功能梯度金属陶瓷特性

1、兼有陶瓷的耐热性、.耐磨性，同时兼有金属的机械韧性；

2、组分与结构的连续变化消除了陶瓷与金属之间的宏观热应力界面，缓和了材料内部的热应力；

3、材料的组分分布可按具体使用条件进行优化设计；

4、能充分发挥各组分原料的性能；

5、可供利用的原材料、结构控制技术种类较多，可根据部件的结构和具体使用条件加以选择。

消除了由于金属和陶瓷物性参数的巨大差异而在材料内部产生的热应力界面，达到缓和热应力的目的。例如，金属陶瓷功能梯度材料板，其一侧为纯金属，另一侧为纯陶瓷，沿着板厚方向，陶瓷相的相对组分比从0到1连续变化，其微观结构由陶瓷颗粒分散在金属基体中的弥散结构变化为金属颗粒分散在陶瓷基体中的弥散结构，中间组分的微观结构为渗流结构。因而，金属陶瓷功能梯度材料在其陶瓷一侧具有良好的耐热性、耐腐蚀性和耐磨性，而在其金属一侧则有良好的导电性和机械强度，从而使金属陶瓷梯度材料不仅能承受高温和巨大的机械负荷，而且还能在频繁的热冲击与温差负荷下长期工作。

功能梯度材料（Functionally Gradient Materials ，简称FGM）是1986年由日本仙台的几位科学家提出的，它是一种组分、结构、物性参数都呈连续变化或阶梯变化的高性能材料。对于金属陶瓷而言，由于其微观结构沿某一个或某几个特定方向呈连续性变化，从而其机械性能和热力学性质沿这些特定的方向逐渐变化。

采用电场激活和压力辅助烧结（Field-actived and Press-assistedSynthesis，FAPAS） 先进工艺制备的金属陶瓷功能梯度材料，由多层化学成分和物理性能渐变的陶瓷和金属材料层状复合结构组成。表层陶瓷材料为硼化钛、碳化钛、氮化硅、氨化硼、氧化锆和氧化铝等单相陶瓷或复合陶瓷，底层金属材料为合金钢、镍合金、钛合金、铜合金等金属材料，中间层为不同比例递变的金属陶瓷复合材料。制备工艺采用机械合金化、重力叠层法和FAPAS法高温高压燃烧合成等先进技术。适用于高温、高冲击、辐射和腐蚀等极端工矿条件下的机械设备及高速切削刀具。

为满足现代科技和国防武器热防护材料结构的需要，在工程中人们开始采用功能梯度材料。功能梯度材料是根据特殊的服役环境要求，使两种不同的物理和力学性能的材料复合在一起，材料中间的组分呈连续梯度变化，消除明显的材料界面，从而优化材料使用和充分利用不同材料的物理性能和强度旧功能梯度材料中不可避免地会存在空隙和渗进杂质等，在其使用过程中空隙和杂质将会引起各种损伤现象，损伤积累到一定程度就会造成材料性能急剧下降影响功能梯度材料的强度与可靠性。现有针对新型复合材料的无损检测方法基本上沿用以往金属材料的检测方法，以超声波法和声阻抗法等为主．从实际情况看，将此类方法用于对复合材料的检测并不理想，存在可检测损伤类型少、检出率低、检测速度慢、检测结果不能存储、定量分析困难等不足。由于复合材料与金属材料在物理性能、力学性能、结构特点和制造工艺等方面的较大差异，所以用现有的金属无损检测方法并不能完全解决复合材料及结构件的损伤检测问题。

前言

第1篇 梯度功能材料力学

一 绪论

1 梯度功能材料力学研究概况

2 梯度功能力学的研究任务及研究方法

2.1 FGM的一般力学理论

2.2 非均质、各向异性、反对称层合板结构热弯曲问题

2.3 求解悬臂板弯曲问题的各种形式的康托洛维奇方法

3 FGM宏细观复合结构的概念

……

二 非均质、各向异性梯度功能材料结构三维热弹性本构理论

1 非均质、各向异性FGM复合结构的三维热弹性本构方程

2 FGM弹性系数的细观力学分析

3 三维FGM结构层间力学模型与应力研究

……

三 梯度功能材料层梁受机械/热载作用的优化分析理论

1 FGM层梁的分层剪切理论

2 FGM层梁数值分析与优化

3 FGM悬臂梁的弹性性能与应力分析

……

第2篇 梯度功能结构力学

四 梯度功能复合结构的广义当量反对称理论

1 FGM复合结构的分析

2 FGM广义当量反对称结构新概念的提出与分析

3 FGM结构弯曲弹性特性与本构弹性特性对应关系

……

附录A 梯度因子系数

附录B 梯度单层位移

……

外国专家人名译名对照表

索引