[科普中国]-梯度复合材料

梯度复合材料是指采用先进的材料复合技术、通过控制构成材料的要素(组成、结构等)由一侧向另一侧呈连续梯度变化的非均质材料。

简介采用先进的材料复合 技术、通过控制构成材料的要素(组成、结构等)由一侧向另一侧呈连续梯度变化的非均质材料。其内部可达到界面消失，性质和功能相应于组成和结构的变化而呈现梯度变化，可减小和克服结合部位的性能不匹配因素。

制备方法其制备方法有相分布 控制和粒子排列技术两大类，包括物理真空镀膜、化学气相沉 积、粒子排列烧结、等离子喷镀、薄膜叠层和自蔓延高温合成法等1。

材料提出因素该种材料是针对超耐热材料而提出的。隔热性耐热材料是在耐热金属表面涂覆一层耐高温陶瓷，在高温下由于二者热膨胀系数的差异很大而在界面处产生很大的热应力，该应力可能导致二者剥离破坏。在二者之间通过连续控制内部组成和微细结构的变化，消除两者间界面，缓和热应力，使整体材料耐热性和机械性能均得到提高。

应用该种材料在核能、电子、光学、化学、电磁学、生物医学以至日常生活领都有着一定的潜在应用前景。

梯度材料梯度材料，严格意义上讲，应该称作“梯度功能复合材料”（简称FGM），又称倾斜功能材料。 古人很早就根据这种思路来炼铁，在日本出土的一把剑刃上，我们可以看到剑锋、刃部和主体的颜色是不同的，这说明它们的成分也是不同的。大自然早就把这个概念引入生物组织中了，例如，动物的骨头就是一种梯度结构，外部坚韧，内部疏松多孔。厨房使用的一把菜刀刀刃部需要硬度高的材料，而其他部位的材料则应该具有高强度和韧性。

梯度功能材料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还缺乏这种功能2。

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。

粉末冶金法将金属、陶瓷等粉末按一定梯度分布直接填充到模具中加压烧结；也可将不同组分粉末压成薄膜/片后进行叠层烧结。控制各组分混合比，使压后的粉坯梯度层间任一组分浓度变化较小，梯度层间接合紧密。调节粉末粒度分布和烧结工艺，可得良好热应力缓和的梯度功能材料3。

本词条内容贡献者为:

邱学农 - 副教授 - 济南大学