梯度功能材料研究进展
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。
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。
梯度界面及强韧化机制研究_概述说明以及解释
梯度界面及强韧化机制研究 概述说明以及解释
1. 引言
1.1 概述
梯度界面及强韧化机制的研究已成为材料科学领域中一个重要的研究方向。梯度界面是指两种互不相容或具有差异性质的物质之间逐渐过渡的界面，在这个过渡区域内，一些特殊的效应和现象被引入，从而显著改变了材料的力学性能和功能特性。而强韧化机制则是指通过改变材料内部结构和微观组织，使其在受力条件下能够更加耐用、抗损伤，并展示出优异的力学性能。
1.2 文章结构
本文将分为五个主要部分进行阐述。首先，在引言部分将对梯度界面及强韧化机制进行简要介绍并说明其重要性。接着，在第二部分将详细探讨梯度界面的定义与特点、生成方法以及在材料领域中的应用案例。第三部分将着重探究强韧化机制的重要性和意义，对其分类与原理进行解析，并总结其在工程领域中的应用前景。进一步地，第四部分将探讨梯度界面与强韧化机制之间的关联研究，包括梯度界面对强韧化机制的影响分析、梯度界面优化设计策略与方法的探讨，以及结合梯度界面和强韧化机制的新材料开发前景展望。最后，在第五部分将总结文章主要研究成果，并指出存在问题及改进方向，展望未来研究方向。
1.3 目的
本文旨在全面系统地介绍梯度界面及强韧化机制在材料科学中的研究进展和应用前景。通过对相关理论、方法和实践案例进行归纳整理和深入解析，探讨梯度界面与强韧化机制之间的关联性，并为未来材料设计提供新思路和方向。同时，也希望能够引起广大科研人员对于该领域的重视，促进领域内各方合作交流，共同推动材料科学领域的发展。
2.梯度界面研究：
梯度界面是指两个或多个不同材料之间的过渡区域，其中化学成分、晶体结构和物理性质等在空间上呈现出逐渐变化的趋势。梯度界面具有独特的结构和特点，使得材料具备优异的性能和功能。本节将探讨梯度界面的定义与特点、梯度界面的生成方法以及梯度界面在材料领域的应用案例。
2.1 梯度界面定义与特点：
梯度界面是由两个或多个相邻材料之间形成的一个连续过渡层。这种过渡层中，材料的属性（比如晶格常数、晶粒尺寸、形貌等）或化学成分逐渐变化，而不是突然改变。这种逐渐变化可以产生一系列新颖且引人注目的效应，如增加材料的韧性、提高其力学强度和耐腐蚀性等。
梯度功能材料
梯度功能材料
梯度功能材料是指具有渐变性质的功能材料，其物理、化学、结构等性能在空间上呈现出渐变变化的特点。梯度功能材料是近年来发展起来的一种新型材料，它具有各种优异的性能，可以在许多领域发挥重要作用。
首先，梯度功能材料在力学性能方面具有显著的优势。由于其物理结构和化学成分在空间上的渐变，梯度功能材料可以实现从硬到软、从脆到韧的过渡。这对于一些领域，如材料设计、结构工程等非常有意义。例如，在航天航空领域中，梯度功能材料可以用于制造轻巧但又具有很高抗压、抗弯性能的航天器件。
其次，梯度功能材料在热传导方面也具有独特的优势。相对于传统材料，梯度功能材料可以实现热导率的逐渐变化。这对于一些需要控制热传导的应用非常重要。举个例子，梯度功能材料可以应用于热电子学器件中，以实现热管理和能量转换的最优化。
此外，梯度功能材料在生物医学领域也有广泛的应用。例如，在组织工程和再生医学中，梯度功能材料可以模拟人体组织的力学性能和结构特点，从而更好地促进生物材料与人体组织的相容性和生物交互性。此外，梯度功能材料还可以用于医学影像学领域，通过改变材料的渐变特性，实现对特定组织的显影效果。
最后，梯度功能材料还具有其他许多应用潜力。例如，在能源领域，梯度功能材料可以用于提高储能设备的性能，如电池和超级电容器。在环境领域，梯度功能材料可以用于制造高效的吸附材料，以去除有害气体和废水中的污染物等。
