梯功能材料学习.pptx

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1、1主要内容主要内容梯度功能材料的介绍梯度功能材料的介绍梯度功能材料的特点及分类梯度功能材料的特点及分类梯度功能材料的研究方法梯度功能材料的研究方法梯度功能材料的应用梯度功能材料的应用第1页/共49页2一、梯度功能材料的介绍一、梯度功能材料的介绍梯度功能材料梯度功能材料(FunctionallyGradedMaterials,简称简称FGM)的提出是由于的提出是由于航空航天技术的发展航空航天技术的发展而提出的新概念。而提出的新概念。航天飞机在大气层中长时间飞行航天飞机在大气层中长时间飞行,机头尖端和发动机燃烧室内壁的温度高达机头尖端和发动机燃烧室内壁的温度高达2100K以上以上,当用液氮对其进行

2、冷却时，内外表面温差在当用液氮对其进行冷却时，内外表面温差在1000以上。因此以上。因此材料须承材料须承受很大的高温及内外的温度差受很大的高温及内外的温度差。第2页/共49页3哥哥伦伦比比亚亚号号航航天天飞飞机机失失事事第3页/共49页4外部燃料箱表面脱落的一块泡沫材料击中航天飞机左翼前缘的隔热材料。当航天飞机返回时，经过大气层，产生剧烈摩擦使温度高达摄氏1400度的空气在冲入左机翼后融化了内部结构，致使机翼和机体融化，导致了悲剧的发生。第4页/共49页5一、梯度功能材料的介绍一、梯度功能材料的介绍如果将陶瓷涂敷在耐高温金属的表面制成的复合材料。如果将陶瓷涂敷在耐高温金属的表面制成的复合材料。

3、存在明显的界面存在明显的界面,材料的热膨胀系数、导热率等性能发生突变。两侧的材料的热膨胀系数、导热率等性能发生突变。两侧的温差过大温差过大,界面处产生界面处产生很大的热应力很大的热应力,导致深层裂缝导致深层裂缝,剥落剥落,使材料失效。使材料失效。梯度功能材料发展梯度功能材料发展第5页/共49页6一、梯度功能材料的介绍一、梯度功能材料的介绍1984年年,日本学者首先提出了日本学者首先提出了FGM的概的概念念,其设计思想其设计思想：一是采用一是采用耐热性及隔热性的耐热性及隔热性的陶瓷材料陶瓷材料以适应几千度以适应几千度高温气体的环境高温气体的环境；二是采用二是采用热传导和机械强度高热传导和机械强度

4、高的的金属材料金属材料,通过控制材料的组成、组织和显通过控制材料的组成、组织和显微气孔率微气孔率,使之使之沿厚度方向连续变化沿厚度方向连续变化,即可得到陶瓷金属的即可得到陶瓷金属的FGM。第6页/共49页7越王勾践宝剑越王勾践宝剑春秋晚期越国青铜兵器春秋晚期越国青铜兵器出土于湖北江陵楚墓，出土于湖北江陵楚墓，深埋地深埋地下下24002400多年，多年，19651965年冬出土年冬出土时依旧时依旧寒光逼人，锋利无比寒光逼人，锋利无比。长长55.7厘米，剑刃锋芒犀利厘米，剑刃锋芒犀利锋能割断头发锋能割断头发 一、梯度功能材料的介绍第7页/共49页 主要成分是主要成分是铜、锡铜、锡及少量的铝、铁、镍

5、、硫。剑的及少量的铝、铁、镍、硫。剑的各个部位铜和锡的比例不一。各个部位铜和锡的比例不一。形成了良好的成分梯度。形成了良好的成分梯度。剑脊含铜较多，韧性好，不易折断；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；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。花纹处含硫高，硫化铜可防锈蚀。第8页/共49页9考工记考工记说：说：“金有六齐（金即铜，在化学上称铜锡合金为齐）：金有六齐（金即铜，在化学上称铜锡合金为齐）：六分其金，而锡居一，谓之钟鼎之齐；五分其金，而锡居一，谓之斧斤之齐；六分其金，而锡居一，谓之钟鼎之齐；五分其金，而锡居一，谓之斧斤之齐；四分其金，

