2.1梯度功能材料ppt课件

1、梯度功能材料梯度功能材料2复习复习v非晶态合金概念非晶态合金概念v如果金属或合金的凝固速度非常快，原子来不及如果金属或合金的凝固速度非常快，原子来不及整齐排列便被冻结住了，最终的原子排列方式类整齐排列便被冻结住了，最终的原子排列方式类似于液体，是混乱的，这就是非晶合金。似于液体，是混乱的，这就是非晶合金。v非晶态合金的制备关键非晶态合金的制备关键v第一，使液态金属以大于临界冷却速度急速冷却，第一，使液态金属以大于临界冷却速度急速冷却，使结晶过程受阻而形成非晶态；使结晶过程受阻而形成非晶态；v第二，将这种热力学上的非平衡态保存下来，冷第二，将这种热力学上的非平衡态保存下来，冷却到玻璃态转变温度以

2、下而不向晶态转变。却到玻璃态转变温度以下而不向晶态转变。v非晶态合金的结构特点非晶态合金的结构特点v(1)结构长程无序结构长程无序(2)短程有序短程有序(3)结构成分均匀结构成分均匀性性(4) 结构处于热力学上的非平衡态结构处于热力学上的非平衡态, 总有进一总有进一步转变为稳定晶态的倾向。步转变为稳定晶态的倾向。3主要内容主要内容v梯度功能材料的介绍梯度功能材料的介绍v梯度功能材料的特点及分类梯度功能材料的特点及分类v梯度功能材料的研究方法梯度功能材料的研究方法v梯度功能材料的应用梯度功能材料的应用4一、梯度功能材料的介绍一、梯度功能材料的介绍v梯度功能材料梯度功能材料( Functional

3、ly Graded Materials ,简称简称FGM)的提出是由于航空航天的提出是由于航空航天技术的发展而提出的新概念。技术的发展而提出的新概念。v航天飞机在大气层中长时间飞行航天飞机在大气层中长时间飞行,机头尖端和发动机头尖端和发动机燃烧室内壁的温度高达机燃烧室内壁的温度高达2100 K 以上以上,当用液当用液氮对其进行冷却时，内外表面温差在氮对其进行冷却时，内外表面温差在1000以以上。因此材料须承受很大的高温及内外的温度差。上。因此材料须承受很大的高温及内外的温度差。56外部燃料箱表面脱落的一块泡沫材料击中航天飞机左翼前缘的隔热材料。当航天飞机返回时，经过大气层，产生剧烈摩擦使温度高

4、达摄氏1400度的空气在冲入左机翼后融化了内部结构，致使机翼和机体融化，导致了悲剧的发生。 7一、梯度功能材料的介绍一、梯度功能材料的介绍v如果将陶瓷涂敷在耐高温金属的表面制成的复合如果将陶瓷涂敷在耐高温金属的表面制成的复合材料。材料。v存在明显的界面存在明显的界面, 材料的热膨胀系数、导热材料的热膨胀系数、导热率等性能发生突变。两侧的温差过大率等性能发生突变。两侧的温差过大,界面处产界面处产生很大的热应力生很大的热应力,导致深层裂缝导致深层裂缝,剥落剥落,使材料失效。使材料失效。v梯度功能材料发展梯度功能材料发展8一、梯度功能材料的介绍一、梯度功能材料的介绍v1984 年年,日本学者首先提出

5、了日本学者首先提出了FGM 的概的概念念,其设计思想：其设计思想：v一是采用耐热性及隔热性的陶瓷材料以适一是采用耐热性及隔热性的陶瓷材料以适应几千度高温气体的环境；应几千度高温气体的环境；v二是采用热传导和机械强度高的金属材料二是采用热传导和机械强度高的金属材料,通过控制材料的组成、组织和显微气孔率通过控制材料的组成、组织和显微气孔率,使之沿厚度方向连续变化使之沿厚度方向连续变化,即可得到陶瓷金即可得到陶瓷金属的属的FGM。9越王勾践宝剑越王勾践宝剑春秋晚期越国青铜兵器春秋晚期越国青铜兵器出土于湖北江陵楚墓，深埋地出土于湖北江陵楚墓，深埋地下下2400多年，多年，1965年冬出土时年冬出土时依

