功能梯度材料是一種采用多元化技術(shù)制造的新型材料,其特點(diǎn)是在材料的不同區(qū)域會(huì)具有不同的功能。這種材料在制造過(guò)程中,首先需要用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬計(jì)算,然后根據(jù)計(jì)算結(jié)果,在兩種不同材料的結(jié)合部分進(jìn)行加工,使它們的厚度、方向不斷發(fā)生改變,最終形成一種介于異質(zhì)材料和復(fù)合材料之間的新型材料。
目前,功能梯度材料主要采用熱脹系數(shù)不同的材料進(jìn)行生長(zhǎng),人為控制材料各個(gè)不同部位的熱脹系數(shù),從而獲得明顯的耐熱沖擊效果。例如,現(xiàn)在應(yīng)用的金屬陶瓷材料,盡管具有很多的優(yōu)點(diǎn),但是,在它的內(nèi)部應(yīng)力增大時(shí),會(huì)導(dǎo)致材料的破壞。若是使用同樣用金屬和陶瓷構(gòu)成的金屬陶瓷功能梯度材料,就會(huì)改變這種情況。因?yàn)�,在進(jìn)行材料合成的時(shí)候,首先要根據(jù)需要對(duì)應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算,做出能夠?yàn)榻鉀Q應(yīng)力問(wèn)題在金屬陶瓷間應(yīng)配置的組分變化方案,然后才通過(guò)控制生長(zhǎng)工藝制作適應(yīng)這種情況的材料。因此,材料在制出之前就已經(jīng)采取了解決這個(gè)難題的措施。
關(guān)于功能梯度材料的研究,世界上發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)紛紛起步,并取得了一定的成果。日本現(xiàn)已制成多種功能梯度材料。其中川崎重工業(yè)公司將絕緣材料氧化鋯和金屬材料鈦的結(jié)合面做成梯度結(jié)構(gòu),得到了氧化鋯-鈦合金系功能梯度材料。這種材料可以耐1600℃的高溫,比通常使用的鎳合金耐熱材料,在耐熱溫度上提高了200℃。該公司將把這種材料用于制造燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī),以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效能。另一家日本公司用濺射方法制成了鋁鈦系、鋁鋯系、鋁鉻系等非晶態(tài)合金功能梯度材料。這些材料與簡(jiǎn)單非晶態(tài)合金相比,不僅承受溫度和耐沖擊力有所提高,而且,硬度竟然提高了10倍,耐磨性也增強(qiáng)了幾倍,從而受到了人們的青睞。
事實(shí)證明,功能梯度材料的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。在空間技術(shù)上,它能夠成為制造航天飛機(jī)和火箭的重要材料。采用金屬陶瓷功能梯度材料,一面是金屬,一面是陶瓷,中間部分是從金屬到陶瓷逐漸變化的板材,可以兼具金屬材料和陶瓷材料的雙重特點(diǎn),既可以具有陶瓷的硬度和耐腐蝕、耐高溫的特性,同時(shí)還具有金屬的強(qiáng)度和韌性。用來(lái)制造火箭發(fā)動(dòng)機(jī),會(huì)使火箭性能有很大的提高。此外,功能梯度材料還可以在通信領(lǐng)域里制造低損耗的光導(dǎo)纖維;在原子能領(lǐng)域中作為抗輻射的核反應(yīng)堆用材料;并能夠在其它各個(gè)領(lǐng)域中作為極端條件下使用的材料。
目前從世界角度來(lái)看,功能梯度材料僅僅處于實(shí)驗(yàn)階段。有許多問(wèn)題需要人們?cè)诮窈蟮膶?shí)踐中逐一予以解決�?梢灶A(yù)計(jì),在不久的將來(lái),功能梯度材料的開發(fā)利用必將產(chǎn)生更大的飛躍。