功能梯度材料是一种具有倾斜功能的材料，它的正面特性和功能极不同于它背面的特性和功能，它的中间组分和结构根据高级材料设计方法控制在显微水平上，尤其适于工作环境。功能梯度材料的设想是5，6年前首次由国家航天实验室和东北大学的研究人员提出来的。它的历史不长，但它的重要窣义是举世公认的。能够像飞机那样垂直升降和往返太空和地球之间的“航天飞机”的研制工作，是21世纪太空开发的主要目标之一。实现这个目标有许多技术问题。最重要的是，高耐热性材料的开发是不可或缺的。航天飞机以特超音速长时间飞行在大气层里并加速。因此，如空气的摩擦使机体外部和发动机外部暴露在高温下，同时它们的内部又使液氢冷却。要对付这种情况，机体和发动机的材料须经受这样的苛刻条件：2000 K的表面温度代表绝对温度）、不足10毫米的厚度以及1000 K的温差，换句话说，需要这样一种材料：正面是耐热性需要的陶瓷组分，背面是满足冷却效率和机械强度需要的金属，中间是组分逐渐从陶瓷变成金属的一种材料。至于组成均匀的传统材料，其所有部位的功能是相同的，所以难以满足前、后表面的不同条件。为解决这个问题，采取了把陶瓷与金属结合在一起提高耐热性的措施。尽管如此，反复使用后，材料之间的特性差异也可能引起接合面分离。再说功能梯度材料，它本身是按组分能不断变化的方式设计的，从而使它不大可能因特性差异而发生破裂。

自1987财政年度以来，日本发表了一项题为《功能梯度材料开发基础技术研究》的研究计划，由科技发展资金资助。该计划的最终目标是建立制造功能梯度材料的基础技术，这种材料作为航天飞机的防护材料可用在最高温度2000 K、最大温差1000 K这样的环境条件下。该计划包括第一阶段（3年，1987—1989年）和第二阶段（2年，1990~1991年）。就第一阶段而言，已着手试验性地制造厚度1~10毫米、直径30 毫米的小型样品。至于第二阶段，厚度相同、300平方毫米的金属板正处在想象之中，研究机构由，材料设计、结构控制相性能评估三个部门构成。研究是在每个部门的合作下进行的。

材料设计部决定制造梯度功能材料必需的材料的组分和微结构分布，并为结构控制部提供结果。接到开发计划包括形状和工作条件后，人工智能根据知识库选择合成材料的多种组分。随后，当梯度组合率发生变化时，该部门推测单独组分的特性，从而发现预定温度下热应力的最佳条件。重复这种过程，便能最终决定最佳材料组分、最佳或条组分分布以及微结构分布。

结构控制部实际上是根据材料设计部提供的数据合成功能梯度材料。他们的合成技术包括许多方法，比如CVD，PVD，薄薄膜层压，真空等离子注射等。负责此项研究的许多大学和团体成功地试验性地制造出尺寸30毫米的盘状功能梯度材料，这是第一阶段的目标。比如作为CVD的结果，东北大学金属材料研究实验室建立了一种SiS功能梯度材料合成法，而且基于以上成果，Sumitomo电气工业株式会社成功地开发出一种把CPD和PVD结合在一起的合成方法。NKK公司建立了一种用薄薄膜层压制备无破扳平面ZBO₂-Ni功能梯度材料的方法，薄膜层压法在大规模生产的加工性方面有优势，因而可望合成大型、等杂形状的功能梯度材料。日本钢铁公司研制出一种4孔式真空同步注射装置，在控制气氛下把粉末从4个方向馈入等离子体枪，从而成功地合成了组分更为接近的梯度薄膜。该方法可望用于大型结构。除了上面所述的，政府工业研究所研制出一种利用自动发热反应的合成技术，收到了良好的效果。在此领域，目前正在积极进行制造300平方毫米平板（第二阶段的目标）的研究。

性能评估部对合成的功能梯度材料进行性能评估。典型的评估方法有热冲击试验（采用激光局部加热法）和高温差基础评估法，国家航天实验室正在进行高温差基础评估试验。目前正在对由结构控制部制造的功能梯度材料进行初期评估试验。

功能梯度材料用途广泛，不仅能用在航天飞机领域，还能用在其他诸多领域。预计，它们的用途包括：发动机燃烧室壁、涡轮片、聚变反应堆、生物功能材料，比如人造牙齿以及折射率不同的光纤。1988年2月，成立了功能梯度材料研究所。功能梯度材料的未来趋势正引起众人的关注。

[Technology Japan，1991年，10月]