功能梯度材料

功能梯度材料并不是什么新材料。古人很早就根据这种思路来炼铁，在日本出土的一把剑刃上，我们可以看到剑锋、刃部和主体的颜色是不同的，这说明它们的成分也是不同的。大自然早就把这个概念引入生物组织中了，例如，动物的骨头就是一种梯度结构，外部坚韧，内部疏松多孔。厨房使用的一把菜刀刀刃部需要硬度高的材料，而其他部位的材料则应该具有高强度和韧性。

　　虽然一些美国的学者在20世纪50～80年代，对这种材料进行了初步的研究．但是；没有正式提出这个概念。直到1984年，“功能梯度材料”这个术语才由日本的新野正之、平井敏雄等材料学家们提出来。当时，一系列的政府报告中也论述了以航天飞机为重点的太空领域对这种高性能材料的需求，应用的目标就是航天飞机上的发动机和防热系统。

　　几年后，德国、美国、瑞士、中国和俄罗斯等国也相继展开了对功能梯度材料的研究，这一研究迅速成为材料界研究的热点。那么，功能梯度材料究竟是—种怎样的材料呢?

　　它是在内部组分、结构、性能方面，从材料的—部分到另—部分呈连续变化或分层阶梯式变化的新型材料，是一种特殊类型的复合材料，它的特点是材料的正反两面在性能上都有很大的差异，因而可以发挥出不同的作用。

　　还有一个特点就是，这种成分或结构的变化是逐渐过渡的，可有效缓解材料两侧存在的温差所引起的巨大应力，因此它能够耐热冲击，且具有良好的机械强度。

　　功能梯度材料使用的原料可以是液相、气相或固相。原则上来说，只要能有效地控制和改变各成分含量和比例的那些工艺都可以成为它的合成方法。一般都是通过物理方法或者化学方法来达到所需的梯度的，从而使材料在不同区域会具有在制备功能梯度材料之前，首先要根据环境的需要对各部分的参数(如应力、热膨胀系数等)进行计算，然后得出使这种参数按照预定分布值所需的组分变化数据，再通过精确控制生长工艺来制造出这种符合所需参数的材料。因此，材料在制备之前就已拟定了解决这个问题的方案，真可以说是“胸有成竹”。

　　目前，从研究方向来看，各国的科研人员都对热障功能材料的研究有很高的兴趣。像日本的川崎重工业公司就把氧化锆和金属钛的结合面做成梯度结构，得到了氧化锆一钛合金系功能梯度材料，这种材料氧化锆的一侧可承受1600℃的高温，这比常用的镍基合金材料的耐热温度高200℃，钛的一侧能够耐热冲击，可用于制造燃气轮机的发动机，从而提高发动机的工作效率。　　

　　功能梯度材料的应用领域是非常广泛的。由于它具有较高机械强度、抗热冲击、耐高温性能等特点，在航空航天、电子元件、人造脏器、汽车发动机、制动器、化工部件等诸多方面都有广泛的应用。譬如，在航天领域就需采用金属陶瓷功能梯度材料，它的一面是陶瓷，另一面是金属，而中间是从陶瓷到金属逐渐变化的过渡层，它具有金属材料和陶瓷材料的双重特点，既有陶瓷的硬度和耐高温、耐腐蚀的特性，同时还具有金属的强度和韧性，可作为火箭耐热部件。而且在通信领域里，功能梯度材料可以制造多模光纤，这种光导纤维的光学折射率从轴心至外层是逐渐变小的，而且还能够在其他领域中作为极端条件下使用的材料。

　　如今世界各国对功能梯度材料的研究都在如火如荼地展开，它在各个领域的应用已经取得了重要进展，已为人类的生产生活做出了很多的贡献。不过，仍然有许多问题需要人们去解决。我们可以想像，在不久的将来，功能梯度材料必将得到更大规模的研发和应用。