航天飛機燃燒沖壓式發動機燃燒室壁面，接觸數千度高溫氣體的一側使用耐熱性優良的陶瓷，賦予材料耐熱性能，而接觸制冷材料冷卻氫的一側使用金屬材料，賦予材料熱導性和機械性能，在兩個界面之間，采用先進的材料復合技術，通過控制金屬和陶瓷的相對組成和組織結構，使其無界面地逐漸變化。從而使整個材料具有耐熱性好且機械強度高的新功能。

    概念提出

    功能梯度材料的概念是由日本材料學家新野正之、平井敏雄和渡邊龍三等提出的，功能梯度材料的研究開發最早始于1987年日本科學技術廳的一項“關于開發緩和熱應力的功能梯度材料的基礎技術研究”。

    Segmented Functionally Graded Material

    所謂功能梯度材料是根據使用要求，選擇使用兩種不同性能的材料，采用先進的材料復合技術，使中間的組成和結構連續呈梯度變化，內部不存在明顯的截面，從而使材料的性質和功能沿厚度方向也呈梯度變化的一種新型復合材料。

    制備與評價

    功能梯度材料的制備方法較多，目前主要使用的有粉末冶金法、等離子噴涂法、自蔓延燃燒高溫合成法、氣相沉積法、電沉積法、激光熔覆法和離心鑄造法等。

    梯度功能材料性能評價是將經材料設計和制備所制得的梯度材料在模擬的實際使用環境條件下，測定其各種性能，判斷其是否滿足使用要求，并將評價結果反饋到材料設計和材料制備中的綜合技術。由于梯度材料的組成和性能是呈梯度變化的，不能采用常規的測試手段來評價其性能，目前國內外尚無統一的標準。一般來講，功能梯度材料的性能評價包括熱應力緩和特性評價、熱疲勞特性評價、隔熱性能評價、熱沖擊性能評價、超高溫機械強度評價和特殊功能性評價等。

    應用現狀與前景展望

    功能梯度材料最初用于緩和熱應力，應用于高溫環境，特別適用于材料兩側溫差較大的環境，其耐熱性、再用性和可靠性是以往使用的陶瓷基復合材料無法比擬的，功能梯度材料通過金屬、陶瓷、塑料等無機物和有機物的巧妙組合，在航空航天、能源工程、生物醫學、電磁、核工程和光學等領域都有廣泛的應用。

    目前，對于FGM的研究仍基本處在基礎性研究階段，尤其是國內具有針對性應用目標的研究還不多，未來的研究工作仍將圍繞材料設計、制備和特性評價等為中心展開。將梯度材料中的梯度概念推廣到其他研究領域，將FGM結構和FGM化技術與智能材料系統有機地結合起來，將會給材料科學帶來一場新的革命。

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責任編輯：龐雪潔

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