粉末冶金技术制备功能梯度材料研究进展.pdf

第 3 1 卷第 4期 2 0 1 3年 8月 粉末 冶金 技术 Powde r M e t al l ur g y Te c hno l og y Vo 1 ．31，No ． 4 Au g ． 2 01 3 粉末冶金技术制备功能梯度材料研究进展 崔 海龙 一 赵 忠民 一 张 龙 军 械工 程学院车辆与电气工程系机械制造教研室 ， 石家庄 3 5 0 0 0 3 摘 要 功能梯度材料 因其所呈现 出的优异性 能 ， 已成 为材 料领域 的研 究热点之一 。本 文通过介绍 粉末冶 金技术制备功能梯度材料的 国内外研究 动态 ， 对粉末 冶金技术 制备功 能梯度材 料的工 艺流程进 行 了系统论 述 ， 尤其对功 能梯度材料 的粉末成形 工艺 予以重点阐述 ， 并对其发展趋势进行 了展望 。 关键词 功能梯度材料 ； 粉末冶金 ； 粉末成形 ； 烧结 Pr o g r e s s i n f u nc t i o n a l l y g r a de d m a t e r i a l s pr o d uc e d by p o wde r me t a l l ur g y Cui Ha i l o ng，Zha o Zho ng mi n，Zha ng Long T e a c h i n g a n d R e s e a r c h S e c t i o n o f Me c h a n i c a l Ma n u f a c t u r i n g ，Ve h i c l e a n d E l e c t r i c E n g i n e e r i n g De p a r t me n t ， O r d n a n c e E n g i n e e r i n g C o l l e g e ， S h i j i a z h u a n g 3 5 0 0 0 3 ， C h i n a Ab s t r a c t F u n c t i o n a l l y g r a d e d ma t e r i a l F G M i s a n e w t y p e o f c o mp o s i t e ma t e r i a l w i t h s p e c i a l s t r u c t u r e s a n d c h a r a c t e r i s t i c s，wh i c h h a s be c o me o ne o f t he ho t s po t s i n t h e ma t e r i a l f i e l d ．Ba s e d o n a n o v e r v i e w o f t h e a c h i e v e me nt s i n FGM b y po wd e r me t a l l ur g y，p r o c e s s i n g r o u t e s o f FGM we r e i n t r o du c e d i n g e n e r a 1 ． Es pe c i a l l y，p o wd e r for mi n g f o r FGM wa s d i s c u s s e d， a n d t he de v e l o p me nt t r e n d o f FGM wa s a l s o c o ns i de r e d ． Ke y wo r dsf un c t i o n a l l y g r a d e d ma t e r i a l ；p o wd e r me t a l l ur g y；p o wd e r f o r mi n g；s i n t e r i ng 功能 梯度 材料 F G M 是 指材 料 的化 学 成 分 、 显 微组织结构与原子阵列等随空间位置梯度变化 ， 从 而使 材 料 性 能 呈 梯 度 变 化 的 一 种 材 料 。 