梯度结构材料的制备方法很多，根据不同材料和不同结构，人们开发了许多技术。根据Suresh的观点，梯度结构制备技术可分为构造法和基于传输的方法[3]。

构造法在原理上比较简单，是在空间比较精确地分布不同成分、结构的组元，并采用某种方法使这些组元能够紧密结合，具有一定的强度和功能。随着计算机和控制技术的发展，构造法能够在十几微米的精度内控制材料结构。

基于传输的方法则是根据一些科学现象，在材料中自然形成梯度，例如利用热扩散、物质扩散、热传导、物质的宏观迁移等规律，造成与时间相关的材料浓度、结构的连续变化。如果说构造法所形成的梯度是台阶式的话，基于传输法则是光滑函数。

1.3.1 构造法

1. 粉末冶金法制造梯度结构材料

粉末冶金是指以金属或者陶瓷粉末为原料，通过固结成形和高温致密化，实现粉末颗粒之间的冶金结合和消除孔隙，从而制备成具有一定形状尺寸和强度的块体。相对于熔炼方法，粉末冶金方法在成分设计、组元空间分布和近型成形方面具有显著优势。例如，在高温下互不相溶的金属与金属、金属与陶瓷、陶瓷与陶瓷颗粒能够很方便地通过粉末形式混合在一起。在组元的空间分布方面，通过手工或者计算机控制每一层粉末的厚度和原料成分，很容易实现梯度结构。当然，梯度的大小和精度取决于每一层粉末的厚度[25~26]。

分层铺粉法制备梯度结构的示意图如图1-12所示。

图1-12 分层铺粉法制备梯度结构材料示意图

如图所示，将不同成分的粉末依次加入压模后，加压成形，然后按照一定的烧结制度进行烧结，控制烧结工艺即可制备梯度结构。

构造法制备梯度结构材料的关键是烧结工艺的控制。粉末冶金材料的强度取决于粉末颗粒之间的冶金结合以及孔隙的消除，也就是所谓的致密化。粉末致密化的驱动力通常用烧结应力来表示，实际上是粉末颗粒表面能的降低和物质在高温下的扩散和流动共同作用的结果。

烧结应力是指使烧结体在烧结过程中沿某一轴向收缩刚好停止时必需的作用力，数值上恰好等于烧结体自身产生的收缩力，如图1-13所示。烧结应力一般包括粉末颗粒间的范德华力、静电力、金属键合力、电子作用力、本征拉普拉斯应力及有液相存在时表面张力作用下的附加力。

图1-13 烧结应力示意图