Матеріали градієнтні

Визначення і загальна характеристика

МАТЕРІА́ЛИ ГРАДІЄ́НТНІ  — матеріали, для яких характерний заданий розподіл складу, структури та властивостей за об’ємом, і які перевершують за цими ознаками інші гомогенні (традиційні) композиційні матеріали, що мають ті ж самі складники компонентів (фаз). Ін. назва — функціонал. М. г. Іноді М. г. зараховують до більш заг. поняття «матеріалознавчі рішення» (англ. materials solutions), тобто орієнтовані на вирішення конкрет. задач. Згідно з рекомендаціями Міжнар. комітету з М. г., їх відрізняють від гомоген. матеріалів за наявністю градієнта структури і/або властивостей. До М. г., зазвичай, не належать матеріали, у яких негомогенні властивості чи структури виникають природ. шляхом, напр., у результаті дифузії, а не як наслідок спеціально проведених технол. заходів. Матеріалознавці планували створити неоднорід. матеріал зі штуч. анізотропією складу структури та відповід. властивостей в одному, двох або трьох вимірах. Нині М. г. класифікують за видом їхнього застосування, за комбінацією компонентів, за походженням градієнта та за його природою (напр., фіз., хім., структур., індуков. та ін.). Структурі М. г. у найпростішому випадку характерний анізотроп. напрям розподілу одного компонента в об’є­­мі другого (для двофаз. системи). Системи більш високого порядку (три, чотири компоненти) можуть розглядати аналогічно, однак потрібно врахувати більш склад. вплив взаємодії між фазами. Створення цільового тримір. виробу з заданими профілями концентрації, структури і, відповідно, властивостями можна розглядати як кінцеву мету технології М. г. Теор. положення, які використовують для проектування композиц. матеріалів, зазвичай, не підходять для розрахунків властивостей і визначення оптимал. структури М. г. Для них ще не розроблені універсал. співвідношення, які б дозволили комбінування теор. принципів, властивостей і моделей. Гол. метод, який використовують для аналізу та дизайну М. г., ґрунтується на числен. методах кінцевих елементів і його різновидів. Якщо для матеріалу характерна анізотропія, то простий вимір властивостей зразка матеріалу буде давати різні результати залежно від того, яким чином він був отриманий із вихід. матеріалу та розміщений для тестування. Досягти градієнта складу у об’єм. М. г. можливо кількома способами, однак найекономічнішою технологією є порошк. металургія. Завдяки їй у знач. мірі можна управляти мікроструктурою від поч. вироб. циклу. Відомо понад 200 комбінацій виготовлення М. г. за допомогою порошк. металургії. Якщо не враховувати деякі додатк. стадії вироб. циклу, процес залишається таким самим, як і для звичай. технології порошк. металургії. Різні види М. г. розробляють для вирішення специфіч. задач, напр., з градієнтом магніт., електрон. і ін. властивостей. Дослідно засвідчено ефективність М. г. в умовах термо­ядер. реактора, де існує багато вимог: високий опір тепловому удару, висока мех. міцність, стійкість проти нейтрон. випромінювання та ін. Нині дослідж. у галузі М. г. зосереджено на пошуку практич. застосувань цих матеріалів, як і традиц. (напр., покриття), так і нових («матеріали наступ. поколінь»); оптимізації наук. розробок з метою інтеграції масиву фундам. проблем і експерим. даних з широким діапазоном практич. застосування; інтеграція тех. рішень, властивих концепції М. г.

Завантажити статтю