非均質材料（非均質梯度材料）是1987年由日本科學家新野正之等首先提出的新概念和新思想，其兩側由不同性能的材料組成，以對付苛刻的使用環(huán)境；而中間部分的組成和結構又是連續(xù)變化的，使其內部界面消失，以減小和克服結合部位的性能不匹配因素。現(xiàn)今國際上通稱這類材料為Frunctionally Graded Materials（FGM）。由于具有均質和復層材料所不具備的許多優(yōu)點，故FGM已引起了國內外材料業(yè)和研究機構的極大興趣和密切關注。近年來，世界上許多國家相繼開展了對FGM的研究工作并取得了一定的進展。在光學領域，非均質梯度材料已經(jīng)用于非線性光電子材料，通過把具有電光學、磁光學效果的材料加入到光學材料中的辦法，可以使新的光學部件和光記憶材料的制造成為可能。動物的牙齒、骨頭、關節(jié)等都是無機材料和有機材料的完美結合，重量輕、韌性好、硬度高。用非均質梯度材料制作的牙齒、關節(jié)等，可以較好地接近上述要求�，F(xiàn)在，利用高性能的分離膜和催化劑，將構造比較簡單的化合物合成化學工業(yè)原料的研究已經(jīng)開始，研究中所使用膜、催化劑及反應容器，都可以用非均質梯度材料來制造。非均質梯度材料也非常適合制造電子元件，通過調整材料的組成，使其梯度化，壓電系數(shù)和溫度系數(shù)等性能可以得到最恰當?shù)姆峙�，漂移和噪聲問題也可解決，使性能得到提高。更重要的是它將性能各異的材料按照設計的意愿在結構內部非均勻、連續(xù)地合成新型材料，將新材料的研制帶人了材料設計的更高層次。由于高速飛行器要求材料具有高強度、耐熱、耐腐蝕、耐氧化，又要求有良好的熱傳導和易加工性，過去解決的辦法是在金屬表面鍍上陶瓷膜來滿足這種性能要求，但鍍膜時兩種材料結合處存在嚴重的界面效應。而FGM是指沿著某一方向其物理、化學、生物等單一或復合性能發(fā)生連續(xù)或階梯變化，以適應不同環(huán)境，實現(xiàn)某種特殊功能的先進材料。FGM這種非均勻材料一般由分別能承受極高溫度的工程陶瓷和能承受機械載荷的金屬復合而成，構成FGM組分的顯微結構（陶瓷、金屬、無機或有機物，纖維和顯微氣孔等）不僅是連續(xù)分布，而且是可以控制的。從宏觀上看，各組分材料的體積含量在空間位置上是連續(xù)變化的，因此其復合材料的熱物性參數(shù)是空間位置的函數(shù)，與傳統(tǒng)的復合材料層合板相比，由于這類材料的力學和熱學參數(shù)沒有突變，可緩解應力集中并優(yōu)化熱應力分布。劉書田等提出了基于均勻化理論的FGM優(yōu)化設計方法，其利用均勻化理論建立復合材料宏觀性能與微結構表征量之間的關系，通過數(shù)學規(guī)劃技術確定微結構表征量沿梯度方向的分布規(guī)律。結果表明：在.FGM設計與制備中，分層數(shù)量對材料功能（應力緩和）有較大影響，但存在一個使得這種影響飽和的數(shù)值。因此，F(xiàn)GM可適當分層，而不必選用很多層。