。1 9 7 2 年 ， B e v e r 和 D u w e z 已在理论 层 面认识 到具 有梯 度 结构 的功能梯 度 复合 材 料 的 应 用前 景 ， 但 由于 当时 缺乏制备 F G M 的有效方法 ， 该研究成果在世界范围 内的影 响十分 有 限 。直 至 1 5年后 ， 日本 针 对功 能梯 度 材料 的 国家研 究计 划 “ 关 于 缓 和热 应力 F G M 的基 础 技术研 究 ” 的实 施 ， 以及 后来 以功 能梯 度 材料及其制备技术为重点关键技术 的美国 N A S P计 划 、 德国 S a n g e r 计划 、 英 国 HO T O L计划和俄罗斯图 一 2 0 0 0计划 的开展 ， 有关 功 能梯 度材 料 的制备 与 加工工艺才得以系统 、 深入地研究 ， 并衍生出众多的 材 料制 备工 艺 。 所谓 F G M 制备 工艺 ， 是指 在空 间上 构建 出非 均 质梯度结构并将 之转化为致密块体材料 的加 工过 程 ， 分 为梯度 工艺 和致 密化工 艺 。 根据材料构成特征 的不同 ， 梯度工艺通常分为 构建型、 均质型与偏析型 3种类型。其 中构建型工 艺 是 指在空 间范 围内逐 层 构 造 梯 度结 构 ， 均质 型 工 艺则是将 2种均质材料间的显著界面转变成不同材 料间过渡的梯度结构， 而偏析型工艺则是利用外场 如重力场或 电场 作 用将宏观上 的均匀材料转变 为梯度材料 。材料致密化工艺通常包括干燥和烧结 或者 固化， 这些工艺都需满足制备 F G M 的要求 ， 即 保证材料梯度结构完整或不能变化到无法控制的程 度 ； 同时 ， 还需注意在无压烧结时抑制材料 的非均匀 收缩 ， 以避免材料产生变形或 内部梯度层间产生微 国家 自然科学 基金资助项 目 5 1 0 7 2 2 2 9 十 崔海龙 1 9 8 9一 ， 男 ， 硕士研究生 。E ma i l h a i l o n g 一 1 2 2 5 1 6 3 ． C O B }} 通讯作 者 赵忠 民 1 9 6 8一 ， 男 ， 副教授 。E ma i l z h a o z h o n g m i n 1 6 3 ． C O B 收稿 日期 2 0 1 3一 O 1 2 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 1 卷第 4期 崔海龙等 粉末冶金技术制 备功能梯 度材料研究进展 3 0 5 裂纹 。 由于压坯的烧结行为受生坯孑 L 隙度 、 粒度大小 、 粉末形状及成分影响， 所 以这些工艺难题必须借鉴 相应的烧结理论 ， 针对具体的材料 组成 和梯度类 型 分析解决。试验证明除设计合理的材料成分梯度能 有效解决烧结速率不 同引起 的材料变形问题外 ， 合 理控制晶粒的尺寸梯度 同样能缓解变形 。但总的来 说 ， 这些工艺优化还是给材料梯度 的设计带来 了一 定 的难度 ， 而且颗粒的压实密度差异也会使材料产 生变形 。因此 ， 一些研究者采用热压烧结 或热等 静压烧结 u - 的方法 ， 使材料烧结的内驱动力与外部 压 力相 叠 加 ， 从 而克 服粉 末烧 结 给 F G M制 品带 来 的 部分缺陷 ， 例如在材料固化、 液相烧结、 激光辅助烧 结及放电等离子烧结过程 中， 可通过在压坯 中形成 温度梯度来抑制材料变形 。 目前适 用 于 F G M 制 备 的 工 艺 主 要有 粉末 冶 金 P ／ M 法、 等 离子 喷 涂 P S 法、自蔓 延 燃 烧合 成 S H S 法、 气相沉积 C V D、 P VD或 P C V D 法等 ， 其 中粉末冶金法因设备简单 、 易于操作 、 灵活多样性及 非常适合 于制备大体积的梯度材料 的特点 ， 成为 目 前 应用 比较 广 泛 的工 艺 。虽 然 F G M 自上 世 纪 8 0年代 中期产生以来得到 了快速发展 ， 但 目前研究 仍主要停 留于基础性研究上。 