济南大学复合材料原理第10章

1、1用途用途结构复合材料结构复合材料功能复合材料功能复合材料 以其力学性能如强度、以其力学性能如强度、刚度、形变等特性为工程刚度、形变等特性为工程所应用，主要用于结构承所应用，主要用于结构承力或维持结构外形。力或维持结构外形。 以其声、光、电、热、磁等以其声、光、电、热、磁等物理特性为工程所应用，用于如物理特性为工程所应用，用于如绝热、透波、耐腐蚀、耐磨、减绝热、透波、耐腐蚀、耐磨、减振或热变形等热、声、光、电、振或热变形等热、声、光、电、磁的功能要求。磁的功能要求。2组成组成基体材料基体材料(连续相连续相)功能体功能体(分散相分散相)粘结、保护纤粘结、保护纤维作用，某些维作用，某些情况下也起功

2、情况下也起功能作用。能作用。 复合材料的功能特性复合材料的功能特性主要由功能体贡献，加入主要由功能体贡献，加入不同特性的功能体可得到不同特性的功能体可得到特性各异的功能复合材料。特性各异的功能复合材料。3 单一功能复合材料中其功能性单一功能复合材料中其功能性质虽然由功能体提供，但基体不仅质虽然由功能体提供，但基体不仅起到粘结和赋形作用，同时也会对起到粘结和赋形作用，同时也会对复合材料整体的物理性能有影响。复合材料整体的物理性能有影响。 多元功能体的复合材料可以具多元功能体的复合材料可以具有多种功能，同时还有可能由于产有多种功能，同时还有可能由于产生复合效应而出现新的功能。生复合效应而出现新的功

3、能。4 (1) 应用面宽。根据需要可设计与制备出不同功能的复合应用面宽。根据需要可设计与制备出不同功能的复合 材料，以满足现代科学技术发展的需求。材料，以满足现代科学技术发展的需求。(2) 研制周期短。研制周期短。 一种结构材料从研究到应用，一般需要一种结构材料从研究到应用，一般需要10-15 年左石，甚至更长，而功能复合材料的研制年左石，甚至更长，而功能复合材料的研制 周期要短得多。周期要短得多。(3) 附加值高。单位质量的价格与利润远远高于结构复合材料附加值高。单位质量的价格与利润远远高于结构复合材料(4) 小批量，多品种。功能复合材料很少有大批量，小批量，多品种。功能复合材料很少有大批量

4、， 但品种但品种 需求多。需求多。(5) 适于特殊用途。在不少场合，功能复合材料有着其他材料适于特殊用途。在不少场合，功能复合材料有着其他材料 无法比拟的使用特性。无法比拟的使用特性。5金属基复金属基复合材料合材料非金属基非金属基复合材料复合材料功能复合材料功能复合材料高聚物基高聚物基复合材料复合材料无机非金属基无机非金属基复合材料复合材料树脂基复树脂基复合材料合材料橡胶基复橡胶基复合材料合材料热固性树脂热固性树脂基复合材料基复合材料热塑性树脂热塑性树脂基复合材料基复合材料基体不同基体不同6功能特性功能特性磁功能复合材料磁功能复合材料电功能复合材料电功能复合材料光功能复合材料光功能复合材料热功

5、能复合材料热功能复合材料摩擦功能复合材料摩擦功能复合材料阻尼功能复合材料阻尼功能复合材料防弹功能复合材料防弹功能复合材料辐射功能复合材料辐射功能复合材料7功能复合材料的主要类型功能复合材料的主要类型功能特征功能特征主要类型主要类型用途用途磁功能磁功能复合材料复合材料屏蔽复合材料屏蔽复合材料吸波复合材料吸波复合材料透波复合材料透波复合材料柔韧磁体、磁记录柔韧磁体、磁记录隐身材料隐身材料雷达罩、天线罩雷达罩、天线罩导电导电复合材料复合材料聚合物基导电复合材料聚合物基导电复合材料本征导电聚合物材料本征导电聚合物材料压电复合材料压电复合材料陶瓷基导电复合材料陶瓷基导电复合材料水泥基导电复合材料水泥基导

