粉末冶金概念范例(3篇)

粉末冶金概念范文篇1

关键词：冶金固废；制度；成本核算

中图分类号：F275文献标识码：A文章编号：1001-828X（2014）010-00-02

冶金固废综合利用企业的产品，是将在冶炼钢铁或其他金属过程中，直接排出的固体废料通过合理化利用，变废为宝成为很好的资源，促进节能减排工作。冶金固废产品进行成本核算，其目的是企业在进行定价决策时，需要掌握特定产品的成本信息；在进行生产流程优化决策时，需要掌握各个生产步骤的成本信息；在进行营销决策时，需要掌握特定订单或客户的产品成本信息，帮助了解并解决生产经营中所存在的问题，因此成本核算准确与否，事关企业的盈利能力、竞争能力和可持续发展能力。在2006年企业会计准则后，企业产品成本核算得到了进一步充实和完善。但是，无论是准则还是制度对企业成本核算的规定有限，都没有关于成本费用的归集和分配、在产品和产成品成本的核算内容。同时由于冶金固废综合利用企业在产品管理方面没有一个科学规范的计量方式，也没有相应将产成品记录到企业的资产负债表中。因此就影响了财务报告中存货成本和销售成本信息的准确性。该制度的及时颁布对于保证产品成本信息真实、完整，促进企业成本核算在降低生产成本，提高利润以及企业管理和财务决策水平等方面具有重大历史意义和现实意义。

一、冶金固废综合利用企业目前成本核算中存在的问题

1.成本计算对象不规范

冶金固废综合利用企业的产品主要是钢渣，钢渣产品是钢渣经处理加工后得到的各种产品的统称。根据全铁量及粒径的大小又可分为大渣钢、渣钢、钢渣磁选粉、钢渣尾渣等各种产品。由于目前成本计算方法是按钢渣产品的大类别归集生产费用，只计算钢渣产品的类别成本。由于没有对大渣钢、渣钢、钢渣磁选粉、钢渣尾渣等各种产品进行仔细精确的计量，因此没有再分配计算出各种产品成本的一种方法。为了使将来销售产品的耗费能够计量，从而与其收入相配比，必须正确地确定成本计算对象，这对任何一个生产有形产品的企业都是必要的。确定成本计算对象，就是为了解决计算什么成本，费用由谁来承担的问题。对其进行合理管理，能够为企业带来很好的经济效益。而当前这种缺乏完整性的核算方式，造成企业损失了很多经济效益。因此，成本核算是不完整和不符合配比原则的，同时也不利于产成品的管理。

2.费用分配标准不适当

冶金固废综合利用企业在经过翻渣作业后，使用钢渣一种原料，经过磁选、筛分的生产过程，生产出大渣钢、渣钢、钢渣磁选粉、钢渣尾渣等主要产品，对于耗费的共同费用即钢渣，没有选用适当的标准进行分配，合理地计入按成本计算对象开设的成本计算单中。由于钢渣的投入作为联合成本没有在分离点后的各种产品进行分配，使各类产品没有按可归属成本进行归集，影响了成本的准确性。

3.成本核算方法不够合理

产品成本计算不准确，只计算当期钢渣大类产品的生产成本，不再将大类生产成本在大渣钢、渣钢、钢渣磁选粉、钢渣尾渣等产成品中进行核算，直接将当月生产成本结转至销售成本，全部由当月各类产品的收入进行配比，造成由已销产品的收入来配比全部产品当期生产成本，人为造成成本不实，同时由于不进行产成品入库核算，造成账外库存产成品，造成账实不符。

二、目前冶金固废综合利用企业成本核算方法存在问题的成因

1.从生产工艺特点分析，冶金固废综合利用企业是使用炼钢厂的钢渣，经同一生产过程，生产出大渣钢、渣钢、钢渣磁选粉、钢渣尾渣等产品。由于含铁品位及其他方面的原因，产生了不同产品和同一产品的不同等级品。这些产品，可以根据各自不同的情况，分为联产品、副产品和等级品联产品和副产品是产品的两种不同的分类，它们既有联系也有区别。弄清这些联系和区别，就能在计算联产品和副产品的成本时，采用不同的方法，以达到既简化又准确的目的。联产品和副产品之间的联系，在于它们都是联合生产过程的产物，都是投入相同的原材料，经过同一生产过程而产生的。它们之间的区别，主要在于价值。冶金固废含铁品位高的的价值较大，如大渣钢、渣钢。而钢渣磁选粉、钢渣尾渣等副产品的价值一般较小。

