料[ 1～4 ] 。
航天技术的发展对材料的性能提出了新的要求,如航天飞机发动机燃烧室器壁,一侧承受2 000 ℃以上的高温,另一侧承受低温液氢冷却,传统的单相材料已经无法满足要求[ 5 ] ,若采用多种复合材料,由于各相的热膨胀系数的差异,会在材料内部产生较大的热应力,致使涂层在较小冲击力下即可剥落,为满足这种适应较大温差下工作的新材料, 20世纪80年代后期,日本学者新野正之等首先提出功能梯度材料的概念[ 6 ] ,很快引起多个国家宇航领域科技工作者的极大关注[ 7 ] ,功能梯度材料的研究在各国迅速展开,二十多年来,国内外在功能梯度材料的组织结构、性能、制备工艺、设备以及材料的应用等方面都取得了令人瞩目的成果,本文从功能梯度材料的制备、应用方面综述了FGM的研究状况,并展望其前景。
1 功能梯度材料的制备方法目前已经提出多种制备方法,但总体来看分为两大类:间断梯度层和连续梯度层,前者是指各层间总存在成分间断,后者是利用自然迁移现象来实现成分的连续过渡。
1. 1 气相沉积气相沉积法分为化学气相沉积法(CVD)、物理气相沉积法(PVD)以及物理化学气相沉积法(PCVD) [ 8, 9 ] 。
CVD法制备FGM是通过赋予原料气体不同的能量,在反应器中进行混合,使其产生化学反应而生成固相的膜沉积在基体上,通过选择合成温度、调节原料气流量和压力来控制梯度沉积膜的组成与结构,通常采用高频等离子CVD与高频和直流弧并用的放电等离子CVD来制造功能梯度材料。
其优点是容易实现分散相浓度的连续变化,缺点是需要高温高压,工件变形严重并存在危险性。
日本东北大学采用此法制备了C /C、Si/C、TiC/C系FGM[ 10 ] 。
PVD法制备FGM是通过各种物理方法使固相物质蒸发进而在基体表面成膜,通过改变蒸发源可以合成多层不同的膜。
其优点是沉积温度低,对基体热影响小,缺点是沉积速率低,且不能连续控制成分分布。
王永康等采用此法已经制备出Ta 2Low/钢梯度涂层材料;加拿大采用此法制备出超合金表面热障涂层MCrAlY的梯度功能材料[ 8 ] ;日本科技厅金属材料研究所采用此法已制备出Ti/TiC、Ti/TiN、Cr/CrN系FGM[ 11 ] 。
此外,从制备表面涂层CVD法发展而来的化学气相渗入法制备FGM也取得了一定的进展。
PCVD是制备FGM的新趋势,结合了PVD和CVD的优点。
利用CVD温度一般高于PVD温度的特点,在基体材料低温侧采用PVD,在高温侧采用CVD,扩大了使用范围。
目前,采用此法已制备出SiC/C /TiC多层FGM,厚度可达30 mm[ 12 ] ;邢世凯等采用此法在气缸套、活塞、活塞环等零件表面渗镀一层氮化硼、氮化硅陶瓷薄膜,使得零件的磨损量减少,提高了镀膜零部件的使用寿命。
1. 2 等离子喷涂等离子喷涂法( PS)是将粉末材料送入等离子体(射频放电)中或等离子射流(直流电弧)中,使粉末颗粒在其中加速、熔化或部分熔化后,在冲击力的作用下,在基底上铺展并凝固形成层片,进而通过层片叠层形成涂层,通过调节等离子流的温度和流速,原料粉末成分和供给条件,从而实现薄膜组成的调节,等离子喷涂常用的气体是Ar和N2。
其优点是生产效率高,制备的涂层质量好,喷涂材料范围广,成本低等,但涂层中较多的疏松与孔洞以及片层界面都可能成为导致涂层失效的裂纹源。
王富耻等采用此法已制备出ZrO2和NiCrAl体积分数不等的7个梯度层,并研究了功能梯度热障涂层在瞬态热负荷下的破坏机理。
K. A. Khor等采用此法已制备出YSZ/NiCoCrAlY梯度材料,并研究了其微观结构、理化性能和热性能。
研究结果表明,与双层材料相比,功能梯度材料的性能更优异, FGM 涂层的结合强度为18MPa,双层涂层的结合强度仅为9MPa, FGM涂层的热循环寿命是双层涂层的6 倍。
S Rangaraj等设计了5种不同成分的YSZ梯度涂层,并研究了涂层设计对YSZ涂层性能的影响。
研究结果表明,莫来石成分的添加会降低涂层表面裂纹生长驱动力。
日本新日铁公司采用低压等离子喷涂技术成功制备出了厚度分别为1 mm和4 mm的N i220Cr /ZrO228% Y2O3梯度薄膜。
此外, 已被研究的其他体系包括: Cu /W、Cu /B4 C、Al2 O32Cr2 O3 /Ni基合金、CoCrA lY 或NiCo2CrAlY/ZrO2、Mo /TiC、YSZ/Ni 220% Cr、Ni/Al2O3、WC /Co等; F. Chen 等采用此法在18 28钢表面制备了Ni2CrAl/ ( ZrO2 + Y2O3 )涂层 ;张红松等采用此法制备了N i/Al2ZrO2梯度涂层。