6、旧寒光逼人，锋利无比。依旧寒光逼人，锋利无比。长长55.7厘米，剑刃锋芒犀利厘米，剑刃锋芒犀利锋能割断头发锋能割断头发 一、梯度功能材料的介绍一、梯度功能材料的介绍 主要成分是铜、锡及少量的铝、铁、镍、硫。剑的各个部位主要成分是铜、锡及少量的铝、铁、镍、硫。剑的各个部位铜和锡的比例不一。形成了良好的成分梯度。铜和锡的比例不一。形成了良好的成分梯度。剑脊含铜较多，韧性好，不易折断；剑脊含铜较多，韧性好，不易折断；刃部含锡高，硬度大，使剑非常锋利；刃部含锡高，硬度大，使剑非常锋利；花纹处含硫高，硫化铜可防锈蚀。花纹处含硫高，硫化铜可防锈蚀。11v考工记考工记说：说：“金有六齐金即铜，在化学金有六齐

7、金即铜，在化学上称铜锡合金为齐）：上称铜锡合金为齐）：v六分其金，而锡居一，谓之钟鼎之齐；五分其六分其金，而锡居一，谓之钟鼎之齐；五分其金，而锡居一，谓之斧斤之齐；四分其金，而金，而锡居一，谓之斧斤之齐；四分其金，而锡居一，谓之戈戟之齐；三分其金，而锡居一锡居一，谓之戈戟之齐；三分其金，而锡居一，谓之大刃之齐；五分其金，而锡居二，谓之，谓之大刃之齐；五分其金，而锡居二，谓之削杀矢之齐：金锡半，谓之鉴燧之齐。削杀矢之齐：金锡半，谓之鉴燧之齐。” v吕氏春秋吕氏春秋类别类别说：说：“金柔锡柔，合两柔则金柔锡柔，合两柔则为刚为刚”。 一、梯度功能材料的介绍一、梯度功能材料的介绍12古代剑刃制造中的特

8、殊技术古代剑刃制造中的特殊技术青铜剑剑身及青铜剑剑身及剑锋由不同成分剑锋由不同成分的青铜组成的青铜组成梯度材料梯度材料梯度材料古已有之梯度材料古已有之古代剑刃截面图古代剑刃截面图一、梯度功能材料的介绍一、梯度功能材料的介绍13vFGM 最初的目的是解决高性能航空航天飞行最初的目的是解决高性能航空航天飞行器对超高温材料的需求，目前器对超高温材料的需求，目前FGM 的应用不的应用不再局限于航宇工业，已扩大到核能源、电子、再局限于航宇工业，已扩大到核能源、电子、光学、化学、生物医学工程等领域。光学、化学、生物医学工程等领域。一、梯度功能材料的介绍一、梯度功能材料的介绍14v梯度功能材料梯度功能材料F

9、GM）是两种或多种材料是两种或多种材料复合成结构和组分呈连续梯度变化的一种新型复合成结构和组分呈连续梯度变化的一种新型复合材料。复合材料。 v指材料的组成和结构从材料的某一方位向另一指材料的组成和结构从材料的某一方位向另一方位连续地变化，使材料的性能和功能也呈现方位连续地变化，使材料的性能和功能也呈现梯度变化的一种新型的非均质功能复合材料梯度变化的一种新型的非均质功能复合材料一、梯度功能材料的介绍一、梯度功能材料的介绍15一、梯度功能材料的介绍一、梯度功能材料的介绍FGMFGM使热应力缓和使热应力缓和, ,材料内部无明显的材料内部无明显的界面。界面。16二、梯度功能材料的特点及分类二、梯度功能

10、材料的特点及分类v功能梯度材料的主要特征：功能梯度材料的主要特征：v材料的组分和结构呈连续梯度变化；材料的组分和结构呈连续梯度变化；v材料的内部无明显界面；材料的内部无明显界面；v材料的性质呈连续梯度变化。材料的性质呈连续梯度变化。v功能梯度材料的关键技术是控制界面的成分和功能梯度材料的关键技术是控制界面的成分和组织连续变化，使材料的热应力大为缓和。组织连续变化，使材料的热应力大为缓和。17二、梯度功能材料的特点及分类二、梯度功能材料的特点及分类v从材料的组成方式看，分为金属从材料的组成方式看，分为金属/陶瓷、金属陶瓷、金属/非非金属、陶瓷金属、陶瓷/陶瓷、陶瓷陶瓷、陶瓷/非金属和非金属非金属

