梯度功能材料与复合电镀技术

<正>梯度功能材料是具有高性能的新型复合材料。材料正反两面功能和成分有较大差异,是一种功能从A材料缓慢过渡到B材料的非均质材料,其物理性质呈连续的梯度变化。例如制造航天飞机、运载火箭外壳,外表面要承受上千度的高温,内侧又要具有良好的力学强度和导热性,只有梯度功能材料可以满足这一要求。壳体外层为耐热陶瓷成分,内侧为金属成分,中间部分的结构和成分呈连续递变,其耐热性、力学强     

氧化锆基梯度功能材料的设计、制备与性能优化

以石墨为单相润滑剂,设计、制备了梯度层热膨胀系数呈连续变化的氧化锆基功能梯度材料,研究了结构参数与梯度材料力学性能的关系。结果表明:通过调节石墨在复合材料中的空间分布特征,可实现对材料内残余应力大小的调节,进而实现材料力学性能的优化。增大梯度层数和承载层厚度均有利于梯度材料力学性能的提高。梯度指数p为2.5时,材料具有最佳的抗弯强度,抗弯强度可达750 MPa。材料的梯度结构设计实现了陶瓷复合材料的结构/润滑功能一体化。     

组分梯度复合对水泥基材料力学性能的影响

利用梯度结构的概念提出了水泥基梯度功能材料的结构模型，初步研究了界面组分梯度分布和纤维梯度分布对混凝土，纤维增强混凝土和纤维增强砂浆力学性能的影响。结果表明：采用不同配比的分层配料，振动成型的方法，可以基本保证组分呈梯度连续变化；界面组分的梯度变化可以明显改善界面粘结而提高强度；纤维的梯度变化更符合受力状态，与纤维均匀分布相比，可以明显提高强度，并可以节约纤维用量。显示了水泥基梯度功能材料良好的发展前景。     

陶瓷材料新术语诠释(七)

功能性梯度材料FunctionallyGradientMaterials功能性梯度材料(FGM)是由两种或多种材料复合而成,其组成和结构呈连续梯度变化的一种新型复合材料。最早研究的功能梯度材料是折射率梯度材料,到1969年达到了实用水平。1987年日本平井敏雄等提出使金属和陶瓷复合得到热防护功能性梯度材料的概念。当时日本制订了以开发航天技术用热防护材料为目的的热应力功能梯度的研究计划,引起世界各国的普遍重视。我国在1980年后才开始功能性梯度材料的研究,有关项目均列入国家863计划及国家自然科学基金中,发展较快,进展颇大。一般的复合材料中,其分散…     

流延法制备ZrO2/不锈钢功能梯度材料

采用流延法制备了ZrO2/316L不锈钢功能梯度材料,利用成分分布函数设计梯度层厚度来减小各层间的残余应力,通过改变黏合剂添加量得到各梯度层中ZrO2的体积分数(φ)和黏合剂与混合粉体积比(M)的关系:M=1.029φ 1.652,并研究了烧结工艺对材料组织形貌的影响.结果表明:在真空无压条件下,1 350 ℃烧结可得到成分呈梯度变化,各梯度层界面结合良好的ZrO2/316L功能梯度材料.     

激光熔覆法纳米Fe3Al/Al2O3梯度涂层在钢板上的应用研究

利用激光熔覆法在45#钢板上制备了纳米Fe3Al/Al2O3梯度涂层。利用扫描电镜对涂层微观结构进行表征,用HDX-l000数字式显微硬度计测试梯度涂层的显微硬度,用MM200磨损实验机进行干滑动磨损试验,用焊点热电偶法测试涂层材料的热障性能,进行抗热震试验以反映和表征梯度涂层材料的界面结合强度和耐久性。实验结果表明:所制得梯度材料的组成、结构和性能均呈梯度变化,硬度、耐磨性、热障性能、耐氧化腐蚀性能均有显著提高,具备涂层材料的功能优势,梯度涂层材料抗热震性优良,提高了涂层结合强度,从而可保障功能梯度材料作为工程材料的可靠性和耐久性。     