2.投入相同的钢渣，经过同一生产过程后，生产费用在各种产品之间的分配方法，是根据产品的特点确定的，由于目前钢渣产品的计量指标（重量、体积），在生产完工后无法计量，因此钢渣产品总成本求得后，怎样在同类中各种产品之间进行分摊，以计算出各产品成本是问题的关键。

三、解决冶金固废综合利用企业成本核算问题的主要对策

根据《新制度》规定，冶金固废企业应当根据生产经营特点，以正常生产能力水平为基础，按照资源耗费方式确定合理的分配标准。应当按照权责发生制的原则，根据冶金固废产品的生产特点和管理要求结转成本。

首先，企业的管理人员应该加强成本的管理意识，培养会计工作人员的成本核算意识，更新管理理念，通过多种渠道来加强新制度的宣传力度，将会计成本的先进管理理念深入到每个工作人员的心中。

其次，在加强企业成本管理意识的同时，加大对成本的管理力度，动员企业全员参与，实行全过程的核算管理。此外，企业还应该对自身产品的价值链进行科学、系统的分析，将企业的外部成本管理与内部同步进行，全面降低企业的经营成本，以此来达到节约企业资源的目的。

第三，加强企业成本核算管理力度，企业在对内部进行会计成本核算之时，应该确保成本核算的系统性和科学性。要从冶金固废产品成本计算方法、生产类型、产品成本计算方法的组成要素等方面加强管理力度。

1.产品成本计算方法的概念

产品成本计算方法，是指把生产费用在企业生产的各种产品之间、产成品和产品之间进行分配的方法。构成一个产品成本计算方法，一般包括：（1）成本计算对象的确定；（2）成本明细账的设置；（3）成本项目的设置；（4）生产费用的归集及计入产品成本的程序；（5）间接费用的分配标准；（6）成本计算期的确定；（7）产品成本在产成品和在产品之间的划分；（8）产品总成本和单位成本的计算。

2.生产类型对成本计算方法的影响

企业采用什么成本计算方法，在很大程度上是由产品的生产特点即生产类型所决定的。产品的生产特点与产品成本计算方法的关系，主要表现在：成本计算对象的确定、生产费用的归集及计入产品成本的程序、成本计算期的确定、产品成本在产成品和在产品之间的划分等四个方面，这四者是成本计算的因素。正确理解和处理企业产品生产特点和成本计算诸因素之间的关系，对于合理确定成本计算方法，正确计算产品成本，具有重要意义。

3.产品成本计算方法的组成要素

（1）产品的成本计算对象

计算产品成本，必须先确定成本计算对象。成本计算对象是为计算产品成本而确定的归集生产费用的各个对象，也就是成本的承担者。确定成本计算对象，是设置产品成本明细账、分配生产费用和计算产品成本的前提。总的来说，成本计算对象总是产品，但是在不同的企业里，产品的生产特点往往是不同的，因而具体的成本计算对象，主要根据产品的生产特点来加以确定。例如：钢渣是单步骤生产，且生产的品种较少，每种产品产量大，采用专用设备重复地进行生产，属于大量生产。目前冶金固废企业处理的钢渣产品主要为大渣钢、渣钢、钢渣磁选粉、钢渣尾渣、工程回填用尾渣、钢渣砖等产品。因此要按每一品种的产成品作为成本计算对象。成本计算对象不但要适应企业生产的特点，还要根据成本管理的要求，分别产品的主次作不同的处理，既要防止过细过繁，又不能把不同的成本计算对象任意归并，“吃大锅饭”。一般有：产品的品种、产品的定单或批别、各个加工步骤的产品、产品的类别等。钢渣产品是大量大批单步骤生产，且管理上不要求提供有关生产步骤成本信息，一般按照产品品种确定成本核算对象。

