梯度复合材料.pptx

梯度功能复合材料有志者,事竟成,破釜沉舟,百二秦关终属楚;苦心人,天不负,卧薪尝胆,三千越甲可吞吴。梯度功能复合材料人造梯度功能材料并不是新事物。越王勾践剑深埋地下2400多年,1965年出土时依旧寒光逼人,锋利无比。1977年12月,复旦大学与中科院等对剑进行了无损检测。发现其主要成分是铜、锡及少量的铝、铁、镍、硫。剑的各个部位铜和锡的比例不一。剑脊含铜较多,韧性好,不易折断;刃部含锡高,硬度大,使剑非常锋利;花纹处含硫高,硫化铜可防锈蚀,形成了良好的成分梯度。梯度功能材料早就出现在自然界中。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FGM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。梯度功能复合材料竹子竹节中纤维素含量变化梯度功能复合材料一、产生背景二、概念三、设计过程四、制备工艺五、发展方向六、应用梯度功能复合材料——产生背景人类很早就认识到非均匀材料广泛存在于自然界中,如岩石、竹子、牙齿、骨骼等生命或非生命物体,并且其中一些的应用已有数千年的历史。20世纪80年代以来,随着航空航天工业的发展,材料的隔热成了最大的问题,特殊的服役环境致使一般的匀质材料面临着高温和大的温度梯度的挑战,即使足采用陶瓷或金属复合材料,由于两者的热膨胀系数的差异,在高温使用时也会产生巨大的热应力,导致在材料表层出现剥落或龟裂,使材料失效。梯度功能复合材料——产生背景针对这种情况,日本科学家于1987年首先提出了FGM的概念。下图为FGM的示意图。FGM的主要优势体现在可以连接2种不相容的材料,提高粘结强度,减小不同材料之间的残余应力和裂纹驱动力,消除不同材料界面的交叉点。梯度功能复合材料——概念梯度功能材料(FGM)是两种或多种材料复合成组分和结构呈连续梯度变化的一种新型复合材料;它要求功能、性能随内部位置的变化而变化,实现功能梯度的材料。★FGM,又称倾斜功能复合材料。梯度功能复合材料——概念★材料显著特征:⑴组分结构及物性参数都呈连续变化;⑵同一件材料的两侧具有不同性质或功能,且能完美结合;⑶在苛刻的使用条件下性能匹配而不发生破坏。梯度功能复合材料——概念金属/陶瓷金属/非金属陶瓷/陶瓷非金属/塑料陶瓷/非金属金属/金属梯度功能材料①组合方式上分梯度功能复合材料——概念②、组成变化上分:(1)梯度功能整体型(从一侧到另一侧组成梯度变化)(2)梯度功能涂履型(涂层的组成梯度变化)(3)梯度功能连接型(粘接接缝的组成梯度变化)③、功能上分:(1)热防护梯度功能材料(2)折射率梯度功能材料