耐磨镍磷功能梯度镀层的制备方法

本发明公开了一种耐磨镍磷功能梯度镀层的制备方法。利用梯度材料的设计思路,采用单槽电镀法,通过逐渐加大电流密度和控制相应的沉积时间可以制备出磷含量呈明显梯度变化的镍．磷合金功能梯度镀层。其优点在于制备出的合金镀层所具有的磷含量梯度和热膨胀系数梯度分布可以有效地缓解镀层与底材由于热膨胀系数不匹配而造成的热应力问题。     

可加工硅碱钙石微晶玻璃/金属铜功能梯度材料

采用粉末冶金法经1000℃烧结制备了可加工硅碱钙石微晶玻璃/金属铜功能梯度复合材料(functionally gradient materials,FGM),其中金属含量(质量分数)为0,20%,40%,60%,80%和100%,呈非对称梯度变化.通过金相显微镜、扫描电镜、X射线电子能谱等分析了材料的微观结构和微区元素含量,用万能材料试验机测试了复合材料的弯曲强度.结果表明:硅碱钙石微晶玻璃/金属FGM的结构呈宏观不均匀且微观连续变化,微晶玻璃相与金属粉末相结合紧密,两相均相对独立,两者之间没有发生化学反应;随着金属粉末含量的增加,硅碱钙石微晶玻璃/金属功能梯度复合材料中各梯度层的热膨胀系数和力学性能逐渐变化.     

梯度功能材料的研究现状及发展

梯度功能材料的性能随其组成和结构的变化而缓慢变化,因而具有很高的应用价值。本文综述了梯度功能材料的设计、制备及性能评价方法,介绍了其应用及发展前景。     

通过聚合物掺混制造梯度功能材料

何谓梯度功能材料 ?从材料表面到其内部材料的组成和它的微观结构不是均一的 ,而是呈梯度分布 ,这样的材料就叫梯度功能材料。作为宇航用超耐热复合材料的金属—陶瓷 ,可以归于此类材料。用高分子聚合物作成梯度功能材料 ,对于减轻热应力、制作生物适应材料、粘接性可控材料等都具有重要意义。例如 ,把此种材料制成薄膜 ,可以使其一面具有压敏粘接性 ,而另一面没有粘接性 ,这样就有可能作成无载体压敏胶膜了。这种功能呈梯度分布的现象 ,是学生在 1986年做实验时无意中发现的。在东京农工大秋山三郎研究室 ,学生们正做丙烯酸压敏胶与氟系聚…     

性能渐变材料原理及其应用于耐火材料的技术可能性

性能渐变材料（ＦＧＭ）是其组成（成分）从一个面到另一个面呈阶梯变化或连续变化，而其性能也随之渐逐变化的非均质复合材料。本文概述了ＦＧＭ的概念及其各种制备技术和技术关键；初步探讨了将ＦＧＭ原理应用于耐火材料的技术可能性；提出了开发性能渐变耐火材料（ＦＧＲ）的设想和值得注意的问题。     

组分连续变化的梯度材料的形成技术

概述了梯度材料的概念和研究的主要内容，着重阐述了梯度材料研究的核心问题－－组分连续的梯度材料的形成技术，分析了它们各自的特点，并预估共沉降法是最有希望成为制备组分连续的大型梯度构件的方法。     

热载荷下功能梯度材料梁的热弹性弯曲

假设FGM梁的材料组分沿厚度方向呈幂律形式变化,在平截面假设下,建立FGM弹性梁的数学模型及其简化Gurtin型变分原理.借助问题的Ritz解,讨论FGM梁在热栽荷作用下的变形和应力分布,发现热载荷下FGM梁的应力翻转现象.     