总而言之，梯度功能材料的出现为各领域的科研和工程应用带来了许多机会。它的独特性能可以被广泛地应用于力学、热传导、生物医学、能源、环境等领域，为材料科学和工程技术的发展提供了新的思路和方法。随着研究的深入和进一步的应用开发，相信梯度功能材料将发挥更加巨大的作用。
功能梯度材料 2
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。
功能梯度材料的概述
功能梯度材料的概述
摘要：功能梯度材料是一种新型复合材料，本文阐述功能梯度材料的概念，表征，制备方法及应用。
关键词：功能梯度材料(FGM) 概念 表征 性能 制备 前景
1 概述：
功能梯度材料（Functionally Graded Materials,简称FGM）是采用先进的材料复合技术, 使材料的组成、结构沿厚度方向呈梯度变化的一种新型的非均质复合材料。FGM的概念是由日本学者平井敏雄、新野正之等人于1987 年提出的为了解决在设计制造新一代航天飞机的热应力缓和问题的材料。在航天飞机推进系统并列喷气燃烧器或再用型火箭燃烧器中, 由于气体燃烧温度高达2000℃ , 燃烧室壁承受的热负荷可达100MW/m2, 因此用做燃烧室壁的材料对耐热性、隔热性、耐久性和强韧性有很高的要求。最初研究的FGM是表面使用温度达2000K、表里温度相差约1000K 的新型超耐热材。
2 表征:
2.1 基于梯度源的功能梯度材料表示方法
基于梯度源的功能梯度材料实体模型由香港大学的Y. K. Siu 和S. T. Tan,提出该模型将实体的几何元素 (如点、线、面)作为梯度源,记录该梯度源下的材料成分方程f ( d )及材料数组M, 其中, 材料成分方程f ( d)由各点到梯度源的垂直距离来记录实体内部材料分布情况.
2.2 基于力学性能和玻璃化转变温度的功能梯度材料表示方法
通 过均匀分散碳纳米填料制备FGM ,用玻璃化转变温度和应力与应变行为的梯度来表征这些材料。当油含量沿着薄层厚度从0 份变为100 份时,FGM 的玻璃化转变温度Tg从- 56 ℃变为- 80 ℃。油含量的变化也使拉伸强度、弹性模量、拉断伸长率等沿厚度发生变化。FGM 的机械性能和Tg 的这种变化有助于在过渡区的低温环境下(即- 56 ℃～80 ℃) 既保持弹性又具有强度。
3 制备方法:
3.1 电沉积法
功能梯度材料圆板的三维弹性分析
第２７卷第１期 振动与冲击
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＶＩＢＲＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＳＨＯＣＫ
功能梯度材料圆板的三维弹性分析
周凤玺 ，李世荣
（１．兰州理工大学土木工程学院，兰州７３００５０；２．兰州理工大学理学院，兰州７３００５０）
摘 要：基于线弹性理论的基本方程，选用两个位移分量和两个应力分量作为状态变量，利用状态空间法建立了
功能梯度材料轴对称圆板的三维状态方程。根据微分求积法，将状态方程在径向进行离散，考虑周边固支的边界条件，采
用打靶法数值求解了材料常数沿板厚按幂率变化的轴对称弯曲问题和自由振动问题，为求解功能梯度材料三维弹性响应
提供了一种方法。并且给出了功能梯度材料三维圆板的静动态响应受组分材料分布以及板厚径比变化的影响规律。
关键词：功能梯度材料；三维分析；状态空间法；微分求积法；打靶法；静力弯曲；自由振动
中图分类号：０３４３ 文献标识码：Ａ
功能梯度材料由于其优越的性能而引起了人们的
广泛关注，关于功能梯度材料圆板力学行为的研究，已
有大量的文献报道，Ｒｅｄｄｙ和Ｃｈｉｎ｜１ 采用一阶剪切理
论导出了功能梯度圆柱和板的热弹性耦合边值问题的
基本方程。Ｒｅｄｄｙ等 采用一阶剪切理论，研究了功能
梯度圆板的轴对称弯曲问题。Ｍａ等 基于ｖｏｎ Ｋａｒ－
ｍａｎ板理论，研究了热机载荷作用下，功能梯度圆板的
