Матеріали градієнтні

Визначення і загальна характеристика

МАТЕРІА́ЛИ ГРАДІЄ́НТНІ — матеріали, для яких характерний за­даний роз­поділ складу, структури та властивостей за обʼємом, 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 обʼє­­мі 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 обʼєм. 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.

Літ.: Гасик М. М. Теоретические и технологические основы функцио­­нальных градиентных материалов. Дн., 1997; Y. Mi­­yamoto, B. Rabin, W. Kaysser. Func­­tionally Graded Materials. 1999; R. G. Ford, R. H. Hersberger. Functionally Graded Materials: Technology Leveraged Appli­­cations. 2002; O. van der Biest, M. Gasik, J. Vleugels. Functionally Graded Materi­als VІІІ. 2005; Гасик М. М. Градиентные материалы // Неорган. материаловедение. Материалы и технологии. К., 2008. Т. 2, кн. 1.

М. М. Гасик

Завантажити статтю