PSZ－Mo系梯度功能材料的热应力缓和设计与制备

对ＰＳＺ－Ｍｏ系梯度功能材料（ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｌｙｇｒａｄｉｅｎｔｍａｔｅｒｉａｌｓ简称ＦＧＭ）在制备过程中的热应力缓和性能进行了优化设计，用有限元方法解析了ＰＳＺ－Ｍｏ系两层叠层材料（即非梯度功能材料）在制备过程中的热应力分布情况。同时解析了ＰＳＺ－Ｍｏ系ＦＧＭ在制备过程中的热应力分布及缓和规律。揭示了ＰＳＺ－Ｍｏ系ＦＧＭ在制备过程中的热应力大小与组成分布形状指数Ｐ的关系，对所研究的体系通过热应力解析，得到制备中热应力缓和最佳时的Ｐ值，同时，对ＦＧＭ的制备工艺进行了研究，用粉末法分别制备出２４ｍｍ×５．６ｍｍ和３０ｍｍ×５ｍｍ完整的ＦＧＭ试样。     

Temperature and Stress Distributions in a Hollow Cylinder of Functionally Graded Material: The Case of Temperature-Independent Material Properties

We have presented a numerical technique for analyzing one-dimensional transient temperature distributions in a circular hollow cylinder that was composed of functionally graded ceramic–metal-based materials, without considering the temperature-dependent material properties. The functionally graded material (FGM) cylinder was assumed to be initially in a steady state of gradient temperature; the ceramic inner surface was exposed to high temperature, and the metallic outer surface, which was associated with its in-service performance, was exposed to low temperature. Then, the FGM cylinder was cooled rapidly on the ceramic surface of the cylinder, using a cold medium. The transient temperature and related thermal stresses in the FGM cylinder were analyzed numerically for a model of the mullite–molybdenum FGM system. The technique for analyzing the temperature distribution is quite simple and widely applicable for various boundary conditions of FGMs, in comparison with methods that have been proposed recently by other researchers.     

基于高承载能力的梯度功能材料设计

本文首次提出了梯度功能材料梁的等效抗弯刚度概念,并给出了其理论表达式。利用梯度功能材料梁的等效抗弯刚度概念可计算外载作用下FGM梁滑梯度方向的应力分布,从而可方便地评价FGM的承载能力。等效抗弯刚度的提出为高承载FGM等热应力缓和以外的梯度功能材料的组成分布和结构设计提供了一条新途径。     

The effect of adhesion on axisymmetric contact between a spherical punch and FGM coating

Abstract

This paper investigated the axisymmetric contact problem of a functionally graded material (FGM) coating by considering the adhesion effect. The Maugis–Dugdale adhesion theory is adopted to describe the adhesion effect between the contact bodies. The Hankel integral transform is applied to obtain the singular integral equations which represent the axisymmetric adhesive contact problem of FGM coating with exponential varying modulus. The impact of the adhesion parameter, gradient index of FGM coating and thickness of coating on the contact behaviour is presented by numerically solving the singular integral equations. The results provide a method to improve the contact deformation and damage by adjusting the gradient of the FGM coating.     

Development of functionally graded ZrB2–B4C composites for lightweight ultrahigh-temperature aerospace applications

In the present work, a lightweight three-layer ZrB₂–B₄C functionally graded composite material has been developed by spark plasma sintering route. The functionally graded material (FGM) is free from interlayer defects and displays a smooth transition between the individual layers. The composition of each layer was designed to reduce the overall density without sacrificing the functionality of the material. The density of the FGM is almost 40% lower than monolithic ZrB₂ and 24% lower than ZrB₂–30B₄C rendering it potentially very attractive for high-temperature aerospace applications. A detailed structural characterization of the FGM was carried out to evaluate the elemental distribution in the graded composite, as well as determine the spatial distribution of the crystalline phases. Vickers hardness was measured within each layer and in the interlayer regions to further evaluate the gradient structure and interlayer transitions. Longitudinal elastic constants of the FGM along the thickness and across the layers measured using ultrasound phase spectroscopy showed that despite the gradient structure, the FGM can be treated as a quasi-isotropic solid.     

MgO／Ni系梯度功能材料的设计与制备

对ＭｇＯ／Ｎｉ系梯度功能材料（ＦＧＭ），分别用实验和微观力学模型测定和计算了用于热应力缓和设计的各物性参数。讨论了两种结果之间存在差异的原因。用有限元方法模拟了制备过程中ＦＧＭ的热应力，得到ＭｇＯ／Ｎｉ系ＦＧＭ的综合设计准则。按设计结果进一步调整粉末工艺性质，成功地烧制出ＭｇＯ／Ｎｉ系ＦＧＭ。