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淺析功能梯度材料的制備及應(yīng)用發(fā)展論文
1前言
功能梯度材料(Functionally Gradient Material簡稱FGM)是一種全新的非均勻復(fù)合材料，與一般宏觀均質(zhì)復(fù)合材料相比功能梯度材料從金屬到陶瓷無論是成分和顯微結(jié)構(gòu)在每一處都是有控制地連續(xù)變化的，因而功能梯度材料的熱力學(xué)及熱彈性性能均很大程度上優(yōu)于一般均質(zhì)復(fù)合材料。
2功能梯度材料產(chǎn)生背景及概念的提出
隨著當(dāng)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域?qū)Σ牧系囊笾鹉晟撸鼮橹髁鞯膯钨|(zhì)材料的性能和功能都難以滿足超高溫、超低溫和超高壓等特殊的環(huán)境條件的設(shè)計要求，這時將兩種或多種材料向結(jié)合從而達(dá)到性能和功能均呈連續(xù)梯度變化的要求的復(fù)合材料功能梯度材料應(yīng)運而生。
兩種不同性質(zhì)的材料構(gòu)成;其從結(jié)構(gòu)的一個表而到另一個表而組成是按一定規(guī)律連續(xù)變化的。
兩種材料均勻搭配，其性質(zhì)呈現(xiàn)均勻性，組分均質(zhì)過渡。其彈性模量、熱膨脹系數(shù)、熱傳導(dǎo)系數(shù)值基本穩(wěn)定。
材料的兩種組成基體存在明顯的異相突變界而，其兩側(cè)的物理性質(zhì)、化學(xué)性能具有很大的差距，當(dāng)料所承受的外界環(huán)境通常不均一時，高溫度載荷作用下層間易產(chǎn)生應(yīng)力集中，出現(xiàn)脫層現(xiàn)象。
兩種組分在其間的組成以及結(jié)構(gòu)連續(xù)呈梯度變化，結(jié)構(gòu)內(nèi)沒有明顯的分界界面，這就使得材料的性質(zhì)以及其物性參數(shù)均沿厚度方向也呈梯度變化，從而有效地緩解了熱應(yīng)力，即功能梯度材料。
3功能梯度材料的研究現(xiàn)狀
功能梯度材料通常應(yīng)用于可靠性和安全性都非常重要的領(lǐng)域，如航空航天與核反應(yīng)堆，因此為了保證其可靠度和安全性，功能梯度材料在熱荷載作用下熱應(yīng)力分布規(guī)律是一個很值得關(guān)注的研究方向。
沈惠中討論了功能梯度復(fù)合材料板殼結(jié)構(gòu)的彎曲、屈曲和震動問題。日建輝等人用混合數(shù)值法分析了功能梯度材料板中瞬態(tài)熱響應(yīng)問題。許楊建等人用分離變量法研究了初始和邊界不同恒溫時二維梯度板瞬態(tài)溫度場問題。Masoud Asgari等人用有限元法研究了有限長度的2D-FGM圓筒在沖擊荷載作用下的動力問題。A. Allahverdizadeh等人用攝動法和周期性分析法對功能梯度板進行非線性分和子。
4功能梯度材料的應(yīng)用范圍
(1)航空航天:主要用于航天飛機機體、發(fā)動機的燃燒室內(nèi)壁以及飛機隱形，具有承受超高溫、高溫沖擊、高溫疲勞以及熱應(yīng)力緩和吸聲等功能;
(2)機械工程:主要用于汽輪機的排氣門、軸承等承受超高溫部件，具有承受超高溫、強腐蝕、長期磨損的功能，具有極高強度、超強韌性好的特點。
(3)生物醫(yī)藥:主要用于人造骨骼、人造心臟、人造牙齒以及仿生物制品，而且和其他人造器官相比，其強度、模量、耐腐蝕性、耐疲勞性、耐磨性以及生物相容性均具有較高的優(yōu)勢;
(4)其他方而:能源工程、核工程及民用及建筑等單一均質(zhì)材料很難實現(xiàn)苛刻情況應(yīng)用。
結(jié)語
事實證明，功能梯度材料的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。迄今為}卜，不僅是在國內(nèi)，即便從世界角度來看，功能梯度材料的研究與發(fā)展仍然處于實驗階段。有許多問題需要人們在今后的實踐中逐一予以解決。但可以相信，通過眾多研究人員的不懈努力，在不久的將來，功能梯度材料的發(fā)展及其在各個領(lǐng)域的應(yīng)用和實踐必將產(chǎn)生難以估算的飛躍。
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