非线性弯曲和过屈曲行为。近年来，采用三维弹性理
论来研究功能梯度结构已取得了一些进展。陈伟球
等 ’ 采用三维弹性理论，通过引入位移函数和应力函
数精确地研究了横观各向同性功能梯度材料矩形板的
自由振动和热弹性分析；Ｒｅｄｄｙ等 采用三维理论分析
了功能梯度材料矩形板在热机载荷作用下的变形特
性，得到了渐进解；杨正光等 采用状态空间法，以三
个位移分量及位移分量的一阶导数为状态变量，研究
了材料常数沿板的厚度方向按照指数函数规律变化的
功能梯度材料矩形板的自由振动和静力弯曲。Ｃｈｅｎｇ
钨铜功能梯度材料中掺杂TiC和La2O3性能比较研究
第２５卷第５期 ２００７年１０月 粉末冶金技术 Ｐｏｗｄｅｒ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏ１．２５，Ｎｏ．５ Ｏｃｔ．２００７
钨铜功能梯度材料中掺杂ＴｉＣ和
Ｌａ２Ｏ３性能比较研究
张珂 沈卫平 葛昌纯
（北京科技大学材料学院核聚变材料研究中心，北京１０００８３）
摘 要： 采用超高压力通电烧结工艺制备了添加１％ＴｉＣ和１％Ｌａ２０３的Ｗ／Ｃｕ功能梯度材料（ＦＧＭｓ），分析
研究了其烧结性能、层间剪切强度及抗热冲击性能。此功能梯度材料孔隙度在６％左右；梯度层问剪切强度
从富ｗ侧向富ｃｕ侧逐步增高；在激光功率密度２００ＭＷ／ｍ２下，对此材料进行激光热冲击试验。冲击１ ０００
次，含１％ ０３钨一铜梯度材料表面没有损坏，而含１％ＴｉＣ钨一铜梯度材料表面出现裂纹。 关键词：Ｗ／Ｃｕ；ＦＧＭｓ；ＴｉＣ；Ｌａ２０３；层间剪切强度；抗热冲击性能
Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｗ／Ｃｕ ＦＧＭｓ ｄｏｐｉｎｇ ＴｉＣ ａｎｄ Ｌａ２ｏ３
Ｚｈａｎｇ Ｋｅ，Ｓｈｅｎ Ｗｅｉｐｉｎｇ，Ｇｅ Ｃｈａｎｇｅｈｕｎ （Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗ／Ｃｕ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｌｙ ｇｒａｄｅｄ ｍａｔｅｒｉａｌｓ（ＦＧＭｓ）ｄｏｐｉｎｇ １％Ｌａ２ ０３ ａｎｄ １％ＴｉＣ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｗｅｒｅ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ
ａ ｗａｙ ｏｆ ｇｒａｄｅｄ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ ｕｎｄｅｒ ｕｌｔｒａ—ｈｉｇｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ（ＧＳＵＨＰ）．Ｔｈｅｉｒ ｐ口｛ ＴＩ脚ｏｆ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ，ｓｈｅａｒｉｎｇ ｓｔｒｅｎｇｔｈ
ｂｅｔｗｅｅｎｌａｙｅｒｓ ａｎｄ ｔｈｅｒｍａｌ—ｓｈｏｃｋ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ ｈａｖｅ ｌｏｗ ｐｏｒｏｓｉｔｙ（ａｂｏｕｔ ６％）ａｎｄ ｇｏｏｄ
功能陶瓷材料研究进展综述
