Vật liệu phân lớp chức năng FGM được chế tạo bằng việc trộn lẫn hai loại vật liệu chức năng khác nhau theo một tỉ lệ thể tích nhất định. Vì lý do đó, tùy vào chức năng vật liệu cần phải có cho yêu cầu sử dụng mà tỉ lệ trộn có thể: thay đổi từ đồng nhất ở biên và thay đổi dần vào lõi, thay đổi từ biên đến đồng nhất ở lõi, hoặc thay đổi
Tổng quan 9
từ biên dưới lên biên trên. Thông thường để chịu tải cơ nhiệt loại vật liệu phân lớp chức năng kim loại – gốm (Ceramic) được áp dụng. Vật liệu chức năng kim loại - gốm có đặc tính cơ học của cả hai loại vật liệu kim loại và gốm. Bảng 2.1 bên dưới đây thể hiện các tính năng cơ học của các loại vật liệu thường sử dụng cho tấm sandwich chức năng FGM.
Bảng 2.1. Các đặc tính vật liệu của ceramic và kim loại
Vật liệu Vị trí Tính năng cơ học
Gốm Vùng có nhiệt độ cao + Chịu nhiệt cao
+ Chống oxy hóa
+ Dẫn nhiệt thấp
Gốm – kim loại Các lớp bên trong Loại bỏ những vấn đề về mặt tiếp xúc của các loại vật liệu khác nhau
Kim loại Vùng có nhiệt độ thấp + Chịu lực cao
+ Hệ số dẫn nhiệt cao
+ Độ dẽo dai cao
2.1.2 Lịch sử phát triển và ứng dụng
Khái niệm vật liệu phân lớp chức năng xuất hiện lần đầu tiên vào giữa thập niên 1980 tại Nhật Bản bởi một nhóm các nhà khoa học những người đã tạo ra một loại vật liệu mới chống lại những ảnh hưởng của nhiệt trong ngành hàng không, vật liệu mới này có khả năng chịu được môi trường nhiệt độ cao và loại bỏ được hiện tượng tập trung ứng suất tại ví trí tiếp xúc giữa các lớp vật liệu khác nhau. Nghiên cứu đó tập trung lên những kết cấu có một mặt trong môi trường lạnh và mặt còn lại trong môi trường nhiệt độ rất cao. Vật liệu gốm được chọn cho mặt nóng với nhiệt độ lên đến 2000K trong môi trường oxy hóa, và mặt lạnh với nhiệt độ 1000K, vật liệu có tính năng dẫn nhiệt, bền, dẻo như kim loại được chọn (1998) [28].
Ngoài Nhật Bản, số lượng nghiên cứu trên vật liệu FGM tăng nhanh chóng và trở thành chủ đề được ưa thích trong nghiên cứu vật liệu những năm sau đó bao gồm
Tổng quan 10
các nước như Đức, Thụy Sỹ, Mỹ, Trung Quốc, Nga. Rất nhiều ứng dụng của FGM được giới thiệu trong những năm gần đây như mô cấy sinh học, động cơ tên lửa, kỹ thuật hàng không, các thiết bị cắt, hệ thống chuyển đổi điện trong các nhà máy nguyên tử.