6、而锡居一，谓之戈戟之齐；三分其金，而锡居一，谓之大刃之齐；四分其金，而锡居一，谓之戈戟之齐；三分其金，而锡居一，谓之大刃之齐；五分其金，而锡居二，谓之削杀矢之齐：金锡半，谓之鉴燧之齐。五分其金，而锡居二，谓之削杀矢之齐：金锡半，谓之鉴燧之齐。”吕氏春秋吕氏春秋类别类别说：说：“金柔锡柔，合两柔则为刚金柔锡柔，合两柔则为刚”。一、梯度功能材料的介绍一、梯度功能材料的介绍第9页/共49页10古代剑刃制造中的特殊技术古代剑刃制造中的特殊技术青铜剑剑身及剑锋由不同成分的青铜组成梯度材料梯梯度度材材料料古古已已有有之之古古代代剑剑刃刃截截面面图图一、梯度功能材料的介绍第10页/共49页11FGM最初的目

7、的是解决高性能航空航天飞行器对最初的目的是解决高性能航空航天飞行器对超高温材料超高温材料的需求，目前的需求，目前FGM的应用不再局限于航宇工的应用不再局限于航宇工业，已扩大到核能源、电子、光学、化学、生物医学工程等领域。业，已扩大到核能源、电子、光学、化学、生物医学工程等领域。一、梯度功能材料的介绍一、梯度功能材料的介绍第11页/共49页12梯度功能材料（梯度功能材料（FGM）是两种或多种材料复合成结构和组分呈是两种或多种材料复合成结构和组分呈连续梯度连续梯度变化变化的一种新型复合材料。的一种新型复合材料。指材料的组成和结构从材料的指材料的组成和结构从材料的某一方位向另一方位连续地变化某一方位

8、向另一方位连续地变化，使材料的性，使材料的性能和功能也呈现梯度变化的一种新型的能和功能也呈现梯度变化的一种新型的非均质功能复合材料非均质功能复合材料一、梯度功能材料的介绍一、梯度功能材料的介绍第12页/共49页13一、梯度功能材料的介绍一、梯度功能材料的介绍FGMFGM使热应力缓和使热应力缓和,材料内部材料内部无明显的界面。无明显的界面。第13页/共49页14二、梯度功能材料的特点及分类二、梯度功能材料的特点及分类功能梯度材料的功能梯度材料的主要特征：主要特征：材料的组分和结构呈连续梯度变化；材料的组分和结构呈连续梯度变化；材料的内部无明显界面；材料的内部无明显界面；材料的性质呈连续梯度变化。

9、材料的性质呈连续梯度变化。功能梯度材料的功能梯度材料的关键技术关键技术是控制界面的是控制界面的成分和组织连续变化成分和组织连续变化，使材料的，使材料的热应力大为缓和热应力大为缓和。第14页/共49页15二、梯度功能材料的特点及分类二、梯度功能材料的特点及分类从材料的组成方式看，分为金属从材料的组成方式看，分为金属/陶瓷、金属陶瓷、金属/非金属、陶瓷非金属、陶瓷/陶瓷、陶瓷陶瓷、陶瓷/非金属和非金属和非金属非金属/聚合物等多种结合方式。聚合物等多种结合方式。从组成变化可划分为：从组成变化可划分为：功能梯度整体型功能梯度整体型（组成呈梯度渐变的结构材料）（组成呈梯度渐变的结构材料）功能梯度涂覆型功

10、能梯度涂覆型（基体材料上形成组成渐变的涂层）（基体材料上形成组成渐变的涂层）功能梯度连接型功能梯度连接型（两个基体间的接缝呈梯度变化）（两个基体间的接缝呈梯度变化）第15页/共49页16二、梯度功能材料的特点及分类二、梯度功能材料的特点及分类目前最流行的目前最流行的TiAl2O3梯度材料梯度材料具有金属具有金属Ti的优良性能和的优良性能和Al2O3陶瓷的耐热、隔热、高强及高温抗氧化性陶瓷的耐热、隔热、高强及高温抗氧化性，由，由于中间成分的连续变化，消除了材料中的宏观界面，整体材料于中间成分的连续变化，消除了材料中的宏观界面，整体材料表现出良好的热表现出良好的热应力缓和特性应力缓和特性。在超高温