6、电复合材料金属基导电复合材料金属基导电复合材料导电纳米复合材料导电纳米复合材料超导复合材料超导复合材料屏蔽屏蔽防静电、开关防静电、开关压电传感器压电传感器高压绝缘高压绝缘建筑物绝缘建筑物绝缘高强、耐热导电材料高强、耐热导电材料锂电池锂电池医用核磁成像技术医用核磁成像技术减少电磁波对信息减少电磁波对信息系统的干扰、减弱系统的干扰、减弱电磁波对人体健康电磁波对人体健康的损害。的损害。吸收或衰减入射的吸收或衰减入射的电磁波，使其因干电磁波，使其因干涉而消失或将其电涉而消失或将其电磁能转换为其他形磁能转换为其他形式的能量。式的能量。8功能特征功能特征主要类型主要类型用途用途光功能光功能复合材料复合材料

7、透光复合材料透光复合材料光传导复合材料光传导复合材料发光复合材料发光复合材料光致变色复合材料光致变色复合材料感光复合材料感光复合材料光电转换复合材料光电转换复合材料光记录复合材料光记录复合材料农用温室顶板农用温室顶板光纤传感器光纤传感器荧光显示板荧光显示板变色眼镜变色眼镜光刻胶光刻胶光电导摄像管光电导摄像管光学存储器光学存储器热功能热功能复合材料复合材料烧蚀防热复合材料烧蚀防热复合材料热适应复合材料热适应复合材料阻燃复合材料阻燃复合材料固体火箭发动机喷管固体火箭发动机喷管半导体支撑板半导体支撑板车、船、飞行器等内装饰材料车、船、飞行器等内装饰材料9功能特征功能特征主要类型主要类型用途用途摩擦摩

8、擦复合材料复合材料摩阻复合材料摩阻复合材料减摩复合材料减摩复合材料汽车刹车片汽车刹车片轴承轴承阻尼阻尼复合材料复合材料热损耗阻尼复合材料热损耗阻尼复合材料磁损耗阻尼复合材料磁损耗阻尼复合材料电损耗阻尼复合材料电损耗阻尼复合材料洗衣机外壳、网球拍洗衣机外壳、网球拍桥梁减振桥梁减振智能声控智能声控防弹防弹复合材料复合材料软质防弹装甲软质防弹装甲复合材料层合板防弹装甲复合材料层合板防弹装甲陶瓷陶瓷/复合材料防弹装甲复合材料防弹装甲防弹衣防弹衣防弹头盔防弹头盔航空复合装甲航空复合装甲抗辐射抗辐射复合材料复合材料防紫外线复合材料防紫外线复合材料防防X射线复合材料射线复合材料防防射线复合材料射线复合材料防

9、中子复合材料防中子复合材料防核辐射复合材料防核辐射复合材料遮阳伞遮阳伞X射线摄影纱射线摄影纱射线防护服射线防护服中子辐射防护服中子辐射防护服核废料容器核废料容器10复合效应复合效应 复合材料由两种或两种以上组元构成，复合材料由两种或两种以上组元构成，组元材料之间的协同作用与交互作用使复组元材料之间的协同作用与交互作用使复合材料表现出的一种特殊物理现象。合材料表现出的一种特殊物理现象。 复合效应不是复合材料的一种特定性复合效应不是复合材料的一种特定性能，但是可通过复合材料的性能而反映。能，但是可通过复合材料的性能而反映。换言之，同种复合材料的不同性能表现出换言之，同种复合材料的不同性能表现出来的

10、复合效应是不同的。来的复合效应是不同的。11基体：基体：(1) 复合材料各组元复合材料各组元 (相相) 作用作用复合材料产生组合力学及其它性能，复合材料产生组合力学及其它性能，复合效应产生的根源。复合效应产生的根源。 将增强材料粘合成整体并使增强材料的位置固定。将增强材料粘合成整体并使增强材料的位置固定。 增强材料间传递载荷，并使载荷均匀，自身承受一定载荷。增强材料间传递载荷，并使载荷均匀，自身承受一定载荷。 保护增强体免受各种损伤。保护增强体免受各种损伤。 很大程度上决定成型工艺方法及工艺参数选择。很大程度上决定成型工艺方法及工艺参数选择。 决定部分性能。决定部分性能。增强体：增强体：功能体