11、和非金属/聚合物聚合物等多种结合方式。等多种结合方式。v从组成变化可划分为：从组成变化可划分为：v功能梯度整体型组成呈梯度渐变的结构材料）功能梯度整体型组成呈梯度渐变的结构材料）v功能梯度涂覆型基体材料上形成组成渐变的涂层）功能梯度涂覆型基体材料上形成组成渐变的涂层）v功能梯度连接型两个基体间的接缝呈梯度变化）功能梯度连接型两个基体间的接缝呈梯度变化）18二、梯度功能材料的特点及分类二、梯度功能材料的特点及分类目前最流行的目前最流行的TiAl2O3梯度材料梯度材料具有金属具有金属Ti的优良性能和的优良性能和Al2O3陶瓷的耐热、隔陶瓷的耐热、隔热、高强及高温抗氧化性，由于中间成分的连续热、高强

12、及高温抗氧化性，由于中间成分的连续变化，消除了材料中的宏观界面，整体材料表现变化，消除了材料中的宏观界面，整体材料表现出良好的热应力缓和特性。出良好的热应力缓和特性。在超高温、大温差、高速热流冲击等苛刻环境条件在超高温、大温差、高速热流冲击等苛刻环境条件下使用，可望用做新一代航天飞机的机身、燃烧下使用，可望用做新一代航天飞机的机身、燃烧室内壁等以及涡轮发动机、高效燃气轮机等提供室内壁等以及涡轮发动机、高效燃气轮机等提供超高温耐热材料。超高温耐热材料。 19二、梯度功能材料的特点及分类二、梯度功能材料的特点及分类v正在研究的梯度材料：正在研究的梯度材料：v（1密度梯度功能材料密度梯度功能材料v如

13、在铁粉中加入不同比例的硬脂酸锌如在铁粉中加入不同比例的硬脂酸锌C36H70O4Zn ，经过烧结后，硬脂酸锌分解，经过烧结后，硬脂酸锌分解，孔隙率连续变化，形成密度梯度材料。孔隙率连续变化，形成密度梯度材料。v特点：强度、硬度、耐磨性、耐蚀性随密度下降而特点：强度、硬度、耐磨性、耐蚀性随密度下降而减小，电阻率却很大。减小，电阻率却很大。20二、梯度功能材料的特点及分类二、梯度功能材料的特点及分类v正在研究的梯度材料：正在研究的梯度材料：v（2梯度功能涂层：梯度功能涂层：v梯度外层被喷涂到预制的大块构件上梯度外层被喷涂到预制的大块构件上, 优化过渡作优化过渡作用用,涂层保护构件其余部分避免受到构件

14、外部恶劣涂层保护构件其余部分避免受到构件外部恶劣的温度、腐蚀或磨损等条件的作用。的温度、腐蚀或磨损等条件的作用。vFGM 涂层制备的成本还相对较高涂层制备的成本还相对较高,阻碍了其进一步阻碍了其进一步的应用。发展可以工业化应用的制备技术及其相关的应用。发展可以工业化应用的制备技术及其相关设备是当务之急。设备是当务之急。21三、梯度功能材料的研究方法三、梯度功能材料的研究方法vFGM的研究一般由材料设计、材料合成和材料特的研究一般由材料设计、材料合成和材料特性评价三部分组成。性评价三部分组成。22材料设计材料设计FGM的设计：根据实际使用要求的设计：根据实际使用要求,对材料对材料的组成和结构梯度

15、分布进行设计。的组成和结构梯度分布进行设计。FGM设计主要构成要素设计主要构成要素: 1)确定结构形状确定结构形状,热力学边界条件和成分热力学边界条件和成分分布函数分布函数; 2)确定各种物性数据和复合材料热物性参确定各种物性数据和复合材料热物性参数模型数模型; 3)采用适当的数学采用适当的数学力学计算方法力学计算方法, 计算计算FGM的应力分布。的应力分布。三、梯度功能材料的研究方法三、梯度功能材料的研究方法23材料合成材料合成（1粉末冶金法粉末冶金法制取金属或用金属粉末或金属粉末制取金属或用金属粉末或金属粉末与非金属粉末的混合物作为原料，经过与非金属粉末的混合物作为原料，经过成形和烧结，制

16、造金属材料、复合以及各成形和烧结，制造金属材料、复合以及各种类型制品的工艺技术。种类型制品的工艺技术。是先将金属、陶瓷、晶须等颗粒状原是先将金属、陶瓷、晶须等颗粒状原料按设计的梯度分布方式积层排列成型，料按设计的梯度分布方式积层排列成型，经压实、烧结而成。经压实、烧结而成。三、梯度功能材料的研究方法三、梯度功能材料的研究方法24材料合成材料合成2. 等离子喷涂法等离子喷涂法 是将原料粉末送至等离子射流中是将原料粉末送至等离子射流中,用用等离子所产生的高温、超高速热源，把等离子所产生的高温、超高速热源，把原料粉末以熔融状态喷射到基材表面上原料粉末以熔融状态喷射到基材表面上形成涂层形成涂层. 喷射