（2）生产费用计入产品成本的程序

生产费用计入产品成本的程序，冶金固废企业一般设置直接材料、燃料和动力、直接人工和制造费用等成本项目。通过一系列的归集和分配手续，最后汇总计入产品成本的方法和骤，大致有以下几个步骤：①设置生产成本和制造费用明细账，冶金固废企业一般设置直接材料、燃料和动力、直接人工和制造费用等成本项目。②把各种费用的原始凭证及其他的有关资料，分别生产费用要素进行汇总，然后编制各种要素费用分配表，按其用途分配计入有关的生产成本明细账。冶金固废企业发生的直接材料和直接人工，能够直接计入成本核算对象的，应当直接计入成本核算对象的生产成本，否则应当按照合理的分配标准分配计入。冶金固废企业的钢渣是联合成本，根据生产经营特点和工艺要求采用相对销售价格分配法进行分配。③发生的制造费用，应当按照合理的分配标准按月分配计入各成本核算对象的生产成本，可以采取人工工时进行分配。④冶金固废企业应当根据产品的生产特点和管理要求，按成本计算期结转成本。冶金固废企业的产成品和在产品的成本核算，应当以月为成本计算期。可以选择原材料消耗量法恰当地确定完工产品和在产品的实际成本，并将完工入库产品的产品成本结转至库存产品科目。在产品数量、金额不重要或在产品期初期末数量变动不大的，可以不计算在产品成本。

参考文献：

[1]徐政旦，石人瑾，林宝.管一民.成本会计，上海财经大学会计教材系列丛书，1994：9.

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关键词：高炉；精料；稳定；顺行

中图分类号：TF538

文献标识码：A

文章编号：1009-2374（2012）21-0105-02

1概述

目前韶钢高炉生产存在的突出问题就是稳定问题。高炉生产不稳定，一是影响公司整个生产计划的执行，影响公司生产管理的连续性，影响采购、物流部门的计划性；二是影响公司的销售计划、经营业绩。如在公司销售困难、钢材价格低迷，需要适当控制产能时，高炉往往顺行好，产量高。而在钢材销售旺季、价格走高时高炉却炉况不顺，产量低，消耗高，影响公司的赢利能力。因此，必须想尽一切办法尽快扭转这种局面，确保高炉生产的长期稳定顺行。本人认为只有从加强对精料和高炉操作的认识入手，建立科学的技术标准，才能正确采用技术和管理措施，实现创新突破，减少高炉生产波动的幅度和次数，达到高炉长期稳定、高水平生产的目的。

2制定完善各类技术操作标准

建立适宜的原燃料技术条件或标准，过高或过低都不好，裕度适当；有害元素控制标准，建立监控体系；筛分标准、护炉操作标准，规程要适用。

（1）针对原燃料的变化，高炉应相应制定不同的标准与操作要求，确保高炉炉况顺行。目前韶钢原燃料入炉标准已比较完善，但认识上不够统一，入炉原燃料质量波动大，且高炉没能制定相应的高炉操作要求，采购与生产不能形成良好互动局面。

（2）控制炉渣中MgO/Al2O3值。因韶钢炉渣中Al2O3含量高达15%～17%，且炉渣的流动性差。为寻找适宜的炉渣组成，控制烧结矿MgO含量标准，为高炉的稳定顺行打下基础。控制炉渣的四元碱度不低于0.95，

根据炉渣碱度的变化调整烧结中的MgO的含量。

（3）块矿的筛分标准。进口块矿的含粉率高，小于5mm的比例达到20%以上。为加强块矿的筛粉工作，充分发挥好料三线块矿筛分能力。晴天，仓储中心应确保过筛后块矿含粉量小于10%、水份小于3%的标准，以确保入炉块矿含粉量小于5%的标准。在阴雨天块矿的筛粉存在较大的困难，必须降低其入炉比例以保证总入炉原料的含粉量的稳定，避免由于入炉含粉量增加影响高炉的透气性。

3对精料的认识

（1）加强进厂原燃料的分类管理。一要减少供应厂家，二要在厂内尽量分类堆放，加强管理。如外购焦炭供应厂家要缩减到8家以内，即一级焦供应厂家在3家以内，二级焦供应厂家在5家以内。厂内管理按照外购焦炭质量等级划定堆存场地，同时尽量减少厂内倒运，焦炭运输过程要尽量按“运鸡蛋”的要求来减少焦炭碎裂现象，减少焦粉和中焦量。

（2）加强高炉精料入炉攻关。

第一，注重自产焦炭的质量稳定。在高喷煤比的条件下，要特别重视焦炭质量波动对高炉正常运行的影响。

第二，提高矿筛筛分效率。通过对高炉槽下矿筛技术改进，确保筛分效率，杜绝粉末入炉，同时避免大于5mm的焦炭进入返矿，造成浪费。

第三，进行烧结矿强度和粒度组成攻关，控制入炉矿石的粒级，改善高炉透气性，为高炉优化指标，长期稳定顺行提供保障。

第四，增加技术储备，开发使用劣质原燃料技术。使用劣质原燃料技术要把矛盾解决在原燃料进入高炉之前，不能把矛盾转嫁给高炉。如采购价格低的劣质煤炼焦，必须通过优化配煤比、改进工艺操作等措施，使焦炭质量不降低，满足高炉对焦炭的要求。