1 F GM 的粉末 冶金制备工艺 粉末冶金法制备功能梯度材料是指先将原料粉 末按不同比例均匀混合 ， 然后 以梯度分布方式 积层 排 列 ， 再 压 制 烧 结 而 成 为 功 能 梯 度 材 料 的 过 程 川 。 1 ． 1 粉 末冶 金制 备 F GM 的 工艺 流程 粉末冶金技术适用于制备材料和加工工程零部 件 ， 其制备流程包括粉末制备 、 粉末加工、 生坯成形 、 烧结 或压 力辅 助热 固化工 艺 。 其中， 制备 金属 、 合 金、 化合 物和 陶 瓷 的粉末 晶粒尺寸在几纳米到几百微米 范围内 ， 既可以直 接选用工业原材料 ， 也可 以利用成熟的粉末冶金技 术或陶瓷粉末技术加工制备得到。设想用于粉末烧 结的材料分散为众 多微小部分 ， 这些微小部分 由数 个接近理想状态的粉末颗粒构成 ， 那么将这些 由数 个颗粒组成的微小 部分作为材料组成单元 ， 可在材 料内部构建出具有不同的化学成分与显微结构的梯 度材料。因此 ， 可认为借助粉末沉积工艺， 通过改变 颗粒平均尺寸与化学成分获得 F G M粉末体 ， 就可实 现 F G M制备工艺的高效设计。但是 ， 实际工艺操作 不得 不考 虑一 个 问题 ， 即所 选 粉 末 的 沉 积方 法 能 否 使压坯内部的材料成分呈连续变化 或层进变化 ； 同 时， 由于压坯在烧结或热压过程 中需要较高温度 以 保证颗粒间发生快速、 充分的扩散 ， 从而实现材料致 密化 ， 因此 不 同成分 颗 粒 之 间的 化 学 反应 也 可 通 过 影 响烧结行 为 ， 进 而影 响到 材 料 制 品 的 最终 显 微 结 构 与 尺寸 ； 另 外 ， 烧 结 过 程 如 液 相 烧 结 中 产 生 的 热力学因素也对材料梯度产生影响。 采用粉末冶金工艺 ， 材料的梯度类型可分为 3 类 ， 即受孔隙度与孔隙尺寸所控 的梯度 ， 受单相 材 料化 学成 分所 控 的梯度 及受 两相 或多 相材 料相 体 积分数与晶粒尺寸控制的多维多层次梯度。 1 ． 2 梯 度粉 末压 坯 的成形 工艺 根据 F G M压坯 的成分分布 ， 粉末沉积工艺可分 为 2类 ， 即成 分呈 层 进 变 化 的 粉末 沉 积 工 艺 与 成 分 呈 连续 变化 的粉 末沉 积工 艺 。 1 ． 2 ． 1’ 成 分层 进变 化 的粉末 沉积 工艺 1 模 压成 形 模压成形的优点是工艺简单 ， 易实现逐层梯度 ， 但是其缺点也是很 明显的， 即材料成分分布离散、 粉 末堆积层数有限 实验室工艺最多可达 1 0层 ， 工业 生产则不超过 3层 、 单层厚度较大 通常 1 m m 、 有限的加 压 使 得 材 料 制 品 尺 寸受 限 截 面 积 1 0 0 c m 以及低 生产率引起 的非连续生产 ， 极大地 限制了该工艺的应用 。尽管如此 ， 在实验室采用 该工艺 ， 仍有助于较简捷地开展 F G M体系的理论研 究 。 2 薄片层叠成形 薄 片层叠 法是 指采 用干 法或 湿法 粉末 成形 工艺 即粉末轧制 或流延成形 制备 出不 同成分的薄片 后 ， 再 经逐 层 叠 加 获 得 成 分 呈 层 进 梯 度 的粉 末 体 。 粉末 轧制 法获 得 的压 坯 薄片 厚 度 可 达 1 m m， 对 薄 片进行冲压 或激光 切割 ， 就可 制备 出不 同尺 寸 的 F G M 复 杂零 件 。但 是 因粉 末 轧 制 法 的关 健 在 于 获 得高 强度 的粉末 薄 片 ， 因此 对 粉 末 特 性 、 粉 末 配 制 、 粉末成形及相应轧制设备要求较高。对于粉末流延 成形 ， 若选用超细粉末并经轧制后 ， 即可获得厚度为 数十微米的压坯薄片 ， 但是 由于在粉末 流延成形时 需用粘 结 剂对粉 末 进 行 粘结 ， 因 此 在材 料 烧 结 前 必 须采取高温焙烧处理 以除尽粘结剂 ， 最后经热压烧 结工艺 同步实现材料致密化和梯度层间连接 ， 完成 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 粉末冶金技术 2 0 1 3年 8月 功能梯度材料的制备 。