马文静

（河北工程大学土木工程学院，河北 邯郸 056038）

1 前言

功能梯度材料（ Functionally Gradient Material简称FGM）是一种全新的非均匀复合材料，与一般宏观均质复合材料相比功能梯度材料从金属到陶瓷无论是成分和显微结构在每一处都是有控制地连续变化的，因而功能梯度材料的热力学及热弹性性能均很大程度上优于一般均质复合材料。

一、功能梯度材料产生背景及概念的提出

随着当代科学技术领域对材料的要求逐年升高，曾近为主流的单质材料的性能和功能都难以满足超高温、超低温和超高压等特殊的环境条件的设计要求，这时将两种或多种材料向结合从而达到性能和功能均呈连续梯度变化的要求的复合材料—功能梯度材料应运而生。

图1～图3均由两种不同性质的材料构成；其从结构的一个表面到另一个表面组成是按一定规律连续变化的。

如图1所示为两种材料均匀搭配，其性质呈现均匀性，组分均质过渡。其弹性模量、热膨胀系数、热传导系数值基本稳定。

如图2所示材料的两种组成基体存在明显的异相突变界面，其两侧的物理性质、化学性能具有很大的差距，当料所承受的外界环境通常不均一时，高温度载荷作用下层间易产生应力集中，出现脱层现像。

如图3所示为两种组分在其间的组成以及结构连续呈梯度变化，结构内没有明显的分界界面，这就使得材料的性质以及其物性参数均沿厚度方向也呈梯度变化，从而有效地缓解了热应力，即功能梯度材料。……