裂纹桥接的研究有助于预测梯度结构涂层中的裂纹扩展 。 梯度涂层的裂纹桥减轻了裂纹尖端的应力强度 。 层梯度对破裂驱动力和破裂持续时间有很大影响 。 同样 ， 碳-硅FGC提高了碳纤维的抗氧化性 。 因此 ， 基材和纤维的复合涂层可以有效阻止裂纹的分布 。
近年来 ， 许多研究人员对FGC进行了理论研究 ， 重点是数学模型 ， 如动力学系统、统计模型、微分方程或博弈论模型 。 一般来说 ， 逻辑模型包括在数学模型中 。 用于FGC建模的数值模拟方法包括有限元法（FEM）、边界元法（BEM）、有限差分法（FDM）和离散元法（DEM） 。 经验模型是基于观察而非理论的 ， 也称为统计模型 。 经验建模是开发观测和实验模型的操作的通称 。 语义原则支配着经验模型的操作 。
另一方面 ， 在功能梯度涂层领域报道了无数的实验研究 ， 其重点是开发用于各种摩擦、腐蚀和高温应用的陶瓷和金属涂层 。 多名评审人员讨论了各种制造工艺 ， 包括大气等离子喷涂（APS）、高速氧燃料（HVOF）、溅射工艺（SP）和用于双涂层和梯度涂层的电沉积工艺（ED） ， 其中他们探讨了与每种工艺相关的加工和技术问题 ， 如机械特性和应用 。 还回顾了热等静压（HIP）等用于提高结合强度和减少涂层中产生的残余应力的后热处理工艺 ， 提出了面临的挑战和研究机遇 。 在过去十年中 ， 研究重点转向了表面梯度涂层的演变和改进、生产技术和各种应用的材料组成 。 图2a显示了近年来有关FGC概念的出版物和引文数量 。

图2 （a）关于FGC概念的出版物和引文数量（b）基于基本原理的FGC制造技术分类 。
尽管之前的研究简要地确定了厚尺寸梯度材料制造工艺的挑战 ， 但值得注意的是 ， 讨论薄尺寸梯度涂层制造方法挑战的研究是有限的和未整合的 。 因此 ， 根据FGC的潜在应用和优势 ， 本文概述了基于基本原理（见图2b）的主要制造方法以及这些梯度涂层的性能 。
本文的其余部分组织如下：从第二节到第六节 ， 探讨了基于FGC常用基本原理的生产方法 ， 并提供了示意图 。 还考虑了生产方法和工艺参数的适用性和可行性 ， 以制备具有梯度结构、材料成分、喷涂距离和涂层厚度范围的涂层 。 此外 ， 考虑到工业部门的各种应用 ， 这些章节还讨论了FGC采用的不同涂层材料性能 ， 重点是铝、铜、铬镍铁合金、镍和钢 。 此外 ， 这些章节探讨了不同的涂层颗粒 ， 如氧化铝（Al2O3）、碳化硅（SiC）、碳化钨（WC）和氧化钇稳定氧化锆（YSZ） ， 这些颗粒通常用于提高摩擦学和高温性能 。 第七节讨论了FGC的高级工程应用以及基于研究差距的未来研究机会 。 还讨论了使用各种涂层和基材生产FGC时遇到的困难 。 本文还重点介绍了基底材料对FGC机械性能的影响 。 最后 ， 第八节是总结和结论 。
2、热工技术
2.1. 等离子炬喷涂工艺
传统等离子喷涂TBC在循环热应力下表现出严重的回弹问题 ， 因为梯度层和基材之间的粘结质量较差 ， 降低了抵抗腐蚀/侵蚀环境和层剥落的能力 。 通过在基材上使用梯度涂层纠正了这一问题 。 图3a显示了基板上不同涂层类型的示意图 。

图3 （a）基板上不同涂层类型的示意图和（b）显示氧化锆基涂层性能的示意图 。
当陶瓷组件用于FGC系统时 ， 金属组件的功能是提供耐久性和硬度 ， 而陶瓷组件提供足够的热阻 。 在等离子喷涂过程中 ， 铝化合物以及钇和铬被氧化 ， 生成的氧化物与YSZ反应 ， 生成多种化合物 。 在四点弯曲测量中 ， 陶瓷表面层的FGC弹性模量明显大于顶部金属层的FGC 。 由于YSZ的多孔结构 ， 弹性模量和拉伸能力随着YSZ含量的增加而降低 。 通过使用这些预混合的复合粉末 ， 可以控制喷涂参数以提供平滑的涂层 。

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