另外 ， 为促进层 间成分梯度 分布 ， 据国外文献 报道 ， 在材料 梯度层层 间连 接通 常伴 随 着 S H S反 应 。从 上 述 工 艺 流程 可 以看 出 ， 采 用 粉末 流 延 成 形 与 热 压 烧 结 工 艺 制 备 F G M， 虽可获得高质量的 F G M， 但 因其工序多 ， 流程长， 工 艺较为复杂 ， 材料成本很高。上海硅 酸盐研究所采 用粉末轧制法 ， 已于上世纪末成功制备 出具有应力 缓和效应 、 高结构完整性 与高致 密性 的 N i ／ Z r O ， 系 FGM i 8 3 。而 Ma r t i n等 叫也于 2 0 0 7年在美 国劳伦 斯 利弗 莫尔 国家 实验 室 ， 采 用 流 延 成形 技 术 成 功 制 备出 Mg ／ c u系密度梯度复合材料。 3 湿 法 喷涂成 形 湿 法喷涂 工 艺是将 2种 或多 种梯度 成分 的粉 末 悬浮液依次喷涂到基体上 ， 从而在基底 上沉积 出梯 度 粉末 层 ； 同 步 干 燥 工 艺 保 证 了粉 末 层 厚 度 可 达 1 m m且误 差很 小 ， 通 过 控制 液 滴 大 小又 可 使粉 末 层 厚 5 0 1x m， 因此该工 艺可 较为 快捷 地 制备 出功能 梯 度涂层材料。川 崎亮 等 利用湿法 喷涂成形制备 出 Z r O 一陶瓷 功能梯度材 料， 并 与叠层法进 行 比 较 ， 发 现其具 有更 好 的连续 性 。 4 浸渍 法与 注浆 成形 法 浸 渍法 是指 将原料 粉末 配制 成不 同成 分 的悬浮 液， 然后将多孑 L 坯体连续浸入悬浮液 中， 通过毛细作 用将浆液渗入孔隙 中， 使其 表面层呈现出层进成分 梯度特征。同样 ， 该制备原理也适用于连续注浆成 形法。如果有限的梯度层就可满足产品使用要求 ， 那么该 方法对 产 品的规模化 生产 具有 很大优 势。 N e u b r a n d等 采用浸渍法已制备 出 S i C ／ C系梯度 材 料 。 5 固态无约束成形 由计算机控制工序、 工艺简化 的材料制备方法 现已迅速应用于 F G M 的制备 中。在喷射凝 固过程 中， 采用挤压喷射方法 ， 可将具有一定流变特性 的热 粉末／ 粘结 剂混 合物 注入二 维 空间 中并发 生沉 积 ， 随 后在 冷却 过程 中 ， 该 混 合 物 经 固化 后 遂 形 成 无 约束 状态的直立坯体。如果每层粉末成分不同 ， 则可直 接形成三维梯度性质的坯体。对于更小的零部件和 薄片， 三维打印成形工艺就更为合适 ， 即在材料成形 过程 中， 通过铺展粉末薄层得到零件的每一层 ， 并用 粘结剂连接各层 ， 经无数次反复操作后 ， 将未粘结上 的松 散粉 末 除去 ， 即可获 得三 维打 印生坯 。因此 ， 可 认为对于挤压喷射法制备梯度材料 ， 若材料 中存在 烧结不能除去的组元时 ， 就可以采用三维打印技术 ， 以快速成形工艺制备 出微结构梯度材料。 1 ． 2 ． 2 成分 连续 变化 的粉 末沉 积工艺 1 离 心法 粉末成 形 C P F 工艺 该工艺通过计算机控制粉末混合体成分 ， 使之 保持连续变化状态并送人离心机分配器 中， 粉末在 离心力作用下运动至旋转筒内壁并紧密沉积于内壁 上 ， 再向筒内壁喷涂有机粘结剂 ， 即可形成强度足够 高的压坯 。这种方法虽然局限于回转体成形， 但 因 无需 考 虑粉末 特性 ， 因此 在 材 料 梯 度设 计 上 表 现 出 很 大 的灵 活性 。B i r t h等 采 用 离 心 法粉 末 成 形 结 合液相烧结工艺 ， 制备出了外径 1 2 0 m m、 高度为 4 0 mm、 厚度达 8 m m的 W／ C u环形 F G M制 品。另外 ， 分配器如果在沉积过程 中沿 回转轴线直线运动还可 制 备 出管状 F G M制 品 。 2 重力沉 积 法 重 力沉 积法 是指利 用沉 积过 程 中粉末 颗粒 的密 度 差 或者粒 度差 引起 的颗 粒 沉 积 速 率 不 同 ， 使 颗 粒 相互分离 ， 从而形成孔隙尺寸梯度或成分梯度坯体。 如果粉末在纯液态介质 中沉积 ， 则可形成单一颗粒 浓度连续增加或降低 的成分梯度坯体。但是 ， 如果 自悬 浮液 中直接 沉 积 ， 那 么沉 积 物 将 具 有 复杂 的过 渡性质， 即伴随着粉末沉降分离 ， 沉积物底部仍保持 悬浮液的平均成分 ， 而上部则 只存 留最低沉积速率 的粉末 ， 相似的材料梯度性质也可通过浸渗 一沉积 过程 形成 。 如果 沉 积 发 生 于 高 粉 末 含 量 的悬 浮 液 中 ， 颗 粒 间的相互 碰 撞 就 较 为 强烈 、 频 繁 ， 进 而使 得 沉积 较为 复杂 ， 以致 破 坏 梯 度 性 质 的形 成 ； 此 外 ， 采 用重力沉积法获得的梯度类型有限 ， 致使其可制备 的材料品种不多。但是 ， 该工艺简捷、 流程短， 可重 复操作性强， 因此在制备大尺寸 F G M板类制品方面 具有很大优势。黄继华等 采用该方法 ， 利用陶瓷 和 不 锈 钢 粉 末 在 乙醇 中 的 共 沉 降 成 功 制 备 出 S US 31 6 ／ 3Y P S Z功 能梯度 材 料 。 3 离 心沉积 法 离心沉积工艺是指借助离心力场对小粒度粉末 颗粒的悬浮液进行快速沉积 ， 利用颗粒之间沉积速 率差完成颗粒之间的分离， 获得孔 隙尺寸梯度的粉 末沉积体。但是， 由于受悬浮液中颗粒浓度的限制 ， 该工 艺 只适 宜 制 备 薄层 F G M 制 品 。德 国采 用 该技 术从 含有 粒度 1 0 5 0 0 0 n m 的粉末 一水 悬 浮液 中制 备出 T i O ， 粉末体 ， 经烧结 后获得直径 1 8 m m、 厚度 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 1卷第 4期 崔海龙等 粉末 冶金技术制备功能梯度材料研究进 展 为 0 ． 1～1 ． 0 m m 的孔隙梯度过滤器 。 4 电泳 沉积 法 利 用 不 同粉 末 之 间的 电泳 迁 移 率 差 ， 采 用 电泳 沉积工艺可从含有 2种以上组元成分的均质悬浮液 中， 制备 出具有梯度性质的粉末坯体。其 中， 悬浮液 中的颗粒速率 与电泳迁移率 、 电场强度 E之 间的 关 系如式 1 所示 。 ／ x E 1 电泳 迁移 率 取决 于 分散 剂性 能 与颗粒 势 能 ， 如式 2 所 示 。 竖 2 ‘ L z 叼 式 中 叼为分散剂的粘度 系数 ， 。 、 ， 为介 电常 数 。 S t i i n P u t 等 利 用 该 方 法 及 后 续 的 冷 等 静 压 和 液相 烧 结 制 备 出 C o和 T i C， N 呈 梯 度 分 布 的 WC ／ C o ／ T i C， N 功 能 梯 度 材 料 。虽 然 电泳 沉 积 法 耗时长 ， 但是采用该工艺可制备 出厚度达数毫米的 梯度沉积体。 5 粉浆浇注法与压力浸渗法 粉浆浇注法是将原料粉末均匀混合成浆料并注 入模型内， 通过连续控制粉浆配比并经干燥后 ， 获得 成分连续变化的梯度粉末体 。同样 ， 该原理也适 用于压力浸渗工艺 ， 即通过连续改变注入 浸渗 系统 的粉末成分 ， 可以较快捷地在粉末沉积体 中形成预 定 的一维梯度特 征。I s h i b a s h i 等 副采用粉浆 浇注 法 ， 结合相应的沉积技术制备 出 Mo ／ S i O 功能梯度 材 料 。 上 述成 形 工 艺 中 ， 重力 或 离心 沉 积 、 电 泳沉 积 、 压力浸渗与真空浇注法既可形成材料层进梯度 非 连续梯度变化 微结 构 ， 也 可制备出连续梯度 变化 的材料 ， 因此在众多 F G M制备技术 中， 这些工艺的 发展 更 具潜 力 。 1 ． 