11、、大温差、高速热流冲击等苛刻环境条件下使用，在超高温、大温差、高速热流冲击等苛刻环境条件下使用，可望用做新一代航可望用做新一代航天飞机的机身、燃烧室内壁等以及涡轮发动机、高效燃气轮机等提供超高温耐天飞机的机身、燃烧室内壁等以及涡轮发动机、高效燃气轮机等提供超高温耐热材料。热材料。第16页/共49页17二、梯度功能材料的特点及分类二、梯度功能材料的特点及分类正在研究的梯度材料：正在研究的梯度材料：（1）密度梯度功能材料）密度梯度功能材料如在铁粉中加入不同比例的硬脂酸锌如在铁粉中加入不同比例的硬脂酸锌C36H70O4Zn，经过烧结后，硬脂酸锌分解，孔，经过烧结后，硬脂酸锌分解，孔隙率连续变化，形成

12、密度梯度材料。隙率连续变化，形成密度梯度材料。特点：特点：强度、硬度、耐磨性、耐蚀性随密度下降而减小，电阻率却很大。强度、硬度、耐磨性、耐蚀性随密度下降而减小，电阻率却很大。第17页/共49页18二、梯度功能材料的特点及分类二、梯度功能材料的特点及分类正在研究的梯度材料：正在研究的梯度材料：（2）梯度功能涂层：）梯度功能涂层：梯度外层被喷涂到预制的大块构件上梯度外层被喷涂到预制的大块构件上,优化过渡作用优化过渡作用,涂层保护构件其余部分涂层保护构件其余部分避免受避免受到构件外部恶劣的温度、腐蚀或磨损等条件的作用到构件外部恶劣的温度、腐蚀或磨损等条件的作用。FGM涂层制备的成本还相对较高涂层制备

13、的成本还相对较高,阻碍了其进一步的应用。发展可以工业化应用的阻碍了其进一步的应用。发展可以工业化应用的制备技术及其相关设备是当务之急。制备技术及其相关设备是当务之急。第18页/共49页19三、梯度功能材料的研究方法三、梯度功能材料的研究方法FGM的研究一般由的研究一般由材料设计、材料合成和材料特性评价材料设计、材料合成和材料特性评价三部分组成。三部分组成。第19页/共49页20材料设计材料设计FGM的设计：根据实际使用要求的设计：根据实际使用要求,对对材料的组成和结构梯度分布材料的组成和结构梯度分布进行设计。进行设计。FGM设计主要构成要素设计主要构成要素:1)确定结构形状确定结构形状,热力学

14、边界条件和成分分布函数热力学边界条件和成分分布函数;2)确定各种物性数据和复合材料热物性参数模型确定各种物性数据和复合材料热物性参数模型;3)采用适当的数学采用适当的数学力学计算方法力学计算方法,计算计算FGM的应力分布。的应力分布。三、梯度功能材料的研究方法三、梯度功能材料的研究方法第20页/共49页21材料合成材料合成（1）粉末冶金法）粉末冶金法制取金属或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为制取金属或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料原料，经过，经过成成形形和和烧结烧结，制造金属材料、复合以及各种类型制品的工艺技术。，制造金属材料、复合以及各种类型制品的工艺技

