功能材料梯功能材料PPT教案.pptx

《功能材料梯度材料》是一份专业课件，主要探讨了功能梯度材料（Functionally Graded Materials，简称FGM）的相关知识。该材料的概念由日本科学家在1987年提出，旨在满足高技术领域中对新型复合材料的需求，特别是在极端温度环境下的稳定工作。FGM是一种具有连续变化的机械、物理和化学特性的非均匀复合材料，它通过消除材料间的宏观界面来缓解热应力，从而提高材料的适应性和耐用性。 课程内容分为三个部分：功能梯度材料的概述、制备方法和应用。我们需要了解功能梯度材料产生的背景，它源于航空领域的需求，如神州号等航天器对耐高温材料的迫切需求。在不锈钢-陶瓷界面的例子中，我们可以看到成分的突变会导致应力集中，而成分的逐渐过渡则能显著降低这种应力，提高了材料的结合强度和耐久性。 在FGM的成分设计中，表层通常采用耐热抗氧化的陶瓷材料，内层则是金属材料，提供高热导率和机械强度。通过成分、结构和性能的梯度变化，能够有效地释放热应力。例如，航天飞机的绝热瓦就是应用这一原理的实例，其外部燃料箱需要承受极低温度的液氢和液氧，绝热瓦的梯度设计确保了温度变化下的结构稳定性。 功能梯度材料与传统的合金材料和复合材料有所不同，它的设计思想更注重实现特定功能的梯度变化，而非简单的混合或复合。FGM的特点在于其组分、结构和性能的连续梯度变化，以及内部没有明显的界面。此外，根据组合方式和组成变化，FGM可以分为多种类型，如金属/金属、金属/陶瓷、金属/非金属、陶瓷/陶瓷、陶瓷/非金属等。 在应用方面，功能梯度材料已被广泛用于航空航天、生物医学等领域。如越王勾践剑就是一个古代的FGM实例，剑的不同部位含有不同比例的铜和锡，以实现剑脊的韧性、刃部的硬度和花纹的防腐。同样，人体的长骨也是一种自然存在的功能梯度材料，由无机和有机物质组成，其组织结构在硬度和柔韧度之间达到平衡。 功能梯度材料是材料科学的重要分支，它结合了不同材料的优点，通过成分和性能的梯度变化实现了材料性能的优化，是解决极端环境条件下材料失效问题的有效途径。通过深入研究和开发，FGM将在未来的技术领域发挥更大的作用。