3 烧 结 由于 F G M 烧 结要 求 必须 保 持 粉 末 压 坯 所 具 有 的梯 度特 征 ， 因此 工艺 要 求较 为严 格 。 对于大体积样 品， 若采用固相烧结 ， 因扩散距离 较小 ， 因此烧结工艺较易满足维持材料梯度性质 的 要 求 ； 若采 用 液相 烧结 ， 液 相宏 观 流动易 破 坏样 品 内 部梯 度 性 质 ， 因此 液 相 烧 结 通 常 不 适 用 于 F G M 制 备。但是 ， 对 于 WC C o硬质合金 ， 在液相烧结过程 中， 若对工艺进行适 当控制 ， 则既可维持材料浓度梯 度 ， 又可因液相流动发生液相成分再分 配， 将更 有 助 于梯度 特征 的形 成 ， 而 这 种 成分 再 分 配 现 象 因 是受体系的内部界面与表面的自由能最小化驱动所 致 ， 故在 液相 烧结 过程 中 自发 出现 。 另外 ， 由于烧结体颗粒组成 、 内部结构及烧结环 境的非均匀性等原因 ， 故在烧结过程 中样品易出现 非均 匀 收缩现 象 ， 因此 需对 压坯 内部 不 同区 域 的 密 实度进 行精 细控 制 ， 优化 烧 结 工 艺 或 采用 特种 烧 结技 术 ， 避 免 F G M 样 品产 生宏 观 变 形 、 开裂 等致 命 缺陷。西北有色金属研究 院多孔材料国家重点实验 室采用不锈钢粉末 ， 以离心沉积法制备出连续梯度 的多孔 过 滤管 ， 试验 结果 证实 采 用特 定 烧结 工 艺 并精细控制烧结过程 ， 可以获得低缺陷的 F G M材料 样品。另外 ， J u n g等 亦采用放电等离子烧结技术 成功制备出功能梯度隔热材料 ， 但该技术还有待于 在 理论 与工 艺上 进一 步完 善 。 目前烧结理论研究仍停留于相同粉末粒度 的临 界条件与球 一板模型上 ， 尚需建立起不同粒度粉 末问的烧结模型 ， 揭示粉末烧结 机理 ， 从而为 F G M 制备工艺提供更多理论支持 。 2 结 语 粉末冶金是 目前用于制备 F G M 比较普遍 的基 本工艺， 具有设备简单、 可操作性强 、 工艺灵活等特 点 ， 而 初始 粉末 的 离散 性 又 为 材 料 梯度 设 计 与 材 料 改性提供了灵活的工艺条件 ， 但大多粉末烧结工艺 只能形成一维梯度微结构 ， 固态无 约束快速成形与 特 种沉 积工 艺 的发展 为材 料三 维梯 度设 计提 供 了广 阔空 间 。 目前采用粉末冶金工艺制备梯度材料零部件的 主要 问题是 烧结 时非 均质 粉末压 坯 固化 引起 的非均 匀收缩 ， 因此对于每个材料梯度体系， 均需精细控制 原料 粉末 的颗粒 尺寸及 配 制 、 添加 剂 的种类 及含 量 、 粉末坯体成形工艺， 严格控制烧结工艺并适 当调整 烧结 压力 ， 以获 得令 人 满 意 的 F G M 制 品 。为 此 ， 可 认为 目前功能梯度材料制备技术 ， 虽 已在实验室达 到相当成熟的水平 ， 但是在技术产业化 与工业规模 化方面仍面临着多方位挑战 ， 即 F G M加工工艺对规 模 生 产与 技术 升级 的适 应 性 、 F G M 加 工 工 艺 的可 重 复性与 F G M产 品的可靠性 、 F G M 加工工艺的高效 性 与 F G M 的低 成 本 性 、 F G M 质 量控 制 的 可操 作 性 与可信性。虽然材料加工工艺的计算机模拟与仿真 可 以解决一部分问题 ， 但是仍亟需大量探索性工作 ， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 0 8 粉末冶金技术 2 0 1 3年 8月 逐步完善 F G M 的粉末冶金制备 工艺。特别指 出的 是 ， 目前 国内外普遍关注的重点在于受组成相体积 分数控制的材料梯度形成 ， 但是若多相体系在相 图 上存在组元有限互溶 ， 就可借助烧结助剂形成液相 及后期材料热处理引起 的可溶相晶体生长机制 ， 在 材料制备科学上形成理想 的材料梯度微结构 ， 即体 积分数与尺寸均呈连续梯度分布的两相或多相显微 组织 ， 进而实现多维多尺度多层次 F G M 的制备。 