功能梯度材料正在国外逐步兴起
在高新技术产业日益发展的情况下,最近两年,一种新奇的功能梯度材料随之应运而生,并为人类社会的发展做出了积极贡献。所谓功能梯度材料,是一种采用多元化技术制造的新型材料,其特点是在材料的不同区域会具有不同的功能。这种材料在制造过程中,首先需要用计算机进行模拟计算,然后根据计算结果,在两种不同材料的结合部分进行加工,使它们的厚度、方向不断发生改变,最终形成一种介于异质材料和复合材料之间的新型材料。目前,功能梯度材料主要采用热胀系数不同的材料进行生长,人为控制材料各个不同部位的热胀系数,从而获得明显的耐热冲击效果。例如,现在应用的金属陶瓷材料,尽管具有很多的优点,但是,在它的内部应力增大时,会导致材料的破坏。若是使用同样用金属和陶瓷构成的金属陶瓷功能梯度材料,就会改变这种情况。因为,在进行材料合成的时候,首先要根据需要对应力进行计算,做出能够为解决应力问题在金属陶瓷间应配置的组分变化方案,然后才通过控制生长工艺制作适应这种情况的材料。因此,材料在制出之前就已经采取了解决这个难题的措施。关于功能梯度材料的研究,世界上发达国家已经纷纷起步,并取得了一定的成果。日本现已制成多种功能梯度材料。其中川崎重工业公司将绝缘材料氧化锆和金属材料钛的结合面做成梯度结构,得到了氧化锆-钛合金系功能梯度材料。这种材料可以耐1600℃的高温,比通常使用的镍合金耐热材料,在耐热温度上提高了200℃。该公司将把这种材料用于制造燃气轮机的发动机,以提高发动机的工作效能。另一家日本公司用溅射方法制成了铝钛系、铝锆系、铝铬系等非晶态合金功能梯度材料。这些材料与简单非晶态合金相比,不仅承受温度和耐冲击力有所提高,而且,硬度竟然提高了10倍,耐磨性也增强了几倍,从而受到了人们的青睐。事实证明,功能梯度材料的应用领域十分广泛。在空间技术上,它能够成为制造航天飞机和火箭的重要材料。采用金属陶瓷功能梯度材料,一面是金属,一面是陶瓷,中间部分是从金属到陶瓷逐渐变化的板材,可以兼具金属材料和陶瓷材料的双重特点,既可以具有陶瓷的硬度和耐腐蚀、耐高温的特性,同时还具有金属的强度和韧性。用来制造火箭发动机,会使火箭性能有很大的提高。此外,功能梯度材料还可以在通信领域里制造低损耗的光导纤维在原子能领域中作为抗辐射的核反应堆用材料并能够在其它各个领域中作为极端条件下使用的材料。目前从世界角度来看,功能梯度材料仅仅处于实验阶段。有许多问题需要人们在今后的实践中逐一予以解决。可以预计,在不久的将来,功能梯度材料的开发利用必将产生更大的飞跃。
深圳市庆鑫达包装制品有限公司 [网站ICP备案号: