复合材料复合材料新技术.ppt

复合材料新技术
复合材料复合材料新技术
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
复合材料复合材料新技术
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。
复合材料复合材料新技术
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。
复合材料复合材料新技术
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。
复合材料复合材料新技术
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。
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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
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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。
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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。
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FGM的特性评价
由于其性能沿厚度方向变化及功能的多样性，很难采用传统的测试方法来评价其性能。因此需要建立准确评价FGM特性的一整套标准化试验方法，并将有关测试结果及时反馈回材料设计部门建立FGM特性数据库。
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