（3）保持高炉合理炉料结构。根据公司的资源情况，针对不同种类球团矿、块矿的冶金性能，寻求高炉在一段时期内最合理的炉料结构，使高炉充分利用已有的资源。如在旱季可适当减少球团矿比例，加大进口矿比例。

（4）全面了解入炉原燃料有害元素的矿物组成，形成对矿物定期进行化学成份全分析机制，并根据炉料结构合理搭配各种炉料，力求将有害元素对高炉的影响减轻至最低程度。

（5）研究加大入炉有害元素的排放，减轻对高炉冶炼的影响。

4对高炉操作的认识

（1）通过对高炉布料规律的研究攻关，针对不同高炉寻求各高炉适宜的布料规律，并根据不同的原燃料条件确定与之相适应的布料规律。对高炉在不同条件下进行鼓风动能研究计算，摸索出各高炉最适宜的鼓风动能。针对高炉不同时期的状况，制定高炉相应的上、下部调剂方针，使高炉保持长期稳定顺行。

（2）建立四大制度操作标准。高炉上下部调剂要匹配，上部布料与下部鼓风匹配作为一个基本制度非常重要。下部吹透的基本原则是调节鼓风动能使其产生的回旋区炉缸活跃面积达到50%～55%，或者是回旋区深度与炉缸半径比达到0.28。

（3）建立不同炉型下高炉合理操作模式。要包括固有的操作模式以及高炉炉型损坏中出现炉内塌砖、渣皮剥落、炉喉钢砖变形、冷却壁烧坏等时的操作模式。如实际操作可通过检测高炉各层冷却水的水温差和热流强度，并且根据各个高炉耐火砖的材质，结合高炉的生产实际，制订出各个部位的标准。在出现差异时，分析原因，采取措施，及时纠正。

（4）摸索总结适应韶钢高炉的技术管理模式。生产稳定是高炉大型化生产的基本特点，技术管理上要克服忽高忽低的操控倾向，指标恒稳是大型化发挥效率的重要保证。

（5）强化化验分析工作，为高炉提供可靠的数据保障。同时要求调度精心组织，保证高炉兑包准点

率，保证渣铁的及时排放，保证高炉冶炼的顺利进行。

（6）强化检修组织。公司的检修组织要以“高炉为中心”，铁区各工序的检修要与高炉检修同步，

炼钢工序的检修要以不影响高炉生产为组织原则。

5转变观念，进行制度创新和技术创新

（1）管理要实现标准化、规范化、精细化、流程化、数量化，用完善、健全、系统的规章制度使企业正常地运行。各级领导、管理职能部门要有明确的岗位责任。不缺位、不越位、不失职、不伸手，该谁的事谁去管。要充分调动一切人员的积极性、创造性、主动性。

（2）重视技术创新。在资源形势紧张和钢铁市场压力下，企业更要确定好技术创新攻关课题，做好攻关的组织工作，并且要遵循科学的规律来应对压力。技术创新的课题有“劣质煤使用技术”、“等硅等铁技术”、“低品位、高Al2O3劣质矿使用技术”、“提高烧结矿质量的技术攻关”等。

（3）转变观念，调整思路，针对部分员工“指标到顶、潜力挖尽”的思想，提出“有条件论，但不唯条件论”的观点，端正态度学先进、鼓足勇气找差距。

（4）高炉生产是“七分原料，三分操作”。“七分原料”中，有三分是原料的管理，即“四分原料，六分管理”，即形成“粗料细作，科学炼铁”的新理念。

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关键词:梯度功能材料,复合材料,研究进展

abstract:thispaperintroducestheconcept，types，capability，preparationmethodsoffunctionallygradedmaterials.baseduponanalysisofthepresentapplicationsituationsandprospectofthiskindofmaterialssomeproblemsexistedarepresented.thecurrentstatusoftheresearchoffgmarediscussedandananticipationofitsfuturedevelopmentisalsopresent.

keywords:fgm；composite；theadvance

0引言

信息、能源、材料是现代科学技术和社会发展的三大支柱。现代高科技的竞争在很大程度上依赖于材料科学的发展。对材料,特别是对高性能材料的认识水平、掌握和应用能力,直接体现国家的科学技术水平和经济实力,也是一个国家综合国力和社会文明进步速度的标志。因此,新材料的开发与研究是材料科学发展的先导,是21世纪高科技领域的基石。