15、术。是先将金属、陶瓷、晶须等颗粒状原料按设计的梯度是先将金属、陶瓷、晶须等颗粒状原料按设计的梯度分布方式积层排列成型分布方式积层排列成型，经，经压实、烧结压实、烧结而成。而成。三、梯度功能材料的研究方法三、梯度功能材料的研究方法第21页/共49页22材料合成材料合成2.等离子喷涂法等离子喷涂法是将原料粉末送至等离子射流中是将原料粉末送至等离子射流中,用等离子所产生的用等离子所产生的高温、超高速热源高温、超高速热源，把原，把原料粉末以料粉末以熔融状态熔融状态喷射到基材表面上喷射到基材表面上形成涂层形成涂层.喷射过程中，通过喷射过程中，通过改变原料粉末的组分改变原料粉末的组分，调节，调节等离子射流

16、的温度和流速等离子射流的温度和流速，可以，可以在基材表面获得功能梯度涂层在基材表面获得功能梯度涂层特点：特点：沉积速率高、无需烧结沉积速率高、无需烧结三、梯度功能材料的研究方法三、梯度功能材料的研究方法第22页/共49页23材料合成材料合成3.自蔓延燃烧高温合成法自蔓延燃烧高温合成法(SHS)是通过加热原料粉末局部区域是通过加热原料粉末局部区域激发引燃反应激发引燃反应,反应放出的大量热量反应放出的大量热量依次诱发临近依次诱发临近层的化学反应层的化学反应,使反应自动持续的蔓延下去使反应自动持续的蔓延下去,利用反应热将粉末烧结成材利用反应热将粉末烧结成材.三、梯度功能材料的研究方法三、梯度功能材料

17、的研究方法第23页/共49页24材料合成材料合成3.自蔓延燃烧高温合成法自蔓延燃烧高温合成法(SHS)过程：过程：从成形体的一端点燃，反应自行从成形体的一端点燃，反应自行向另一端传播，形成梯度功能材料。向另一端传播，形成梯度功能材料。三、梯度功能材料的研究方法三、梯度功能材料的研究方法第24页/共49页25材料合成材料合成3.自蔓延燃烧高温合成法自蔓延燃烧高温合成法(SHS)其基础是其基础是组组元之间的化学反应为放热反应元之间的化学反应为放热反应，形成燃烧波能使化学反应自发地维持下，形成燃烧波能使化学反应自发地维持下去。去。特点：特点：制备过程简单、反应迅速且能耗少、产品纯度高、反应转化率高等

18、优点；制备过程简单、反应迅速且能耗少、产品纯度高、反应转化率高等优点；合合成产物孔隙率大以及反应过程速度快、温度高，致使陶瓷相的大小和形貌难以控成产物孔隙率大以及反应过程速度快、温度高，致使陶瓷相的大小和形貌难以控制等不足。制等不足。如果在材料制备过程中同时施加压力，则可以得到高密度的燃烧产品。如果在材料制备过程中同时施加压力，则可以得到高密度的燃烧产品。三、梯度功能材料的研究方法三、梯度功能材料的研究方法第25页/共49页26材料合成材料合成4.气相沉积法气相沉积法是根据沉积过程中沉积粒子的来源不同可以分为化学气相沉积法是根据沉积过程中沉积粒子的来源不同可以分为化学气相沉积法(CVD法法)和

19、物理气相沉积法和物理气相沉积法(PVD法法).三、梯度功能材料的研究方法三、梯度功能材料的研究方法第26页/共49页27材料合成材料合成CVD是将是将不同的气相均质源不同的气相均质源输送到反应器中进行均匀混合输送到反应器中进行均匀混合,在热基板上发生在热基板上发生化学反化学反应应并使反应产物沉积在基板上。并使反应产物沉积在基板上。通过控制反应通过控制反应气体的压力、组成及反应温度气体的压力、组成及反应温度,精确地控制材料的组成、结构和形态精确地控制材料的组成、结构和形态,并能使其组成、结构和形态从一种组分到另一种组分连续变化并能使其组成、结构和形态从一种组分到另一种组分连续变化三、梯度功能材料

