材料物理学第1章-4PPT课件

04.04.2021
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2. 梯度功能第一壁材料
面向等离子体护墙材料（Plasma Flaxma Facting， PFM）是决定聚变能能否开发成功的关键。
PFM表面要承受来自等离子体、高能中子、α粒
子及电磁辐射等的冲刷,而它的另一面必须强制冷却。
因此,ＰＦＭ必须具有很高的熔点,同时应具有很好的
用途：结构复合材料，功能复合材料。
按材料不同基体：聚合物，金属，陶瓷，碳 基。
按增强体（功能体）形状：纤维，颗粒，片， 层叠式等。
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1.4.2复合材料中的复合效应
1.线性效应
线性效应是指复合材料的性质与增强组元 （功能组元）的含量有线性关系。线性效应的内 容有：平均效应、平行效应、相补效应、相抵效 应等。
复合材料的对称性是材料各组元内部结构及其在空 间几何配位上的对称特征。
4.标度（scale）
复合材料的标度是指功能组分的大小，这对功能复 合材料尤为重要。
5.周期性（periodicity）
周期性是指复合材料中组元分布的周期特征。当需 要利用复合材料中的谐振和干涉所产生的效应时， 就必需在结构上严格控制复合材料在结构上的周期 特征。
通过对以上参数的设计，可以有效的控制材料的性 能，获得良好的优值。
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1.4.5 梯度功能材料
梯度功能材料是“由一种功能在空间和 时间上连续变化的材料”，梯度功能材 料（Functionally Gradient Materials， 简称FGM）又称倾斜功能材料。
设计思想：在材料制备过程中，连续地 控制材料的微观要素（包含组成、组织、 亚结构和空隙等），使材料内部不存在 明显的界面。
2.非线性效应
非线性效应指的是复合材料的性质与增强组 元的含量无直接关系；复合后可能产生一些新的 性质。如乘积效应、诱导效应、共振效应和系统 效应等。
掌握和运用这些非线性效应，在复合材料
（特别是功能复合材料）的设计时，具有较多的
自由度，得到新材料。
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1.4.3 复合材料的主要参数
§1.4 复合材料
复合材料是由两种以上物理和化学上不同的 物质组合起来的一种多相体。 一般由基体组元与增强体（功能体）组成。 复合材料优良性能的获得必需通过其复合效 应的作用，要涉及材料设计与工艺制作两个 方面。 需要进行材料设计与工艺优化才能得到优良 的复合材料
1.4.1 复合材料的分类
性能高低：常用复合材料，先进复合材料。
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1.4.6 梯度功能材料的分类
1.从材料组合方式：
金属-金属，金属-陶瓷，陶瓷-陶瓷，玻璃-金 属，玻璃-玻璃等多种组合方式。
2.成份变化方式：
梯度功能涂覆型材料（在材料表面形成组成的 涂层）；梯度功能连接型（粘接在两个基体间 的连接组成或梯度变化）和梯度功能材料本身 （组成一侧到另一侧的结构材料）。
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1.4.7 梯度材料的主要制备方法
原位法（in-situ）材料中的第二相生成于 材料形成过程。
自蔓延法（self-progation synthesis） 梯度组合
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1.4.8 梯度功能材料研究的主要内容
梯度材料设计；成分的连续变化对材料 热性能、强度硬度、耐磨性能和复合原 则和表达公式。
1.复合度 （compositivity） 复合度是复合材料中各级组元所占的体积或
重量百分数。改变复合度是调整复合材料性能 是最为有效的手段之一。
2.联结类型（connectivity） 联结型是指在复合结构中，各组元在三维空 间自身相互联结的方式。
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3.对称性（symmetry）
抗热冲击性。碳复合材料具有高导热率,是PFM重要的
候选材料之一.但碳材料在高温下易于氧化,其表面必
须覆盖保护层进行保护。
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3.梯度结构的生物医学材料
羟（基）磷灰石（Hydroxyaptite，HA）材料 具有良好的生物活性，是当前普遍采用的骨替换 材料，但由于本身的机械强度低以及脆性大而使 其应用受到限制。
研究表明，具有梯度孔隙结构的HA可兼顾生
物性能与力学性能的需要,他们制备了孔隙大小和
体积分数从表层至内层呈梯度变化的HA材料,其外
层为大孔隙结构可使细胞和血管易于依附从而促
进骨生长,而内层为致密结构可提高骨植入材料的
机械稳定性。该梯度孔隙HA的弯曲强度比相同。
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梯度材料制备新工艺；低价大面积重复 性能好的材料。
梯度材料的特性评价。热学、力学、耐 辐射等性能的全面评价。
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Hale Waihona Puke 91.4.9 梯度功能材料的主要应用
1. 梯度功能热障涂层
等离子喷涂热障涂层（Thermal Barrier Coatings，TBC）作为热保护材料广泛用于汽轮机叶 片、航天飞机燃烧室内壁等受热金属部件上。在服 役条件下, TBC材料需要承受巨大的温度落差、热冲 击以及高温氧化等的考验。传统的热障涂层通常包 括用于增强抗氧化性和涂层附着力的MCrAlY底层和 用于热绝缘的Zr2O面层。