11、：功能体：界面相层：界面相层：主要承受绝大部分载荷、增强、主要承受绝大部分载荷、增强、 增韧增韧赋予一定功能赋予一定功能12界面区域示意图界面区域示意图1-外力场；外力场；2-树脂基体；树脂基体；3-基体表面区；基体表面区；4-相互渗透区；相互渗透区；5-增强剂表面区；增强剂表面区；6-增强剂增强剂13(2) 复合效应复合效应复合效应表现形式多种多样大致可分为：复合效应表现形式多种多样大致可分为：反映为复合材料的混合定则反映为复合材料的混合定则(Rule of Mixture) Pc=f1p1n+f2p2n+f3p3n+f4p4n+线性效应：加和效应、平均效应、相补效应及相抵效应线性效应：加和

12、效应、平均效应、相补效应及相抵效应非线性效应：乘积效应、系统效应、诱导效应及共振效应非线性效应：乘积效应、系统效应、诱导效应及共振效应加和效应(Mean Properties)Pc ：复合材料的某一性质，如强度，模量，热导率等。：复合材料的某一性质，如强度，模量，热导率等。 pi ：组成复合材料的基体或增强体：组成复合材料的基体或增强体(或功能体或功能体)的某性质的某性质fi：体积分数体积分数， f1+f2+f3+f4+=100%n：常数，由实验确定，范围为：常数，由实验确定，范围为-1n1。14 如对材料输入如对材料输入X，材料性能输出为，材料性能输出为Y，而，而Y又作为又作为另外一种材料的

13、输入，另外一种材料产生输出为另外一种材料的输入，另外一种材料产生输出为Z，两，两种材料复合得出一种新性能材料。乘积效应对开发新种材料复合得出一种新性能材料。乘积效应对开发新型功能材料指出了方向，可获得很高的性能，还可创型功能材料指出了方向，可获得很高的性能，还可创造出任何单一材料不可能存在的功能效应。造出任何单一材料不可能存在的功能效应。乘积效应(Product Properties)又称传递特性，交叉耦和效应。又称传递特性，交叉耦和效应。 如两种功能材料如两种功能材料热热-形变材料形变材料 (X/ Y表示表示)、形变、形变-电导材料电导材料 (Y/ Z) ，其乘积效果：，其乘积效果：ZXZY

14、YX由于两组分的协同作用得到一由于两组分的协同作用得到一种新的热种新的热-电导功能复合材料电导功能复合材料15 机理不清楚，但存在，如彩色胶机理不清楚，但存在，如彩色胶片由红、黄、兰三种感光层复合，结片由红、黄、兰三种感光层复合，结果是五彩缤纷的画面，复合涂层使材果是五彩缤纷的画面，复合涂层使材料表面硬度大幅度提高，超过按混合料表面硬度大幅度提高，超过按混合定则的计算值。说明组成了复合系统定则的计算值。说明组成了复合系统才能出现的现象。才能出现的现象。16两个相邻物体在一定两个相邻物体在一定条件下发生共振。条件下发生共振。在一定条件下，复合材料中的一在一定条件下，复合材料中的一组分材料可以通过

15、诱导作用使另组分材料可以通过诱导作用使另一组分材料的结构改变而改变整一组分材料的结构改变而改变整体性能或产生新的效应。体性能或产生新的效应。实验发现增强体的晶形会通过界面实验发现增强体的晶形会通过界面诱导基体结构改变而形成界面层相诱导基体结构改变而形成界面层相17 功能复合材料的设计思路与结构复合材料基本相同：根功能复合材料的设计思路与结构复合材料基本相同：根据使用要求选用功能体、基体等原材料，通过一定的复合工据使用要求选用功能体、基体等原材料，通过一定的复合工艺制成所需要求的功能复合材料。艺制成所需要求的功能复合材料。设计原则与结构复合材料基本相同：设计原则与结构复合材料基本相同：首先考虑关

16、键的、主要的性能；首先考虑关键的、主要的性能；兼顾其他性能；兼顾其他性能；选择性能分散性小的原材料选择性能分散性小的原材料(如功能体、基体等如功能体、基体等)；采取的成型工艺尽可能简单、方便；采取的成型工艺尽可能简单、方便；经济性合理。经济性合理。 18原因：原因：功能复合材料的设计要比结构复合材料的设计复杂功能复合材料的设计要比结构复合材料的设计复杂 结构复合材料设计主要考虑的是力学性能，而结构复合材料设计主要考虑的是力学性能，而力学性能的计算有相当成熟的理论与数学式。功能力学性能的计算有相当成熟的理论与数学式。功能复合材料的设计则不同，由于功能特性广，材料的复合材料的设计则不同，由于功能特