20、的研究方法三、梯度功能材料的研究方法第27页/共49页28材料合成材料合成PVD是利用热蒸发、溅射、弧光放电等物理过程是利用热蒸发、溅射、弧光放电等物理过程,使使金属加热蒸发沉积在衬底上进行金属加热蒸发沉积在衬底上进行涂层涂层的方法；的方法；成分难以连续变化成分难以连续变化改进的改进的PVD方法，把反应气体通入金属蒸汽中，使金属反应生成金属化合物。通过方法，把反应气体通入金属蒸汽中，使金属反应生成金属化合物。通过控制气体组成和流量控制气体组成和流量,可以产生可以产生从金属到化合物的浓度梯度从金属到化合物的浓度梯度如调节如调节N2流量通过流量通过Ti蒸气制的蒸气制的Ti/TiN梯度材料梯度材料三

21、、梯度功能材料的研究方法三、梯度功能材料的研究方法第28页/共49页29材料合成材料合成5.激光熔覆法激光熔覆法是将预先设计好组分配比的混合粉末是将预先设计好组分配比的混合粉末A放置在基底放置在基底B上上,然后以然后以高功率的激光入高功率的激光入射射至至A并使之熔化并使之熔化,便会产生用便会产生用B合金化的合金化的A薄涂层薄涂层,并焊接到并焊接到B基底表面上基底表面上,形成第一包覆形成第一包覆层。层。改变注入粉末的组成配比改变注入粉末的组成配比,在上述覆层熔覆的同时注入在上述覆层熔覆的同时注入,在垂直覆层方向上形成组分的在垂直覆层方向上形成组分的变化。重复以上过程变化。重复以上过程,就可以获得

22、任意多层的梯度膜就可以获得任意多层的梯度膜三、梯度功能材料的研究方法三、梯度功能材料的研究方法第29页/共49页30材料合成材料合成 6.离心铸造法离心铸造法是利用是利用铸型旋转产生的离心力铸型旋转产生的离心力使溶液中使溶液中密度不同密度不同的增强体和基体合金分离至的增强体和基体合金分离至内层或外层内层或外层,使凝固后的成分组织使凝固后的成分组织呈现一种或多种成分梯度变化呈现一种或多种成分梯度变化的工艺方法的工艺方法.通过改变通过改变转速、颗粒大小、加工时间、温度和密度转速、颗粒大小、加工时间、温度和密度来控制成分的梯度分布来控制成分的梯度分布.三、梯度功能材料的研究方法三、梯度功能材料的研究

23、方法第30页/共49页31材料合成材料合成 7.电沉积法：低温下制备电沉积法：低温下制备FGM的化学方法。的化学方法。利用利用电镀的原理电镀的原理,将所选材料的悬浮液置于两电极间的外场中将所选材料的悬浮液置于两电极间的外场中,通过注入另一通过注入另一相的悬浮液使之混合相的悬浮液使之混合,并并通过控制镀液流速、电流密度或粒子浓度通过控制镀液流速、电流密度或粒子浓度得到得到FGM膜或材膜或材料料.电镀在电场的作用下，在电解质溶液（镀液）中由阳极和阴极构成回路，使溶液中的金属离子沉积到阴极镀件表面上的过程。三、梯度功能材料的研究方法三、梯度功能材料的研究方法第31页/共49页32材料合成总的研究趋势

24、是：材料合成总的研究趋势是：a.开发开发自动化程度高、操作简便的自动化程度高、操作简便的制备技术；制备技术；b.开发开发大尺寸和复杂形状大尺寸和复杂形状的的FGM制备技术；制备技术；c.开发开发精确控制梯度组成精确控制梯度组成的制备技术；的制备技术；d.深入研究各种先进的深入研究各种先进的制备工艺机理制备工艺机理，特别是其中的光、电、磁特性，特别是其中的光、电、磁特性三、梯度功能材料的研究方法三、梯度功能材料的研究方法第32页/共49页33特性评价特性评价FGM由于由于组成和性能组成和性能是是呈梯度变化呈梯度变化的，不能采用常规的测试方法来评价其性能。的，不能采用常规的测试方法来评价其性能。目