17、过程中，通过改变原料粉末的组喷射过程中，通过改变原料粉末的组分，调节等离子射流的温度和流速，可分，调节等离子射流的温度和流速，可以在基材表面获得功能梯度涂层以在基材表面获得功能梯度涂层特点：沉积速率高、无需烧结特点：沉积速率高、无需烧结三、梯度功能材料的研究方法三、梯度功能材料的研究方法25材料合成材料合成3. 自蔓延燃烧高温合成法自蔓延燃烧高温合成法(SHS) 是通过加热原料粉末局部区域激发引燃反应是通过加热原料粉末局部区域激发引燃反应, 反反应放出的大量热量依次诱发临近层的化学反应应放出的大量热量依次诱发临近层的化学反应, 使反使反应自动持续的蔓延下去应自动持续的蔓延下去, 利用反应热将粉

18、末烧结成利用反应热将粉末烧结成材材. 三、梯度功能材料的研究方法三、梯度功能材料的研究方法26材料合成材料合成3. 自蔓延燃烧高温合成自蔓延燃烧高温合成法法(SHS) 过程：从成形体的一端过程：从成形体的一端点燃，反应自行向另一点燃，反应自行向另一端传播，形成梯度功能端传播，形成梯度功能材料。材料。三、梯度功能材料的研究方法三、梯度功能材料的研究方法27材料合成材料合成3. 自蔓延燃烧高温合成法自蔓延燃烧高温合成法(SHS)其基础是组元之间的化学反应为放热反应，形成燃其基础是组元之间的化学反应为放热反应，形成燃烧波能使化学反应自发地维持下去。烧波能使化学反应自发地维持下去。特点：制备过程简单、

19、反应迅速且能耗少、产品纯特点：制备过程简单、反应迅速且能耗少、产品纯度高、反应转化率高等优点；合成产物孔隙率大度高、反应转化率高等优点；合成产物孔隙率大以及反应过程速度快、温度高，致使陶瓷相的大以及反应过程速度快、温度高，致使陶瓷相的大小和形貌难以控制等不足。小和形貌难以控制等不足。如果在材料制备过程中同时施加压力，则可以得到如果在材料制备过程中同时施加压力，则可以得到高密度的燃烧产品。高密度的燃烧产品。 三、梯度功能材料的研究方法三、梯度功能材料的研究方法28v材料合成材料合成v4. 气相沉积法气相沉积法v 是根据沉积过程中沉积粒子的来是根据沉积过程中沉积粒子的来源不同可以分为化学气相沉积法

20、源不同可以分为化学气相沉积法(CVD法法)和物理气相沉积法和物理气相沉积法(PVD法法). 三、梯度功能材料的研究方法三、梯度功能材料的研究方法29材料合成材料合成CVD是将不同的气相均质源输送到反应器中进是将不同的气相均质源输送到反应器中进行均匀混合行均匀混合,在热基板上发生化学反应并使反在热基板上发生化学反应并使反应产物沉积在基板上。应产物沉积在基板上。通过控制反应气体的压力、组成及反应温度通过控制反应气体的压力、组成及反应温度,精精确地控制材料的组成、结构和形态确地控制材料的组成、结构和形态,并能使其并能使其组成、结构和形态从一种组分到另一种组分组成、结构和形态从一种组分到另一种组分连续

21、变化连续变化 三、梯度功能材料的研究方法三、梯度功能材料的研究方法30材料合成材料合成PVD是利用热蒸发、溅射、弧光放电等物理过是利用热蒸发、溅射、弧光放电等物理过程程,使金属加热蒸发沉积在衬底上进行涂层的使金属加热蒸发沉积在衬底上进行涂层的方法；方法；成分难以连续变化成分难以连续变化改进的改进的PVD方法，把反应气体通入金属蒸汽中，方法，把反应气体通入金属蒸汽中，使金属反应生成金属化合物。通过控制气体使金属反应生成金属化合物。通过控制气体组成和流量组成和流量,可以产生从金属到化合物的浓度可以产生从金属到化合物的浓度梯度如调节梯度如调节N2流量通过流量通过Ti蒸气制的蒸气制的Ti/TiN梯度材

