梯度材料

梯度材料是一种其性能在空间上发生明确变化的材料。造成这种变化的原因可能是化学成分、组织结构或孔隙率的变化。其典型特征是不同功能区域之间存在连续或分级的过渡。例如，可以将坚硬、耐磨的边缘区域与韧性更高、不易断裂的芯部相结合。

在粉末冶金中，梯度材料通常通过有针对性地排列不同的粉末区域来制备。为此，将成分、粒度或密度不同的金属粉末进行可控分层，压实，然后进行烧结。在烧结过程中，颗粒会局部形成键合。由此制成的部件具有空间变化的组织特性，且不存在传统复合材料中那种明显的分界线。

一个重要的应用领域是工具和耐磨保护部件。例如，在此类应用中，将非常坚硬的表面与更具延展性的基体相结合，一方面可最大限度地减少磨损，另一方面可避免断裂或剥落。对于承受高热负荷的部件，情况亦是如此。在此类应用中，可利用导热率或热膨胀率的梯度来降低应力并延长使用寿命。此类梯度材料的制造对粉末混合和成型工艺提出了极高要求。在此过程中，必须确保局部成分的可重复性。粉末的混合质量、粒度分布和流动性能至关重要。精密粉末混合机有助于为各个区域提供预定义的粉末组合。在第二步中，必须对这些区域进行填充和压实，以在部件中形成所需的梯度。

梯度材料是粉末冶金、陶瓷技术和复合材料之间的交叉领域。在硬质合金、金属陶瓷和高性能陶瓷中，也采用了类似的概念，以在单个部件中结合不同的性能特征。