25、前对目前对FGM的特性没有统一尺度的特性没有统一尺度,日本、美国正致力于制订统一标准的研究。日本、美国正致力于制订统一标准的研究。FGM的评价方法主要集中在功能梯度材料的的评价方法主要集中在功能梯度材料的力学性能和耐热性能力学性能和耐热性能评价上。评价上。三、梯度功能材料的研究方法三、梯度功能材料的研究方法第33页/共49页34特性评价特性评价目前已开发出目前已开发出局部热应力试验评价局部热应力试验评价、热屏蔽性能评价热屏蔽性能评价和和热性能测定热性能测定、机械强度测定机械强度测定等四个方面。还停留在功能梯度材料试验测定等基础性的工作上。等四个方面。还停留在功能梯度材料试验测定等基础性的工作上

26、。功能梯度材料的特征评价涉及功能梯度材料的特征评价涉及热力学、流体力学、传热学、材料学热力学、流体力学、传热学、材料学等多学科。等多学科。三、梯度功能材料的研究方法三、梯度功能材料的研究方法第34页/共49页35特性评价特性评价热疲劳特性评价热疲劳特性评价可通过梯度材料在一定温度下热传导系数随热循环次数的变化来进可通过梯度材料在一定温度下热传导系数随热循环次数的变化来进行行隔热性能隔热性能是通过模拟实际环境进行试验是通过模拟实际环境进行试验,测定材料在不同热负荷下的导热系数来加以测定材料在不同热负荷下的导热系数来加以评价评价热冲击性能热冲击性能通常是通过激光加热法和声发射探测法共同来确定的通常

27、是通过激光加热法和声发射探测法共同来确定的超高温机械强度超高温机械强度的评价是在的评价是在2000K以上的温度下以上的温度下,测定梯度材料的破坏强度测定梯度材料的破坏强度,并建立并建立相应标准相应标准三、梯度功能材料的研究方法三、梯度功能材料的研究方法第35页/共49页36FGM的应用在的应用在机械工程中机械工程中的应用。主要应用于航天工业、核能源等领域。的应用。主要应用于航天工业、核能源等领域。能源，如热电转换装置，固体燃料电池、太阳能电池等。能源，如热电转换装置，固体燃料电池、太阳能电池等。在光电，电磁，以及生物相容性领域都有着潜在的应用在光电，电磁，以及生物相容性领域都有着潜在的应用四、

28、梯度功能材料的应用四、梯度功能材料的应用第36页/共49页37(1)耐热功能梯度材料耐热功能梯度材料功能梯度材料的主要应用领域。它以陶瓷功能梯度材料的主要应用领域。它以陶瓷金属组合为主。金属组合为主。航天飞机的应用航天飞机的应用效果：提高性能，耐热应力。效果：提高性能，耐热应力。功能梯度材料是未来航天发动机的理想材料。功能梯度材料是未来航天发动机的理想材料。四、梯度功能材料的应用四、梯度功能材料的应用第37页/共49页38四、梯度功能材料的应用四、梯度功能材料的应用第38页/共49页39(3)核核功能梯度材料核聚变反应容器用耐辐射性的材料核聚变反应容器用耐辐射性的材料陶瓷作为容器壁的内侧陶瓷作

29、为容器壁的内侧,用导热性好且强度高用导热性好且强度高的材料的材料金属作为外侧金属作为外侧,两层之间设置原子成分不同的两层之间设置原子成分不同的多层陶瓷多层陶瓷,并且两种材料的并且两种材料的接接合面处金属合面处金属陶瓷连续变化陶瓷连续变化。有助于减少界面热传导或热膨胀所产生的应力。有助于减少界面热传导或热膨胀所产生的应力。梯度组成：金属梯度组成：金属-耐射线陶瓷耐射线陶瓷四、梯度功能材料的应用四、梯度功能材料的应用第39页/共49页40(4)生物功能梯度材料天然生物材料几乎均具有梯度结构和梯度功能。天然生物材料几乎均具有梯度结构和梯度功能。如动植物的层片结构，竹子的纤维如动植物的层片结构，竹子的