17、性广，材料的功能体现不如力学性质简单，没有统一的、成熟的功能体现不如力学性质简单，没有统一的、成熟的设计理论，一般只有半经验性的计算公式，给设计设计理论，一般只有半经验性的计算公式，给设计带来很大难度，设计的精度也有影响。带来很大难度，设计的精度也有影响。19功能复合材料的成型方法与结构复合材料成型方法基本相功能复合材料的成型方法与结构复合材料成型方法基本相同，主要取决于基体。同，主要取决于基体。树脂基功能复合材料以树脂基功能复合材料以热压成型热压成型为主。为主。20原位复合技术：原位复合技术：以材料合成过程于基体中产生弥散相且与以材料合成过程于基体中产生弥散相且与母体有良好相容性、无重复污染

18、为特色。母体有良好相容性、无重复污染为特色。自蔓延复合技术：自蔓延复合技术：以自放热、自洁净和高活性、亚稳结构以自放热、自洁净和高活性、亚稳结构产物为特征。产物为特征。分子自组装技术：分子自组装技术：以携带电荷基体通过交替的静电引力来以携带电荷基体通过交替的静电引力来形成层状高密度、纳米级均匀分散材料为特点。形成层状高密度、纳米级均匀分散材料为特点。仿生技术仿生技术、凝胶浇注技术凝胶浇注技术、微波合成与烧结技术微波合成与烧结技术等。等。新兴技术新兴技术21 指材料中的第二相或增强相生成于材料的形成过程之指材料中的第二相或增强相生成于材料的形成过程之中，它们不是在材料制备之前就有，而是在材料制备

19、过程中，它们不是在材料制备之前就有，而是在材料制备过程中原位就地产生。中原位就地产生。 原位生成可以是金属、陶瓷或高分子等物相，它们能原位生成可以是金属、陶瓷或高分子等物相，它们能以颗粒、晶须、晶板或微纤等微观组织形式存在于基体中。以颗粒、晶须、晶板或微纤等微观组织形式存在于基体中。来源于来源于 原位结晶（原位结晶（in-situ crystallization）和原位聚）和原位聚合（合（in-situ polymerization）的概念。的概念。22 根据材料设计的要求，选择适当的反应根据材料设计的要求，选择适当的反应剂（气相、液相或固相），在适当的温度下，剂（气相、液相或固相），在适当的

20、温度下，借助于基体和它们之间的物理化学反应，原借助于基体和它们之间的物理化学反应，原位生成分布均匀的第二相或称功能相。位生成分布均匀的第二相或称功能相。原理原理(1)功能相在基体中通过形核长大生成，具有热力学稳定性；功能相在基体中通过形核长大生成，具有热力学稳定性； (2)工艺上可以利用传统大规模铸造和加工技术的优势，实现工艺上可以利用传统大规模铸造和加工技术的优势，实现连续生产和近净成形工艺；连续生产和近净成形工艺；(3)由于功能相原位生成，污染小，界面结合状况好。由于功能相原位生成，污染小，界面结合状况好。优点：优点：23 分子自组装指分子在氢键、静电、分子自组装指分子在氢键、静电、疏水亲

21、脂作用、范德华力等非共价键疏水亲脂作用、范德华力等非共价键弱力推动下，自发地构筑具有特殊结弱力推动下，自发地构筑具有特殊结构和形状的集合体的过程。构和形状的集合体的过程。产生需要的条件：产生需要的条件：(1)自组装的动力：分子间的弱相互作用自组装的动力：分子间的弱相互作用力的协同作用，它为分子自组装提供能力的协同作用，它为分子自组装提供能量。量。(2)自组装的导向作用：分子在空间的互自组装的导向作用：分子在空间的互补性，即要使分子自组装发生就必须在补性，即要使分子自组装发生就必须在空间的尺寸和方向上达到分子重排要求。空间的尺寸和方向上达到分子重排要求。24 按照分子自组装组分不同可将分子自组装

22、分按照分子自组装组分不同可将分子自组装分为表面活性剂自组装、纳米及微米颗粒自组装及为表面活性剂自组装、纳米及微米颗粒自组装及大分子自组装。大分子自组装。 大分子自组装指高聚物或低聚物分子自发地大分子自组装指高聚物或低聚物分子自发地构筑成具有特殊结构和形状的集合体的过程。构筑成具有特殊结构和形状的集合体的过程。分子自组装体系的分类：25 固态结构可通过有效的固态结构可通过有效的X射线晶体衍射的方法；射线晶体衍射的方法；红外光谱和红外光谱和X射线光电子能谱来获得组装体系的分射线光电子能谱来获得组装体系的分子结构信息；子结构信息；X射线反射可测自组装膜的厚度和粗射线反射可测自组装膜的厚度和粗糙度；用