学界ｌ研究园地 功能陶瓷材料研究进展综述 林志伟 摘要：简单介绍了几种功能陶瓷材料的研究进展以及功能陶瓷材料今后的发展趋势。 关键词：功能陶瓷材料；研究进展；趋势 功能陶瓷是具有电、磁、声、光、热、力、化学或生物功能等 的介质材料。功能陶瓷材料种类繁多，用途广泛，主要包括铁 电、压电、介电、热释电、半导体、电光和磁性等功能各异的新型 陶瓷材料。它是电子信息、集成电路、移动通信、能源技术和国 防军工等现代高新技术领域的重要基础材料。随着现代新技术 的发展，功能陶瓷及其应用正向着高可靠、微型化、薄膜化、精 细化、多功能、智能化、集成化、高性能、高功能和复合结构方向 发展。 １ 四类功能陶瓷材料及其研究进展 利用陶瓷对声、光、电、磁、热等物理性能所具有的特殊功 能而制造的陶瓷材料称为功能陶瓷。功能陶瓷种类繁多，用途 各异。例如，根据陶瓷电学性质的差异可制成导电陶瓷、半导体 陶瓷、介电陶瓷、绝缘陶瓷等电子材料。 １．１导电陶瓷 导电陶瓷具有良好的导电性能，而且能耐高温，是磁流体 发电装置中集电极的关键材料。半导体陶瓷指采用陶瓷工艺成 型的多晶陶瓷材料。与单晶半导体不同的是，半导体陶瓷存在 大量晶界，晶粒的半导体化是在烧结工艺过程中完成的．因此具 有丰富的材料微结构状态和多样的工艺条件，特别适用于作为 敏感材料。除半导体晶界层陶瓷电容器外，目前已使用的敏感 材料，主要有热敏材料、电压敏材料、光敏材料、气敏材料、湿敏 材料等。如ＰＴＣ（ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｅｍｃｉｅｎｔ的缩写）材料在 国内无论是基础理论研究还是工业生产规模都有长足进步，其 应用范围已渗透到航天、航空、航海、无线通讯、有线通讯、电子 工业和民用电器等各个领域。而铬酸镧（Ｌａ—ＣｒＯ ）是一种钙钛 矿型（￣／ＢＯ ）复合氧化物，具有很高的熔点（２４９０℃），它在掺杂 Ｃａ、ｓｒ和Ｍｇ等二价碱土金属后具有很多特殊的性质。在高温 发热材料、固体氧化物燃料电池连接材料、催化剂、ＮＴＣ热敏电 阻等方面都得到广泛的应用，是一种很有前途的功能陶瓷材 料。高温超导陶瓷指相对金属而言具有较高超导温度的功能陶 瓷材料。从２０世纪８Ｏ年代对超导陶瓷的研究有重大突破以 来，对高温超导陶瓷材料的研究及应用就倍受关注。目前高温 超导材料的应用正朝着大电流应用、电子学应用、抗磁性等方 面发展。 １．２压电陶瓷 压电陶瓷的晶体结构上没有对称中心，因而具有压电效 应，即具有机械能与电能之间的转换和逆转换的功能。压电陶 瓷材料具有成本低、换能效率高、加工成型方便等优点，常用于 制作压电器材、滤波器、谐振器和变压器等。常用的压电元件： 传感器、气体点火器、报警器、音响设备、医疗诊断设备及通讯 等。通常的压电材料是ＰＺｒｆ．新型的压电陶瓷材料主要有高灵 敏、高稳定压电陶瓷材料，电致伸缩陶瓷材料、热释电陶瓷材料 等。压电陶瓷作为电、力、热、光敏感材料，在超声换能、传感器、 无损检测和通讯技术等领域已获得了广泛的应用。 １．３纳米功能陶瓷 纳米功能陶瓷是指通过有效的分散、复合而使异质相纳米 颗粒均匀、弥散地保留于陶瓷基质结构中而得到的复合材料， 当其具有某种特殊功能时便称之为纳米功能陶瓷。纳米功能陶 瓷的性能是和其特殊的微观结构相对应的，它的性能不仅取决 于纳米材料本身的特性，还取决于纳米材料的物质结构和显微 结构。 广东科技２０１０．７总第２４１期 张锐等人采用多模微波烧结系统和常压烧结，对Ａ１，Ｏ 一 ＺｒＯ，复合陶瓷材料（ＺＴＡ）的基本性能进行研究，发现与常压烧 结相比，微波烧结可以提高ｚ Ｔ Ａ纳米功能陶瓷的密度、强度 和韧性，使其结构均匀，耐磨性得到提高。在常压烧结的样品 中，存在着异常长大的颗粒和一定的气孔，且颗粒分布得不均 匀，而微波烧结的样品中，晶粒较小，且分布得均匀。 １．４光催化功能陶瓷 先制备钛酸溶胶和掺入Ｆｅ＊的钛酸溶胶，用溶胶一凝胶法分 别将它们负载于炻器管和矩形蜂窝陶体上，再用程序升温法煅 烧得到纳米ＴｉＯ，光催化功能陶瓷。经扫描电镜（ＳＥＭ）测定炻器 载体上负载的光催化膜厚度为３００～４００ｎｍ，ＴｉＯ，的粒径为１５ ２０ｎｍ。将光催化炻器管用于模拟苯酚废水和某地表水的处理试 验，在紫外光强一定、流速为４０ｍｌ／ｍｉｎ条件下的结果表明无论 掺Ｆｅ３＋与否的ＴｉＯ 光催化炻器管都有净化效果。其中以掺Ｆｅ３＋ 最好，苯酚去除率为７０．３％，灭菌率亦能达到９９．５％。