圖1-19 Cu50Zr50非晶凝固后表面成分梯度變化

圖1-20 Cu50Zr50非晶凝固后成分變化導致的晶化行為

2. 重力法制備梯度功能材料

重力法是指在重力的作用下，利用不同固體顆粒的密度以及粒徑大小，使材料成分從外到內呈一種或多種梯度變化的方法。該方法能制備出梯度連續(xù)變化的材料。

該方法依據的原理是層流狀態(tài)下的Stokes自由沉降公式，即

固體顆粒在液體介質中的沉降速度與顆粒的粒徑大小、顆粒的密度以及液體介質的密度和黏度有關。在同一條件下，同種粉末沉降時，顆粒度大的沉降快，不同種類粉末共同沉降時，顆粒度大的、密度大的沉降快，而密度低、粒徑小的顆粒沉降速度慢。通過控制顆粒的粒度分布和密度以及液體介質的密度和黏度，就可以控制顆粒的沉降速度。當兩種粉末顆粒共同沉降時，可以通過控制它們的質量和速度來控制單位時間內的沉降量。也就是說，通過控制原料粉末的粒度分布和沉降過程中的工藝參數，可以獲得組分連續(xù)變化的梯度結構材料。[3]

3. 液流法制備梯度結構材料

液流法是在冷卻或熔滲的過程中，通過控制液體的流動形成元素濃度梯度或者相體積濃度梯度，從而制備梯度結構材料。

在合金的凝固過程中，固液界面存在溶質原子的遷移，引起液體成分的逐漸變化，使固體長大時化學成分隨時間變化。通過控制凝固過程的工藝參數，可以制備凝固方向溶質原子濃度連續(xù)變化的梯度結構。

另外，先制備梯度多孔預制塊，再基于液體流動的浸滲，制備相體積分數梯度分布的結構也是一種應用廣泛的方法。一般的做法是，先制備高熔點相的預制塊，該相通常具有多孔梯度特征，然后將易熔化相以熔融狀態(tài)浸入預制塊。

梯度多孔預制塊一般通過分層壓制、噴涂法、溫度梯度條件燒結、激光表面加熱、紅外加熱、化學氣相滲透、陽極溶解等方法制備。隨后對梯度多孔預制塊制備進行浸滲，控制溶質偏析及流體流動結合的凝固過程，可以形成梯度結構。[3]