近年来,材料科学获得了突飞猛进的发展[1]。究其原因,一方面是各个学科的交叉渗透引入了新理论、新方法及新的实验技术;另一方面是实际应用的迫切需要对材料提出了新的要求。而fgm即是为解决实际生产应用问题而产生的一种新型复合材料，这种材料对新一代航天飞行器突破“小型化”，“轻质化”，“高性能化”和“多功能化”具有举足轻重的作用[2]，并且它也可广泛用于其它领域，所以它是近年来在材料科学中涌现出的研究热点之一。

1fgm概念的提出

当代航天飞机等高新技术的发展，对材料性能的要求越来越苛刻。例如：当航天飞机往返大气层，飞行速度超过25个马赫数，其表面温度高达2000℃。而其燃烧室内燃烧气体温度可超过2000℃，燃烧室的热流量大于5mw/m2,其空气入口的前端热通量达5mw/m2.对于如此大的热量必须采取冷却措施，一般将用作燃料的液氢作为强制冷却的冷却剂，此时燃烧室内外要承受高达1000k以上的温差,传统的单相均匀材料已无能为力[1]。若采用多相复合材料,如金属基陶瓷涂层材料,由于各相的热胀系数和热应力的差别较大,很容易在相界处出现涂层剥落[3]或龟裂[1]现象，其关键在于基底和涂层间存在有一个物理性能突变的界面。为解决此类极端条件下常规耐热材料的不足，日本学者新野正之、平井敏雄和渡边龙三人于1987年首次提出了梯度功能材料的概念[1]，即以连续变化的组分梯度来代替突变界面,消除物理性能的突变,使热应力降至最小[3]。

随着研究的不断深入，梯度功能材料的概念也得到了发展。目前梯度功能材料(fgm)是指以计算机辅助材料设计为基础，采用先进复合技术，使构成材料的要素（组成、结构）沿厚度方向有一侧向另一侧成连续变化，从而使材料的性质和功能呈梯度变化的新型材料[4]。

2fgm的特性和分类

2.1fgm的特殊性能

由于fgm的材料组分是在一定的空间方向上连续变化的特点如图2,因此它能有效地克服传统复合材料的不足[5]。正如erdogan在其论文[6]中指出的与传统复合材料相比fgm有如下优势:

1)将fgm用作界面层来连接不相容的两种材料,可以大大地提高粘结强度;

2)将fgm用作涂层和界面层可以减小残余应力和热应力;

3)将fgm用作涂层和界面层可以消除连接材料中界面交叉点以及应力自由端点的应力奇异性;

4)用fgm代替传统的均匀材料涂层,既可以增强连接强度也可以减小裂纹驱动力。

2.2fgm的分类

根据不同的分类标准fgm有多种分类方式。根据材料的组合方式，fgm分为金属/陶瓷，陶瓷/陶瓷，陶瓷/塑料等多种组合方式的材料[1]；根据其组成变化fgm分为梯度功能整体型（组成从一侧到另一侧呈梯度渐变的结构材料），梯度功能涂敷型（在基体材料上形成组成渐变的涂层），梯度功能连接型（连接两个基体间的界面层呈梯度变化）[1]；根据不同的梯度性质变化分为密度fgm，成分fgm，光学fgm，精细fgm等[4]；根据不同的应用领域有可分为耐热fgm，生物、化学工程fgm，电子工程fgm等[7]。

3fgm的应用

fgm最初是从航天领域发展起来的。随着fgm研究的不断深入,人们发现利用组分、结构、性能梯度的变化,可制备出具有声、光、电、磁等特性的fgm,并可望应用于许多领域。

