航天飛機燃燒沖壓式發(fā)動機燃燒室壁面，接觸數(shù)千度高溫氣體的一側(cè)使用耐熱性優(yōu)良的陶瓷，賦予材料耐熱性能，而接觸制冷材料冷卻氫的一側(cè)使用金屬材料，賦予材料熱導(dǎo)性和機械性能，在兩個界面之間，采用先進(jìn)的材料復(fù)合技術(shù)，通過控制金屬和陶瓷的相對組成和組織結(jié)構(gòu)，使其無界面地逐漸變化。從而使整個材料具有耐熱性好且機械強度高的新功能。

    概念提出

    功能梯度材料的概念是由日本材料學(xué)家新野正之、平井敏雄和渡邊龍三等提出的，功能梯度材料的研究開發(fā)最早始于1987年日本科學(xué)技術(shù)廳的一項“關(guān)于開發(fā)緩和熱應(yīng)力的功能梯度材料的基礎(chǔ)技術(shù)研究”。

    Segmented Functionally Graded Material

    所謂功能梯度材料是根據(jù)使用要求，選擇使用兩種不同性能的材料，采用先進(jìn)的材料復(fù)合技術(shù)，使中間的組成和結(jié)構(gòu)連續(xù)呈梯度變化，內(nèi)部不存在明顯的截面，從而使材料的性質(zhì)和功能沿厚度方向也呈梯度變化的一種新型復(fù)合材料。

    制備與評價

    功能梯度材料的制備方法較多，目前主要使用的有粉末冶金法、等離子噴涂法、自蔓延燃燒高溫合成法、氣相沉積法、電沉積法、激光熔覆法和離心鑄造法等。

    梯度功能材料性能評價是將經(jīng)材料設(shè)計和制備所制得的梯度材料在模擬的實際使用環(huán)境條件下，測定其各種性能，判斷其是否滿足使用要求，并將評價結(jié)果反饋到材料設(shè)計和材料制備中的綜合技術(shù)。由于梯度材料的組成和性能是呈梯度變化的，不能采用常規(guī)的測試手段來評價其性能，目前國內(nèi)外尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。一般來講，功能梯度材料的性能評價包括熱應(yīng)力緩和特性評價、熱疲勞特性評價、隔熱性能評價、熱沖擊性能評價、超高溫機械強度評價和特殊功能性評價等。

    應(yīng)用現(xiàn)狀與前景展望

    功能梯度材料最初用于緩和熱應(yīng)力，應(yīng)用于高溫環(huán)境，特別適用于材料兩側(cè)溫差較大的環(huán)境，其耐熱性、再用性和可靠性是以往使用的陶瓷基復(fù)合材料無法比擬的，功能梯度材料通過金屬、陶瓷、塑料等無機物和有機物的巧妙組合，在航空航天、能源工程、生物醫(yī)學(xué)、電磁、核工程和光學(xué)等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。

    目前，對于FGM的研究仍基本處在基礎(chǔ)性研究階段，尤其是國內(nèi)具有針對性應(yīng)用目標(biāo)的研究還不多，未來的研究工作仍將圍繞材料設(shè)計、制備和特性評價等為中心展開。將梯度材料中的梯度概念推廣到其他研究領(lǐng)域，將FGM結(jié)構(gòu)和FGM化技術(shù)與智能材料系統(tǒng)有機地結(jié)合起來，將會給材料科學(xué)帶來一場新的革命。

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責(zé)任編輯：龐雪潔

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