因此 ， 积极开展 F G M低成本 、 快流程复合新理 论 、 新方法及外场 如超重力场、 超声 、 电磁场 、 超 临 界条件等 辅助 F G M制备 新工艺、 新技术 的研究 ， 深入探讨多维 、 多尺度、 多层次连续梯度复合材料的 耦合协 同机制与设计原理 ， 完善并丰富 F G M制备科 学、 加工工艺与表征方法， 使 F G M走向多功能复合 与智能复合之路 ， 将是今后 F G M发展的总趋势。 参考文献 [ 1 ]S u r e c h S， Mo r t e n s e n A ．功 能梯 度材料 基础 制 备 与热机 械行 为．北京 国防工业 出版社 ， 2 0 0 0 [ 2 ]新野正之 ， 平井敏雄 ，渡边龙三 ．倾斜机能 材料 宇宙机用 超耐热材料应 用 ．日本复合材料学会志 ，1 9 8 7，1 3 6 2 5 7 2 6 4 [ 3 ]新野正之 ， 平井敏雄 ，渡边龙三 ．倾 斜机能材料动 向 ．工业材 料 ， 1 9 9 0 ，1 8 1 2 1 8 2 2 [ 4 ]B e v e r M B， D u w e z P F ．G r a d i e n t i n C o m p o s i t e Ma t e ri a l s ．Ma t e ri a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e ri n g ，1 9 7 2 1 0 1 8 [ 5 ]O k a mu r a H ．S t a t e o f t h e a r t o f m a t e ri a l d e s i g n p r o j e c t s f o r s e v e r e s e r v i c e a p p l i c a t i o n s ． Ma t e ria l s S c i e n c e a n d En g i n e e rin g A， 1 9 9 1， 1 4 3 1 ／ 2 39 [ 6 ]陈陟 ．日本倾斜功能材料的研究开发动向 ．材料导报 ， 1 9 8 9 ， 3 2 1 9 2 3 [ 7 ]李君 ，罗国强 ，沈强 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n a n o c r y s t a l l i n e i r o n g r a d i e n t ma t e r i a l s p r o d u c e d b y p o wd e r p r c e s s i n g ． J o u r n a l o f Ma t e r i a l s P r o c e s s i n g T e c h n o l o g y ，2 0 0 3，1 2 1 2 ／ 3 3 8 33 8 9 [ 1 5]K i e b a c k B，N e u b r a n d A，R i e d e l H ． P r o c e s s i n g t e c h n i q u e s fo r f u n c t i o n a l l y g r a d e d ma t e ria l s ． Ma t e ria l s S c i e n c e a n d En g i n e e r i n g A，2 0 0 3， 3 6 2 1 ／ 2 8 11 0 6 [ 1 6] Z h a n g Y u m i n ， H a rt J i e c a i ，Z h a n g Xi n g h o n g ，e t a 1 ． R a p i d p r o t o t y p i n g a n d c o mb u s t i o n s y n t h e s i s o f T i C／ Ni f u n c t i o n a