功能

应用领域材料组合

缓和热应

力功能及

结合功能

航天飞机的超耐热材料

陶瓷引擎

耐磨耗损性机械部件

耐热性机械部件

耐蚀性机械部件

加工工具

运动用具:建材陶瓷金属

陶瓷金属

塑料金属

异种金属

异种陶瓷

金刚石金属

碳纤维金属塑料

核功能

原子炉构造材料

核融合炉内壁材料

放射性遮避材料轻元素高强度材料

耐热材料遮避材料

耐热材料遮避材料

生物相溶性

及医学功能

人工牙齿牙根

人工骨

人工关节

人工内脏器官:人工血管

补助感觉器官

生命科学磷灰石氧化铝

磷灰石金属

磷灰石塑料

异种塑料

硅芯片塑料

电磁功能

电磁功能陶瓷过滤器

超声波振动子

ic

磁盘

磁头

电磁铁

长寿命加热器

超导材料

电磁屏避材料

高密度封装基板压电陶瓷塑料

压电陶瓷塑料

硅化合物半导体

多层磁性薄膜

金属铁磁体

金属铁磁体

金属陶瓷

金属超导陶瓷

塑料导电性材料

陶瓷陶瓷

光学功能防反射膜

光纤;透镜;波选择器

多色发光元件

玻璃激光透明材料玻璃

折射率不同的材料

不同的化合物半导体

稀土类元素玻璃

能源转化功能

mhd发电

电极;池内壁

热电变换发电

燃料电池

地热发电

太阳电池陶瓷高熔点金属

金属陶瓷

金属硅化物

陶瓷固体电解质

金属陶瓷

电池硅、锗及其化合物

4fgm的研究

fgm研究内容包括材料设计、材料制备和材料性能评价。

4.1fgm设计

fgm设计是一个逆向设计过程[7]。

首先确定材料的最终结构和应用条件,然后从fgm设计数据库中选择满足使用条件的材料组合、过渡组份的性能及微观结构,以及制备和评价方法,最后基于上述结构和材料组合选择,根据假定的组成成份分布函数,计算出体系的温度分布和热应力分布。如果调整假定的组成成份分布函数,就有可能计算出fgm体系中最佳的温度分布和热应力分布,此时的组成分布函数即最佳设计参数。

fgm设计主要构成要素有三:

1)确定结构形状,热—力学边界条件和成分分布函数;

2)确定各种物性数据和复合材料热物性参数模型;

3)采用适当的数学—力学计算方法,包括有限元方法计算fgm的应力分布,采用通用的和自行开发的软件进行计算机辅助设计。

fgm设计的特点是与材料的制备工艺紧密结合,借助于计算机辅助设计系统,得出最优的设计方案。

4.2fgm的制备

fgm制备研究的主要目标是通过合适的手段,实现fgm组成成份、微观结构能够按设计分布,从而实现fgm的设计性能。可分为粉末致密法:如粉末冶金法(pm),自蔓延高温合成法(shs);涂层法:如等离子喷涂法,激光熔覆法,电沉积法,气相沉积包含物理气相沉积(pvd)和化学相沉积(cvd);形变与马氏体相变[10、14]。

4.2.1粉末冶金法(pm)

pm法是先将原料粉末按设计的梯度成分成形,然后烧结。通过控制和调节原料粉末的粒度分布和烧结收缩的均匀性,可获得热应力缓和的fgm。粉末冶金法可靠性高,适用于制造形状比较简单的fgm部件,但工艺比较复杂,制备的fgm有一定的孔隙率,尺寸受模具限制[7]。常用的烧结法有常压烧结、热压烧结、热等静压烧结及反应烧结等。这种工艺比较适合制备大体积的材料。pm法具有设备简单、易于操作和成本低等优点,但要对保温温度、保温时间和冷却速度进行严格控制。国内外利用粉末冶金方法已制备出的fgm有:mgc/ni、zro2/w、al2o3/zro2[8]、al2o3-w-ni-cr、wc-co、wc-ni等[7]。

4.2.2自蔓延燃烧高温合成法(self-propagatinghigh-temperaturesynthesis简称shs或combustionsynthesis)

shs法是前苏联科学家merzhanov等在1967年研究ti和b的燃烧反应时,发现的一种合成材料的新技术。其原理是利用外部能量加热局部粉体引燃化学反应,此后化学反应在自身放热的支持下,自动持续地蔓延下去,利用反应热将粉末烧结成材，最后合成新的化合物。其反应示意图如图6所示[16]：

shs法具有产物纯度高、效率高、成本低、工艺相对简单的特点。并且适合制造大尺寸和形状复杂的fgm。但shs法仅适合存在高放热反应的材料体系,金属与陶瓷的发热量差异大,烧结程度不同,较难控制,因而影响材料的致密度,孔隙率较大,机械强度较低。目前利用shs法己制备出al/tib2,cu/tib2、ni/tic[8]、nb-n、ti-al等系功能梯度材料[7、11]。

