黄健康 刘光银 于晓全

摘要：梯度材料是一种新型复合材料，其组成成分、微观组织和性能在空间上呈梯度变化。增材制造所具有的离散-堆积工艺为梯度材料的制备提供了新的路径，与传统的梯度材料制备工艺相比，增材制造方法可以实现一个或多个方向上梯度材料的制备，同时具有制备复杂结构件的能力。梯度材料增材制造工艺主要包括激光增材制造、电子束增材制造和电弧增材制造，其中激光增材制造是目前研究最多且应用最广的工艺。路径规划对梯度材料成分梯度、质量和成形精度有重要的影响，已成为梯度材料增材制造研究的一个重要方向。综述了梯度材料增材制造方法、梯度微观组织，以及制造过程中路径规划的国内外研究现状，可以为梯度材料增材制造研究提供参考。

关鍵词：梯度材料;增材制造;路径规划;微观组织

0    前言

梯度材料又称为功能梯度材料，不同于传统均质单一材料，是通过改变其组成成分、微观组织或结构来实现材料性能沿单个方向或多个方向上的均匀转变[1]。梯度材料是基于对仿生学研究而提出的，在自然界中如骨骼、牙齿和树干都是典型的梯度材料，其密度和结构由内而外逐渐变化，从而获得比单一均质材料更为优异的性能。梯度材料已被广泛应用于航空航天[2-3]、医学[4-5]、电子光学[6-7]以及能源[8-9]等行业。不同类别的梯度材料如图1所示[10]，包括有成分梯度、组织梯度和结构梯度。一些学者认为实现材料梯度功能特性需要从组成和结构两方面进行设计，从而实现合金组成和组织结构在单一构件中的不同空间位置具有不同的功能及特性。……