功能梯度金屬陶瓷

消除了由于金屬和陶瓷物性參數(shù)的巨大差異而在材料內(nèi)部產(chǎn)生的熱應(yīng)力界面，達(dá)到緩和熱應(yīng)力的目的。例如，金屬陶瓷功能梯度材料板，其一側(cè)為純金屬，另一側(cè)為純陶瓷，沿著板厚方向，陶瓷相的相對組分比從0到1連續(xù)變化，其微觀結(jié)構(gòu)由陶瓷顆粒分散在金屬基體中的彌散結(jié)構(gòu)變化為金屬顆粒分散在陶瓷基體中的彌散結(jié)構(gòu)，中間組分的微觀結(jié)構(gòu)為滲流結(jié)構(gòu)。因而，金屬陶瓷功能梯度材料在其陶瓷一側(cè)具有良好的耐熱性、耐腐蝕性和耐磨性，而在其金屬一側(cè)則有良好的導(dǎo)電性和機(jī)械強(qiáng)度，從而使金屬陶瓷梯度材料不僅能承受高溫和巨大的機(jī)械負(fù)荷，而且還能在頻繁的熱沖擊與溫差負(fù)荷下長期工作。

采用電場激活和壓力輔助燒結(jié)（Field-actived and Press-assistedSynthesis，F(xiàn)APAS） 先進(jìn)工藝制備的金屬陶瓷功能梯度材料，由多層化學(xué)成分和物理性能漸變的陶瓷和金屬材料層狀復(fù)合結(jié)構(gòu)組成。表層陶瓷材料為硼化鈦、碳化鈦、氮化硅、氨化硼、氧化鋯和氧化鋁等單相陶瓷或復(fù)合陶瓷，底層金屬材料為合金鋼、鎳合金、鈦合金、銅合金等金屬材料，中間層為不同比例遞變的金屬陶瓷復(fù)合材料。制備工藝采用機(jī)械合金化、重力疊層法和FAPAS法高溫高壓燃燒合成等先進(jìn)技術(shù)。適用于高溫、高沖擊、輻射和腐蝕等極端工礦條件下的機(jī)械設(shè)備及高速切削刀具。

功能梯度材料（Functionally Gradient Materials ，簡稱FGM）是1986年由日本仙臺的幾位科學(xué)家提出的，它是一種組分、結(jié)構(gòu)、物性參數(shù)都呈連續(xù)變化或階梯變化的高性能材料。對于金屬陶瓷而言，由于其微觀結(jié)構(gòu)沿某一個或某幾個特定方向呈連續(xù)性變化，從而其機(jī)械性能和熱力學(xué)性質(zhì)沿這些特定的方向逐漸變化。

1、兼有陶瓷的耐熱性、.耐磨性，同時兼有金屬的機(jī)械韌性；

2、組分與結(jié)構(gòu)的連續(xù)變化消除了陶瓷與金屬之間的宏觀熱應(yīng)力界面，緩和了材料內(nèi)部的熱應(yīng)力；

3、材料的組分分布可按具體使用條件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；

4、能充分發(fā)揮各組分原料的性能；

5、可供利用的原材料、結(jié)構(gòu)控制技術(shù)種類較多，可根據(jù)部件的結(jié)構(gòu)和具體使用條件加以選擇。

為滿足現(xiàn)代科技和國防武器熱防護(hù)材料結(jié)構(gòu)的需要，在工程中人們開始采用功能梯度材料。功能梯度材料是根據(jù)特殊的服役環(huán)境要求，使兩種不同的物理和力學(xué)性能的材料復(fù)合在一起，材料中間的組分呈連續(xù)梯度變化，消除明顯的材料界面，從而優(yōu)化材料使用和充分利用不同材料的物理性能和強(qiáng)度舊功能梯度材料中不可避免地會存在空隙和滲進(jìn)雜質(zhì)等，在其使用過程中空隙和雜質(zhì)將會引起各種損傷現(xiàn)象，損傷積累到一定程度就會造成材料性能急劇下降影響功能梯度材料的強(qiáng)度與可靠性?，F(xiàn)有針對新型復(fù)合材料的無損檢測方法基本上沿用以往金屬材料的檢測方法，以超聲波法和聲阻抗法等為主．從實(shí)際情況看，將此類方法用于對復(fù)合材料的檢測并不理想，存在可檢測損傷類型少、檢出率低、檢測速度慢、檢測結(jié)果不能存儲、定量分析困難等不足。由于復(fù)合材料與金屬材料在物理性能、力學(xué)性能、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和制造工藝等方面的較大差異，所以用現(xiàn)有的金屬無損檢測方法并不能完全解決復(fù)合材料及結(jié)構(gòu)件的損傷檢測問題。

前言

第1篇 梯度功能材料力學(xué)

一 緒論

1 梯度功能材料力學(xué)研究概況

2 梯度功能力學(xué)的研究任務(wù)及研究方法

2.1 FGM的一般力學(xué)理論

2.2 非均質(zhì)、各向異性、反對稱層合板結(jié)構(gòu)熱彎曲問題

2.3 求解懸臂板彎曲問題的各種形式的康托洛維奇方法

3 FGM宏細(xì)觀復(fù)合結(jié)構(gòu)的概念

……

二 非均質(zhì)、各向異性梯度功能材料結(jié)構(gòu)三維熱彈性本構(gòu)理論

1 非均質(zhì)、各向異性FGM復(fù)合結(jié)構(gòu)的三維熱彈性本構(gòu)方程

2 FGM彈性系數(shù)的細(xì)觀力學(xué)分析

3 三維FGM結(jié)構(gòu)層間力學(xué)模型與應(yīng)力研究

……

三 梯度功能材料層梁受機(jī)械/熱載作用的優(yōu)化分析理論

1 FGM層梁的分層剪切理論

2 FGM層梁數(shù)值分析與優(yōu)化

3 FGM懸臂梁的彈性性能與應(yīng)力分析

……

第2篇 梯度功能結(jié)構(gòu)力學(xué)

四 梯度功能復(fù)合結(jié)構(gòu)的廣義當(dāng)量反對稱理論

1 FGM復(fù)合結(jié)構(gòu)的分析

2 FGM廣義當(dāng)量反對稱結(jié)構(gòu)新概念的提出與分析

3 FGM結(jié)構(gòu)彎曲彈性特性與本構(gòu)彈性特性對應(yīng)關(guān)系

……

附錄A 梯度因子系數(shù)

附錄B 梯度單層位移

……

外國專家人名譯名對照表

索引