4.2.3喷涂法

喷涂法主要是指等离子体喷涂工艺,适用于形状复杂的材料和部件的制备。通常,将金属和陶瓷的原料粉末分别通过不同的管道输送到等离子喷枪内,并在熔化的状态下将它喷镀在基体的表面上形成梯度功能材料涂层。可以通过计算机程序控制粉料的输送速度和流量来得到设计所要求的梯度分布函数。这种工艺已经被广泛地用来制备耐热合金发动机叶片的热障涂层上,其成分是部分稳定氧化锆(psz)陶瓷和nicraly合金[9]。

4.2.3.1等离子喷涂法(ps)

ps法的原理是等离子气体被电子加热离解成电子和离子的平衡混合物,形成等离子体,其温度高达1500k,同时处于高度压缩状态,所具有的能量极大。等离子体通过喷嘴时急剧膨胀形成亚音速或超音速的等离子流,速度可高达1.5km/s。原料粉末送至等离子射流中,粉末颗粒被加热熔化,有时还会与等离子体发生复杂的冶金化学反应,随后被雾化成细小的熔滴,喷射在基底上,快速冷却固结,形成沉积层。喷涂过程中改变陶瓷与金属的送粉比例,调节等离子射流的温度及流速,即可调整成分与组织,获得梯度涂层[8、11]。该法的优点是可以方便的控制粉末成分的组成,沉积效率高,无需烧结,不受基体面积大小的限制,比较容易得到大面积的块材[10],但梯度涂层与基体间的结合强度不高,并存在涂层组织不均匀,空洞疏松,表面粗糙等缺陷。采用此法己制备出tib2-ni、tic-ni、tib2-cu、ti-al[7]、nicral/mgo-zro2、nicral/al2o3/zro2、nicraly/zro2[10]系功能梯度材料

4.2.3.2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末a放置在基底b上,然后以高功率的激光入射至a并使之熔化,便会产生用b合金化的a薄涂层,并焊接到b基底表面上,形成第一包覆层。改变注入粉末的组成配比,在上述覆层熔覆的同时注入,在垂直覆层方向上形成组分的变化。重复以上过程,就可以获得任意多层的fgm。用ti-a1合金熔覆ti用颗粒陶瓷增强剂熔覆金属获得了梯度多层结构。梯度的变化可以通过控制初始涂层a的数量和厚度,以及熔区的深度来获得,熔区的深度本身由激光的功率和移动速度来控制。该工艺可以显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热及电气特性和生物活性等性能,但由于激光温度过高,涂层表面有时会出现裂纹或孔洞,并且陶瓷颗粒与金属往往发生化学反应[10]。采用此法可制备ti-al、wc-ni、al-sic系梯度功能材料[7]。

4.2.3.3热喷射沉积[10]

与等离子喷涂有些相关的一种工艺是热喷涂。用这种工艺把先前熔化的金属射流雾化,并喷涂到基底上凝固,因此,建立起一层快速凝固的材料。通过将增强粒子注射到金属流束中,这种工艺已被推广到制造复合材料中。陶瓷增强颗粒,典型的如sic或al2o3,一般保持固态,混入金属液滴而被涂覆在基底,形成近致密的复合材料。在喷涂沉积过程中,通过连续地改变增强颗粒的馈送速率,热喷涂沉积已被推广产生梯度6061铝合金/sic复合材料。可以使用热等静压工序以消除梯度复合材料中的孔隙。

4.2.3.4电沉积法

电沉积法是一种低温下制备fgm的化学方法。该法利用电镀的原理,将所选材料的悬浮液置于两电极间的外场中,通过注入另一相的悬浮液使之混合,并通过控制镀液流速、电流密度或粒子浓度,在电场作用下电荷的悬浮颗粒在电极上沉积下来,最后得到fgm膜或材料[8]。所用的基体材料可以是金属、塑料、陶瓷或玻璃,涂层的主要材料为tio2-ni,cu-ni,sic-cu,cu-al2o3等。此法可以在固体基体材料的表面获得金属、合金或陶瓷的沉积层,以改变固体材料的表面特性,提高材料表面的耐磨损性、耐腐蚀性或使材料表面具有特殊的电磁功能、光学功能、热物理性能,该工艺由于对镀层材料的物理力学性能破坏小、设备简单、操作方便、成型压力和温度低,精度易控制,生产成本低廉等显著优点而备受材料研究者的关注。但该法只适合于制造薄箔型功能梯度材料。[8、10]