1. 3 自蔓延高温合成自蔓延高温合成法( SHS)是利用两种反应剂在一定条件下发生高放热反应,产生高温,使化学反应自动地进行下去,形成新的化合物。
其优点是过程简单,反应迅速,适用范围广,产物纯度高,能耗少,缺点是由于不同组分之间发热量有差异、烧结程度不同且较难控制,常压下材料的致密度不高,并且受工件(基体)形状的限制。
目前, 采用此法已制备出Al/TiB2、Cu /TiB2、Ni/TiC、MoSi2 /Al2 O3 /Ni/Al2 O3 /MoSiS2等梯度材料。
1. 4 粉末冶金粉末冶金法( PM)是制备FGM最常用、最简单的方法,一般是先成形后烧结,通过控制和调节原料粉末的粒度分布、烧结温度、烧结时间和烧结收缩的均匀性获得热应力缓和的FGM。
其优点是设备简单、易于操作、成本低,缺点是难以实现物料层组分的连续变化,不能完全消除料层间界面[ 8 ] 。
PM法可分为喷射沉积法、薄膜叠层法、粉浆浇注法和浸渍法等。
喷射沉积可以直接得到金属与陶瓷粉末相组成具有最佳梯度分布的预成形坯,然后经压制、烧结制得FGM,解决了层与层间易产生成分非连续变化的问题。
此外,将不同配比的金属粉、陶瓷粉和粘结剂制成悬浮液,然后喷射到基底上,通过改变原粉料成分配比来控制喷射相的成分,最终也可以获得梯度材料。
薄膜叠层法是在金属和陶瓷粉末中掺微量粘结剂,制成泥浆并脱出气泡压成薄膜,然后将这些不同成分和结构的薄膜脱除粘结剂后进行叠层、烧结。
其优点是每层可以做得很薄,成分变化相对较小。
国内采用此法已制备出PSZ/Mo等体系的梯度材料,M. Gruji2cic等采用此法已经制备出MgO /Ni系的梯度材料。
粉浆浇注法是将原料粉末均匀混合成浆料,注入模型内干燥,通过连续控制粉浆配比,得到成分连续变化的工件。
韩国汉阳大学采用此法已制备出Y2 O32ZrO2 /304不锈钢系的梯度材料; Sanchez2Herencia等采用该法已经制备出Al2O3/ZrO2系的梯度材料;日本九州大学采用此法已经制备出Al2O3 /Ni/Cr系的FGM。
浸渍法是将原料粉末配制成悬浮液,浸渍在基体上,调整悬浮液成分,可改变涂层成分,然后经过脱脂、烧结,得到FGM。
A. Neubrand等采用该法已经制备出SiC /C系的梯度材料。
1. 5 激光熔覆激光熔覆法(LSC)是将混合后的粉末通过喷嘴喷至基体表面,然后通过改变激光功率、光斑尺寸和扫描速度加热粉体,在基体表面形成熔池,并在此基础上通过改变粉末成分,向熔池中不断喷粉,获得功能梯度涂层。
其优点是既可以制备FGM 薄膜,也可以制备FGM体材,制备时间短,适应面较广,缺点是制备工艺及设备都比较复杂昂贵。
Fraunhofer采用此法已经制备出AlCu /316L不锈钢系的梯度涂层,有人采用此法制备了Ti/Al/TiB2 ,在涂层内Al的质量分数由12%左右连续地变为零。
1. 6 其他方法电化学法(ECM)是根据电解质溶液的特性和物质发生电化学反应的难易程度不同,利用电解作用和化学反应使溶液中不同的离子同时还原,并沉积在基体表面形成镀层,随着加工过程中电流密度和电解质浓度的变化,镀层的成分和结构会发生相应的变化。
其优点是绕镀性好,可镀复杂形状工件,缺点是材料的孔隙率较高、强度低。
离心铸造法是利用离心力场中合金密度差异引起的表面沉积特性来制备梯度功能材料[ 26 ] 。
其优点是能制备致密度高、尺寸大的梯度材料,缺点是不能制备高熔点的陶瓷系梯度材料,也不能制备从一种纯物质相向另一种纯物质相连续变化的梯度材料。
王渠东等利用初生相FeAl3与液相之间的密度差及其两相区温度间隔很大、液相线很陡的特点,采用离心铸造制备了初生FeAl3偏聚于管件外层并由外向内FeAl3量呈梯度分布的铝铁复合管件[ 8 ] ;哈尔滨工业大学采用此法已经成功制备出Al/Al2O3、SiC /A356梯度材料。
2 功能梯度材料的发展前景功能梯度材料的研究包括材料设计、材料合成和材料性能评价三个方面,材料合成是功能梯度材料研究的核心,材料设计是为材料合成提供最佳的组成和结构梯度分布,材料性能评价是建立准确评价功能梯度材料性能的一套标准化试验方法,三者紧密相关,相辅相成。
解决材料设计、材料合成和材料性能评价仍然是功能梯度材料发展中不容忽视的任务,而且要经济,使功能梯度材料得到广泛应用成为现实,特别是在航空航天、核反应、电子、电磁、化学、生物医学诸多领域得到广泛应用。
与此同时,在功能梯度材料的研究与应用中引入计算机模拟设计与试验结合的纳米技术和智能材料研究,深入研究各种应用中的失效机理,以进一步提高FGM的抗热震性能,也将成为功能梯度材料的研究重点。
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