[科普中国]-功能梯度金属陶瓷

功能梯度金属陶瓷，其微观结构沿某一个或某几个特定得方向呈连续性变化，从而使其机械性能和热力学性质沿这些特定的方向逐渐变化。

简介功能梯度材料（Functionally Gradient Materials ，简称FGM）是1986年由日本仙台的几位科学家提出的，它是一种组分、结构、物性参数都呈连续变化或阶梯变化的高性能材料。对于金属陶瓷而言，由于其微观结构沿某一个或某几个特定方向呈连续性变化，从而其机械性能和热力学性质沿这些特定的方向逐渐变化。

目的消除了由于金属和陶瓷物性参数的巨大差异而在材料内部产生的热应力界面，达到缓和热应力的目的。例如，金属陶瓷功能梯度材料板，其一侧为纯金属，另一侧为纯陶瓷，沿着板厚方向，陶瓷相的相对组分比从0到1连续变化，其微观结构由陶瓷颗粒分散在金属基体中的弥散结构变化为金属颗粒分散在陶瓷基体中的弥散结构，中间组分的微观结构为渗流结构。因而，金属陶瓷功能梯度材料在其陶瓷一侧具有良好的耐热性、耐腐蚀性和耐磨性，而在其金属一侧则有良好的导电性和机械强度，从而使金属陶瓷梯度材料不仅能承受高温和巨大的机械负荷，而且还能在频繁的热冲击与温差负荷下长期工作。

特性1、兼有陶瓷的耐热性、.耐磨性，同时兼有金属的机械韧性；

2、组分与结构的连续变化消除了陶瓷与金属之间的宏观热应力界面，缓和了材料内部的热应力；

3、材料的组分分布可按具体使用条件进行优化设计；

4、能充分发挥各组分原料的性能；

5、可供利用的原材料、结构控制技术种类较多，可根据部件的结构和具体使用条件加以选择。

应用采用电场激活和压力辅助烧结（Field-actived and Press-assistedSynthesis，FAPAS） 先进工艺制备的金属陶瓷功能梯度材料，由多层化学成分和物理性能渐变的陶瓷和金属材料层状复合结构组成。表层陶瓷材料为硼化钛、碳化钛、氮化硅、氨化硼、氧化锆和氧化铝等单相陶瓷或复合陶瓷，底层金属材料为合金钢、镍合金、钛合金、铜合金等金属材料，中间层为不同比例递变的金属陶瓷复合材料。制备工艺采用机械合金化、重力叠层法和FAPAS法高温高压燃烧合成等先进技术。适用于高温、高冲击、辐射和腐蚀等极端工矿条件下的机械设备及高速切削刀具。1

本词条内容贡献者为:

杨明 - 副教授 - 西南大学