4.2.3.5气相沉积法

气相沉积是利用具有活性的气态物质在基体表面成膜的技术。通过控制弥散相浓度,在厚度方向上实现组分的梯度化,适合于制备薄膜型及平板型fgm[8]。该法可以制备大尺寸的功能梯度材料,但合成速度低,一般不能制备出大厚度的梯度膜,与基体结合强度低、设备比较复杂。采用此法己制备出si-c、ti-c、cr-crn、si-c-tic、ti-tin、ti-tic、cr-crn系功能梯度材料。气相沉积按机理的不同分为物理气相沉积(pvd)和化学气相沉积(cvd)两类。

化学气相沉积法(cvd)是将两相气相均质源输送到反应器中进行均匀混合,在热基板上发生化学反应并使反映产物沉积在基板上。通过控制反应气体的压力、组成及反应温度,精确地控制材料的组成、结构和形态,并能使其组成、结构和形态从一种组分到另一种组分连续变化,可得到按设计要求的fgm。另外,该法无须烧结即可制备出致密而性能优异的fgm,因而受到人们的重视。主要使用的材料是c-c、c-sic、ti-c等系[8、10]。cvd的制备过程包括：气相反应物的形成；气相反应物传输到沉积区域；固体产物从气相中沉积与衬底[12]。

物理气相沉积法(pvd)是通过加热固相源物质,使其蒸发为气相,然后沉积于基材上,形成约100μm厚度的致密薄膜。加热金属的方法有电阻加热、电子束轰击、离子溅射等。pvd法的特点是沉积温度低,对基体热影响小,但沉积速度慢。日本科技厅金属材料研究所用该法制备出ti/tin、ti/tic、cr/crn系的fgm[7~8、10~11]

4.2.4形变与马氏体相变[8]

通过伴随的应变变化,马氏体相变能在所选择的材料中提供一个附加的被称作“相变塑性”的变形机制。借助这种机制在恒温下形成的马氏体量随材料中的应力和变形量的增加而增加。因此,在合适的温度范围内,可以通过施加应变(或等价应力)梯度,在这种材料中产生应力诱发马氏体体积分数梯度。这一方法在顺磁奥氏体18-8不锈钢(fe-18%,cr-8%ni)试样内部获得了铁磁马氏体α体积分数的连续变化。这种工艺虽然明显局限于一定的材料范围,但能提供一个简单的方法,可以一步生产含有饱和磁化强度连续变化的材料,这种材料对于位置测量装置的制造有潜在的应用前景。

4.3fgm的特性评价

功能梯度材料的特征评价是为了进一步优化成分设计,为成分设计数据库提供实验数据,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、机械强度测定等四个方面。这些评价技术还停留在功能梯度材料物性值试验测定等基础性的工作上[7]。目前,对热压力缓和型的fgm主要就其隔热性能、热疲劳功能、耐热冲击特性、热压力缓和性能以及机械性能进行评价[8]。目前,日本、美国正致力于建立统一的标准特征评价体系[7~8]。

5fgm的研究发展方向

5.1存在的问题

作为一种新型功能材料,梯度功能材料范围广泛,性能特殊,用途各异。尚存在一些问题需要进一步的研究和解决,主要表现在以下一些方面[5、13]:

1）梯度材料设计的数据库（包括材料体系、物性参数、材料制备和性能评价等）还需要补充、收集、归纳、整理和完善；

2）尚需要进一步研究和探索统一的、准确的材料物理性质模型，揭示出梯度材料物理性能与成分分布，微观结构以及制备条件的定量关系，为准确、可靠地预测梯度材料物理性能奠定基础；

3）随着梯度材料除热应力缓和以外用途的日益增加，必须研究更多的物性模型和设计体系，为梯度材料在多方面研究和应用开辟道路；

4）尚需完善连续介质理论、量子（离散）理论、渗流理论及微观结构模型，并借助计算机模拟对材料性能进行理论预测，尤其需要研究材料的晶面（或界面）。

5)已制备的梯度功能材料样品的体积小、结构简单,还不具有较多的实用价值;

6)成本高。

5.2fgm制备技术总的研究趋势[13、15、19-20]

1）开发的低成本、自动化程度高、操作简便的制备技术；

2）开发大尺寸和复杂形状的fgm制备技术；

3）开发更精确控制梯度组成的制备技术（高性能材料复合技术）；

4）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。

5.3对fgm的性能评价进行研究[2、13]

有必要从以下5个方面进行研究：

1）热稳定性，即在温度梯度下成分分布随时间变化关系问题；

2）热绝缘性能；

3）热疲劳、热冲击和抗震性；

4）抗极端环境变化能力；

5）其他性能评价，如热电性能、压电性能、光学性能和磁学性能等