22、料梯度材料三、梯度功能材料的研究方法三、梯度功能材料的研究方法31 材料合成材料合成 5. 激光熔覆法激光熔覆法 是将预先设计好组分配比的混合粉是将预先设计好组分配比的混合粉末末A放置在基底放置在基底B上上,然后以高功率的激光然后以高功率的激光入射至入射至A并使之熔化并使之熔化,便会产生用便会产生用B合金化合金化的的A薄涂层薄涂层,并焊接到并焊接到B基底表面上基底表面上,形成第形成第一包覆层。一包覆层。 改变注入粉末的组成配比改变注入粉末的组成配比,在上述覆层在上述覆层熔覆的同时注入熔覆的同时注入,在垂直覆层方向上形成组在垂直覆层方向上形成组分的变化。重复以上过程分的变化。重复以上过程,就可以

23、获得任意就可以获得任意多层的梯度膜多层的梯度膜三、梯度功能材料的研究方法三、梯度功能材料的研究方法32材料合成材料合成 6. 离心铸造法离心铸造法 是利用铸型旋转产生的离心力使是利用铸型旋转产生的离心力使溶液中密度不同的增强体和基体合金分溶液中密度不同的增强体和基体合金分离至内层或外层离至内层或外层, 使凝固后的成分组织呈使凝固后的成分组织呈现一种或多种成分梯度变化的工艺方法现一种或多种成分梯度变化的工艺方法. 通过改变转速、颗粒大小、加工时间、通过改变转速、颗粒大小、加工时间、温度和密度来控制成分的梯度分布温度和密度来控制成分的梯度分布.三、梯度功能材料的研究方法三、梯度功能材料的研究方法3

24、3材料合成材料合成 7. 电沉积法：低温下制备电沉积法：低温下制备FGM的化学的化学方法。方法。利用电镀的原理利用电镀的原理,将所选材料的悬浮液置将所选材料的悬浮液置于两电极间的外场中于两电极间的外场中,通过注入另一相的通过注入另一相的悬浮液使之混合悬浮液使之混合,并通过控制镀液流速、并通过控制镀液流速、电流密度或粒子浓度得到电流密度或粒子浓度得到FGM膜或材料膜或材料.电镀电镀在电场的作用下，在电解质溶液在电场的作用下，在电解质溶液镀液中由阳极和阴极构成回路，使镀液中由阳极和阴极构成回路，使溶液中的金属离子沉积到阴极镀件表面溶液中的金属离子沉积到阴极镀件表面上的过程。上的过程。三、梯度功能材

25、料的研究方法三、梯度功能材料的研究方法34v材料合成总的研究趋势是：材料合成总的研究趋势是：va.开发自动化程度高、操作简便的制备技术；开发自动化程度高、操作简便的制备技术；vb.开发大尺寸和复杂形状的开发大尺寸和复杂形状的FGM制备技术；制备技术；vc.开发精确控制梯度组成的制备技术；开发精确控制梯度组成的制备技术；vd.深入研究各种先进的制备工艺机理，特别是其深入研究各种先进的制备工艺机理，特别是其中的光、电、磁特性中的光、电、磁特性三、梯度功能材料的研究方法三、梯度功能材料的研究方法35特性评价特性评价FGM由于组成和性能是呈梯度变化的，由于组成和性能是呈梯度变化的，不能采用常规的测试方

26、法来评价其性能。不能采用常规的测试方法来评价其性能。目前对目前对FGM 的特性没有统一尺度的特性没有统一尺度,日日本、美国正致力于制订统一标准的研究。本、美国正致力于制订统一标准的研究。FGM的评价方法主要集中在功能梯度材的评价方法主要集中在功能梯度材料的力学性能和耐热性能评价上。料的力学性能和耐热性能评价上。三、梯度功能材料的研究方法三、梯度功能材料的研究方法36特性评价特性评价目前已开发出局部热应力试验评价、热屏目前已开发出局部热应力试验评价、热屏蔽性能评价和热性能测定、机械强度测蔽性能评价和热性能测定、机械强度测定等四个方面。还停留在功能梯度材料定等四个方面。还停留在功能梯度材料试验测定

