Обзор достижений в области объемных функционально-градиентных композиционных материалов

Монолитные компоненты часто оказываются недостаточными, когда требуется сочетание противоречивых свойств или изменение свойств в различных областях материала. Функционально-градиентные композиционные материалы (FGCM) представляют собой относительно новый класс материалов, характеризующийся систематическим изменением состава, микроструктуры и свойств в одном направлении. Градиентная структура обеспечивает возможность целенаправленного формирования сочетаний свойств, недостижимых в монолитных композиционных материалах, и в последние годы их разработке посвящено значительное число исследований. В настоящей статье рассмотрены последние достижения в области объемных FGCM, начиная с 2015 года. Обсуждены различные технологические методы, применяемые для их изготовления, с акцентом на преимущества, ограничения и последние усовершенствования, относящиеся к производству FGCM. Физические, механические и тепловые свойства FGCM рассмотрены раздельно; по возможности представлены сводные графики, объединяющие данные из различных научных публикаций. Наконец, определены перспективные направления дальнейших исследований FGCM. Сокращения: AM: аддитивное производство; ANOVA: дисперсионный анализ; ATZ: диоксид циркония, упрочненный оксидом алюминия; BCP: двухфазный фосфат кальция; BEI или BSE: изображения обратнорассеянных электронов; BG: биоактивное стекло; CAD: автоматизированное проектирование; CDHAp: гидроксиапатит с дефицитом кальция; CNT: углеродная нанотрубка; CoCGO: церий, легированный кобальтом и гадолинием; CTE: коэффициент теплового расширения; DED: прямое осаждение энергии; DIC: цифровая корреляция изображений; ELDS: электроразрядное спекание; EDX: энергодисперсионный рентгеновский анализатор; FDM: моделирование методом послойного наплавления; FGCC: функционально-градиентные твердые сплавы; FGCM: функционально-градиентные композиционные материалы; FGHM: функционально-градиентные твердые металлы; FSP: фрикционная обработка перемешиванием; FSW: сварка трением с перемешиванием; GDI: ударник с градиентом плотности; HA: гидроксиапатит; HIP: горячее изостатическое прессование; LCM: керамическое производство на основе литографии; LDMD: прямое лазерное осаждение металла; LMD: лазерное осаждение металла; LSCF: кобальтит феррита лантана; MLG: многослойный графен; MMC: композиционные материалы с металлической матрицей; MWCNT: многостенные углеродные нанотрубки; PAS: плазменно-активированное спекание; PFC: плазменные компоненты; PM: порошковая металлургия; RHA: зола рисовой шелухи; RVE: репрезентативный элемент объема; SEM: сканирующий электронный микроскоп; SHAp: стехиометрический гидроксиапатит; SLA: стереолитография; SLM: селективное лазерное плавление; SLS: селективное лазерное спекание; SOFC: твердооксидные топливные элементы; SPS: искровое плазменное спекание; TEM: просвечивающий электронный микроскоп; UHTC: ультравысокотемпературная керамика; WAAM: аддитивное производство методом электродуговой наплавки; YSZ: диоксид циркония, стабилизированный оксидом иттрия.