将光催化 蜂窝陶瓷体用于净化空气试验时，在紫外光强、循环风量一定 的条件下，其净化效果也是以掺Ｆｅ３＋的ＴｉＯ，最好。 ２功能陶瓷发展的趋势 当前功能陶瓷发展的趋势可以归纳为以下几个特点：复合 化，多功能化，低维化，智能化和设计、材料、工艺一体化。单～ 材料的特性和功能往往难以满足新技术对材料综合性能的要 求，材料复合化技术可以通过加和效应与耦合乘积效应开发出 原材料并不存在的新的功能效应，或获得远高于单一材料的综 合功能效应。最近提出的梯度功能材料也可看作一类特殊的复 合材料。功能性与结构性结合的材料，或者具有多种良好功能 性的材料，为提高产品的性能和可靠性，促使产品向薄、轻、小 发展等方面提供了基础。当材料的特征尺寸小到纳米级，由于 量子效应和表面效应十分显著，可能产生独特的电、磁、光、热 等物理和化学特性，功能陶瓷进入纳米技术领域是研究的热点 之一，如铁电薄膜和超细粉体的制备等。智能材料是功能陶瓷 发展的更高阶段，它是人类社会的需求和现代科学技术发展的 必然结果。 参考文献： …１李龙土．功能陶瓷材料及其应用研究进展［Ｊ］．硅酸盐通报，２００５， （０５）． 【２】徐梅花．新型功能陶瓷材料研究及发展 ．西部探矿工程，２００７， （１２）． ［３］李龙土．功能陶瓷材料及应用研究新进展［Ｊ】．建材发展导向， ２００３，（Ｏ５）． ［４】时刻，黄英，廖梓．中国陶瓷．２００５，４１（０１） ［５】张锐，高濂．微波烧结和常压烧结对Ａ１２０ 一ＺｒＯ 陶瓷磨损行为的影 响．无机材料学报，２００２，１７（３）：６２１～６２６ ［６］孔德双，谷昌军，孔令仁．光催化功能陶瓷的研制『Ｊ］．中国陶瓷， ２００８，（Ｏ３）． ［７］董显林．功能陶瓷研究进展与发展趋势【Ｊ］．中国科学院院刊， ２００３，（０６）． （作者单位：广东新粤建材有限公司）
梯度功能材料的梯度设计与应力分析
梯度功能材料的梯度设计与应力分析
邓子玉;陈丽婷
【摘 要】采用有限元分析软件,对316L/ZrO2层状复合材料和不同层数的梯度功能材料进行了热应力和拉应力分析,为实验制备316L/ZrO2梯度功能材料确定了最佳梯度层数.结果表明:热工作时温度在梯度功能材料内部是逐层过渡的;梯度功能材料有良好的应力缓和能力;随着层数的增加,热应力缓和能力和抗拉伸能力越来越强,当层数增至五层时,材料内部产生的拉应力不再递减,稍有增加,经综合分析确定了材料的最佳梯度层数为四层.
【期刊名称】《沈阳理工大学学报》
【年(卷),期】2016(035)005
【总页数】6页(P73-77,90)
【关键词】功能梯度材料;热应力;拉应力
【作 者】邓子玉;陈丽婷
【作者单位】沈阳理工大学材料科学与工程学院,沈阳110159;沈阳理工大学材料科学与工程学院,沈阳110159
【正文语种】中 文
【中图分类】TB33
功能梯度材料(Functionally Graded Materials，简称FGM)，它是一种成分和组织沿材料内部一定方向为梯度变化，从而使材料性能也梯度变化的一种新型复合材料。不同于以往的层状复合材料，FGM在结构和性能上都呈梯度变化，无成分和性能的突变[1-2]。
材料两侧存在温差时，材料内部将产生较大的热应力，均一耐热材料已不能满足此要求[3]。目前广泛使用的隔热性耐热材料由于存在明显的相界面，两相的膨胀系数不同，导致材料内部产生巨大的热应力，这势必影响材料的使用性能。而功能梯度材料(FGM)解决了复合材料的界面应力问题，同时又保持了材料的复合特性，在工程材料中应用广泛[4-5]。目前功能梯度材料的热应力分析方法很多，多采用将功能梯度材料视为若干层均匀厚度材料的结合方法[6]。本文按照Wakashima指数分布函数模型设计梯度材料层的厚度，利用ABAQUS有限元分析软件对不同梯度层数的材料进行热应力分析，并对比热缓和能力。为了综合分析，本文又对功能梯度材料进行了拉应力有限元分析。通过有限元分析法为实验制备总厚为1.4mm的316L/ ZrO2梯度功能材料进行梯度设计，确定最佳梯度层数。