27、等基础性的工作上。试验测定等基础性的工作上。功能梯度材料的特征评价涉及热力学、流功能梯度材料的特征评价涉及热力学、流体力学、传热学、材料学等多学科。体力学、传热学、材料学等多学科。三、梯度功能材料的研究方法三、梯度功能材料的研究方法37特性评价特性评价热疲劳特性评价可通过梯度材料在一定温热疲劳特性评价可通过梯度材料在一定温度下热传导系数随热循环次数的变化来度下热传导系数随热循环次数的变化来进行进行隔热性能是通过模拟实际环境进行试验隔热性能是通过模拟实际环境进行试验,测定材料在不同热负荷下的导热系数来测定材料在不同热负荷下的导热系数来加以评价加以评价热冲击性能通常是通过激光加热法和声发热冲击性能

28、通常是通过激光加热法和声发射探测法共同来确定的射探测法共同来确定的超高温机械强度的评价是在超高温机械强度的评价是在2000K以上以上的温度下的温度下,测定梯度材料的破坏强度测定梯度材料的破坏强度,并并建立相应标准建立相应标准三、梯度功能材料的研究方法三、梯度功能材料的研究方法38vFGM的应用在机械工程中的应用。主要应用的应用在机械工程中的应用。主要应用于航天工业、核能源等领域。于航天工业、核能源等领域。v能源，如热电转换装置，固体燃料电池、太阳能源，如热电转换装置，固体燃料电池、太阳能电池等。能电池等。v在光电，电磁，以及生物相容性领域都有着潜在光电，电磁，以及生物相容性领域都有着潜在的应用

29、在的应用四、梯度功能材料的应用四、梯度功能材料的应用39(1)耐热功能梯度材料耐热功能梯度材料功能梯度材料的主要应用领域。它以陶瓷功能梯度材料的主要应用领域。它以陶瓷金属组金属组合为主。航天飞机的应用合为主。航天飞机的应用效果：提高性能，耐热应力。效果：提高性能，耐热应力。功能梯度材料是未来航天发动机的理想材料。功能梯度材料是未来航天发动机的理想材料。四、梯度功能材料的应用四、梯度功能材料的应用40四、梯度功能材料的应用四、梯度功能材料的应用41(3)核功能梯度材料核功能梯度材料核聚变反应容器用耐辐射性的材料陶瓷作为容器壁核聚变反应容器用耐辐射性的材料陶瓷作为容器壁的内侧的内侧, 用导热性好且

30、强度高的材料金属作为外用导热性好且强度高的材料金属作为外侧侧, 两层之间设置原子成分不同的多层陶瓷两层之间设置原子成分不同的多层陶瓷, 并且并且两种材料的接合面处金属两种材料的接合面处金属陶瓷连续变化。陶瓷连续变化。有助于减少界面热传导或热膨胀所产生的应力。有助于减少界面热传导或热膨胀所产生的应力。梯度组成：金属梯度组成：金属-耐射线陶瓷耐射线陶瓷四、梯度功能材料的应用四、梯度功能材料的应用42(4)生物功能梯度材料生物功能梯度材料天然生物材料几乎均具有梯度结构和梯度功能。天然生物材料几乎均具有梯度结构和梯度功能。如动植物的层片结构，竹子的纤维螺旋状结如动植物的层片结构，竹子的纤维螺旋状结构，

31、人骨的哑铃状构，人骨的哑铃状 构造，皮肤的多层结构等，构造，皮肤的多层结构等，组织结构功能呈连续变化。组织结构功能呈连续变化。利用功能梯度材料的概念进行生物梯度材料的利用功能梯度材料的概念进行生物梯度材料的仿生研究，将开辟新的研究领域。仿生研究，将开辟新的研究领域。其特征是生物材料的构成要素组成结构及结其特征是生物材料的构成要素组成结构及结合形式等呈梯度渐变，满足生物材料在不合形式等呈梯度渐变，满足生物材料在不同部位上有不同性能。同部位上有不同性能。 四、梯度功能材料的应用四、梯度功能材料的应用43(4)生物功能梯度材料生物功能梯度材料动物的牙齿、骨头、关节等都是无机材料和动物的牙齿、骨头、关节等都是无机材料和有机材料的完美接合有机材料的完美接合,重量轻、韧性好、硬重量轻、韧性好、硬度高。度高。例如：梯度材料制成的牙齿例如：梯度材料制成的牙齿,埋入生物体内部埋入生物体内部的部分由多孔质且和人体有良好的相容性的部分由多孔质且和人体有良好的相容性的陶瓷组成的陶瓷组成, 露出的外部是硬度高的陶瓷，露出的外部是硬度高的陶瓷，为保持强度中心部分由