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梯度功能材料的材料合成-特性评价

来源:https://www.xiutupi.com 发布时间:2021-10-06热度:

自1984年日本学者提出FGM这一概念以来,梯度功能材料在制备方法、加工工艺、加工设备等方面的研究取得了较大进展,但是其表征技术的发展则相对滞后,这是因为现有的表征技术普遍都是针对均质材料发展而来的,而梯度功能材料是一种非均质材料。
因此,如何科学地表征材料的梯度结构以及评价因此而产生的渐变性能,成为该领域的研究难题。

纵观二十几年来各国研究者的研究,可以发现大多数学者都采用了顺序取样法,即沿制品梯度方向有规律地进行取样,通过考察所取系列样品的组分分布、微观形态和性能,来反映材料的组成、结构和性能在梯度方向上的变化趋势。

在表征技术方面,主要借助了形态观测、光谱学等方法分别对材料的表层和断面进行分析。
同时,对材料的力学性能、热性能、电学性能和光学性能等的测试也被用来间接表征试样的化学组成和微观结构等。
近年来,随着测试方法的不断改进,显微红外光谱、电子能谱等连续扫描技术被应用到梯度功能材料的表征中,从而给梯度功能材料的表征带来新的曙光。

FGM由于里梯度变化的组成和性能与传统材料具有很大的差异,因而不能采用常规的测试方法来评价其性能。
目前对FGM的特性没有统一标准,日本、美国正致力于制订统一标准的研究。
梯度功能材料的特性评价涉及热力学、流体力学、传热学、材料学等多门学科。
评价方法主要集中在梯度功能材料的力学性能和耐热性能上。

目前已开发出局部热应力试验评价、热屏蔽性能评价、热性能测定和机械强度测定等四个方面。
但这些评价技术还停留在梯度功能材料试验测定等基础性的工作上。

热疲劳特性评价可通过梯度材料在一定温度下的热传导系数随热循环次数的变化来进行。
隔热性能评价是通过模拟实际环境进行试验,测定材料在不同热负荷下的导热系数来加以评价。
热冲击性能评价通常是通过激光加热法和声发射探测法共同来确定的。
超高温机械强度评价是在2000 K以上的温度下,测定梯度材料的破坏强度,并建立相应标准。

例如,热防护梯度材料的特性评价的主要方法和内容如下:
①采用激光加热冲击法及声发射探测法,确定梯度功能材料的热冲击性能;
⑦在2000 K以上的环境中,测定其破坏强度,以考察其耐超高温机械强度;
⑦在2000 K高温条件下,通过模拟真实运行环境的风洞试验,考察其热疲劳机理和热疲劳寿命;
④通过高温落差基础试验和模拟实际环境下的隔热性能和耐久试验来评价其隔热性能;
⑤采用激光超声波等方法来评价性能;
⑤采用激光超声波等方法来评价

梯度功能材料的分类

由于梯度功能材料可以自由设计,所以其涉及的种类及应用领域很多,下面介绍两弟度功能材料,以便了解其研究的方法。

梯度功能材料的材料合成-特性评价第1张图

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