30、纤维螺旋状结构，人骨的哑铃状螺旋状结构，人骨的哑铃状结构，皮肤的多层结构等，组织结构功能呈连续变化。结构，皮肤的多层结构等，组织结构功能呈连续变化。利用功能梯度材料的概念进行利用功能梯度材料的概念进行生物梯度材料的仿生研究，生物梯度材料的仿生研究，将开辟新的研究领域。将开辟新的研究领域。其特征是生物材料的构成要素（组成结构及结合形式）等呈梯度渐变，满足生物材其特征是生物材料的构成要素（组成结构及结合形式）等呈梯度渐变，满足生物材料在不同部位上有不同性能。料在不同部位上有不同性能。四、梯度功能材料的应用四、梯度功能材料的应用第40页/共49页41(4)生物功能梯度材料动物的牙齿、骨头、关节等都是

31、无机材料和有机材料的完美接合,重量轻、韧性好、硬度高。例如：梯度材料制成的牙齿,埋入生物体内部的部分由多孔质且和人体有良好的相容性的陶瓷组成,露出的外部是露出的外部是硬度高的陶瓷硬度高的陶瓷，为保持强度中心部分由，为保持强度中心部分由高韧性的陶瓷高韧性的陶瓷组成组成效果：效果：提高生物相容性和可靠性提高生物相容性和可靠性四、梯度功能材料的应用四、梯度功能材料的应用第41页/共49页42(5)化学工程功能梯度材料化学工程功能梯度材料主要用于化学工业中的高性能主要用于化学工业中的高性能分离膜和催化剂以及耐腐蚀的反应容器分离膜和催化剂以及耐腐蚀的反应容器。分离膜分离膜各种有机材料；各种有机材料；催化

32、剂催化剂金属金属-陶瓷；陶瓷；耐腐蚀设备耐腐蚀设备耐腐蚀材料耐腐蚀材料-耐高温材料耐高温材料四、梯度功能材料的应用四、梯度功能材料的应用第42页/共49页43第43页/共49页44四、梯度功能材料的应用四、梯度功能材料的应用第44页/共49页45五、梯度功能材料前景展望五、梯度功能材料前景展望存在的问题存在的问题1)尚需要研究和探索准确的尚需要研究和探索准确的材料模型和力学模型材料模型和力学模型;2)已制备的梯度材料体积小、结构简单已制备的梯度材料体积小、结构简单,还还不具有较多的实用价值不具有较多的实用价值;3)梯度功能材料特性评价研究的梯度功能材料特性评价研究的广度和深度还不够广度和深度还

33、不够,很多实际问题没有解决很多实际问题没有解决,在航在航空航天领域的应用模拟研究有待进一步提高空航天领域的应用模拟研究有待进一步提高;4)成本高成本高。第45页/共49页46结结语语从发展趋势来看，功能梯度材料的研究将从材料设计、材料制备、材料性能评从发展趋势来看，功能梯度材料的研究将从材料设计、材料制备、材料性能评价价3方面展开。方面展开。材料设计材料设计：将一些新的方法和技术如神经网络、智能算法等加以应用，设计理论将一些新的方法和技术如神经网络、智能算法等加以应用，设计理论会更完善；会更完善；制备技术制备技术：大规模和形状复杂的大规模和形状复杂的FGM制备技术亟待开发；制备技术亟待开发；性

34、能评价：性能评价：建立合适的评价标准，并应该进一步开发和完善评价的方法和设备。建立合适的评价标准，并应该进一步开发和完善评价的方法和设备。第46页/共49页47要求掌握要求掌握梯度功能材料（梯度功能材料（FGM）定义）定义两种或多种材料复合成结构和组分呈连续梯度变化的一种新型复合材两种或多种材料复合成结构和组分呈连续梯度变化的一种新型复合材料。料。梯度功能材料特点梯度功能材料特点材料的组分和结构呈连续梯度变化；材料的组分和结构呈连续梯度变化；材料的内部无明显界面；材料的内部无明显界面；材料的性质呈连续梯度变化。材料的性质呈连续梯度变化。第47页/共49页ThanksForYourAttention第48页/共49页49感谢您的观看。第49页/共49页