l l y g r a d i e n t ma t e r i a l s ． Ma t e r i a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e rin g A，2 0 01 ， 2 9 9 1 ／ 221 82 2 4 [ 1 7]Du mo n t A n n e L a u r e ， B o n n e t J e a n - P i e r r e ，C h a rt i e r T h i e r r y ，e t a 1 ． Mo S i 2 ／A1 2 03 FGM e l a b o r a t i o n b y t a p e c a s t i n g a n d S HS ． J o u r n a l o f E u r o p e a n C e r a mi c S o c i e t y ， 2 0 0 1 ， 2 1 1 3 2 3 5 3 2 3 6 0 [ 1 8 ]范秋林 ，胡行 方 ，郭景坤 ．N i ／ Z r O 2精细 功能梯 度材 料的设 计 、 制备和分析 ．无机材料学报 ，1 9 9 6 ，1 1 4 6 9 6 7 0 2 [ 1 9 ]Ma r t i n L P e t e r ， O r l i k o w s k i D a n i e l ，N g u y e n J e f f f r e y H ．F a b r i c a t i o n a n d c h a r a c t e r i z a t i o n o f g r a d e d i mp e d a n c e i mp a c t o r s o f g a s g u n e x p e rime n t s f r o m t a p e c a s t me t a l p o wd e r s ． Ma t e r i a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e ri n g A， 2 0 0 6 ， 4 2 7 1 ／ 2 8 3 9 1 [ 2 0 ] Ma rt i n L P e t e r ，P a t t e r s o n J R e e d ，O r l i k o w s k i Da n i e l ，e t a 1 ． Ap p l i c a t i o n o f t a p e c a s t g r a d e d i mp e d e n c e i mp a c t o r s f o r l i g h t g a s g u n e x p e r i m e n t s ．J o u rna l o f A p p l i e d P h y s i c s ， 2 0 0 7 ，1 0 2 2 1 1 0 [ 2 1]A k i r a K a w a s a k i ，Hi my u k i H i r o s e ，H i y o s h i Ha s h i m o t o ，e t a 1 ． F a b ric a t i o n o f s i n t e r e d f u n c t i o n a l l y g r a di e n t ma t e r i a l b y p o wd e r s p r a y f o r mi n g p r o c e s s ． J o u r n a l o f t h e J a p a n S o c i e t y o f P o wd e r a n d P o w d e r Me t a l l u r g y ，1 9 9 0 ， 3 7 7 9 2 2 9 2 8 [ 2 2 ]N e u b r a n d A，B e c k e r H，T s c h u d i T ．S p a t i a l l y r