23、差示扫描量热法糙度；用差示扫描量热法(DSC)和和X射线衍射及极射线衍射及极化光谱来研究自组装体系的热力学性质等。化光谱来研究自组装体系的热力学性质等。表征手段：26 利用化合物生成时放出的反应热，使合成利用化合物生成时放出的反应热，使合成反应自维持下去直至反应结束，从而在很短时反应自维持下去直至反应结束，从而在很短时间里合成出所需材料的一种方法。间里合成出所需材料的一种方法。又称为燃烧合成技术又称为燃烧合成技术27(1) 在合成过程中，燃烧前沿温度极高，可蒸掉挥发性在合成过程中，燃烧前沿温度极高，可蒸掉挥发性的杂质，因而产物通常是高纯度的。的杂质，因而产物通常是高纯度的。(2) 由于升温和冷

24、却速度很快，易于存在高浓度缺陷和由于升温和冷却速度很快，易于存在高浓度缺陷和非平衡结构，可生成高活性的亚稳态产物；非平衡结构，可生成高活性的亚稳态产物；(3) 反应物一旦引燃，就不需外界再提供能量，加工时反应物一旦引燃，就不需外界再提供能量，加工时间只在秒级，而不是常规生产的小时级甚至天级，因间只在秒级，而不是常规生产的小时级甚至天级，因此可显著节约能源和时间，而且设备也比较简单。此可显著节约能源和时间，而且设备也比较简单。优点：28仿生学仿生学是以生物为研究对象，研究生物系统的结构性质、是以生物为研究对象，研究生物系统的结构性质、能量转换和信息过程，并将所获得的知识用来改善现有的能量转换和信

25、息过程，并将所获得的知识用来改善现有的或创造崭新的机械、仪器、建筑结构和工艺过程的科学，或创造崭新的机械、仪器、建筑结构和工艺过程的科学，使生物科学与工程技术相结合的一门综合的边缘学科。使生物科学与工程技术相结合的一门综合的边缘学科。29分类分类结构仿生结构仿生功能仿生功能仿生材料仿生材料仿生力学仿生力学仿生通过研究生物肌体的构造，通过研究生物肌体的构造，建造类似生物体或其中一建造类似生物体或其中一部分的机械装置，通过结部分的机械装置，通过结构相似实现功能相近。构相似实现功能相近。是使人造的机械能够部分地实现诸是使人造的机械能够部分地实现诸如思维、感知、运动和操作等高级如思维、感知、运动和操作

26、等高级动物功能的仿生技术。功能仿生必动物功能的仿生技术。功能仿生必须以结构仿生为基础，在智能机器须以结构仿生为基础，在智能机器人的研究中具有重大意义。人的研究中具有重大意义。30分类分类结构仿生结构仿生功能仿生功能仿生材料仿生材料仿生力学仿生力学仿生 指模拟生物的各种特点或特性指模拟生物的各种特点或特性而进行各种材料开发的仿生技术。而进行各种材料开发的仿生技术。它的研究内容以阐明生物体的材料它的研究内容以阐明生物体的材料构造与形成过程为目标，用生物材构造与形成过程为目标，用生物材料的观点来考虑材料的设计与制作。料的观点来考虑材料的设计与制作。 主要研究人体结构与精细结构的静主要研究人体结构与精

27、细结构的静力学性质，以及人体各个组成部分在体力学性质，以及人体各个组成部分在体内相对运动和人体运动的动力学性质，内相对运动和人体运动的动力学性质，从生物力学角度为疾病的预防、诊断和从生物力学角度为疾病的预防、诊断和治疗及人工器官、医疗康复器械的设计治疗及人工器官、医疗康复器械的设计与研制提供科学根据。与研制提供科学根据。3132可靠性：系统或部件在给定的使用期间内，在给定可靠性：系统或部件在给定的使用期间内，在给定的环境条件下，能够顺利完成原设计性能的概率。的环境条件下，能够顺利完成原设计性能的概率。(1) 组分材料的多重性组分材料的多重性 功能复合材料是由功能体和基体构成，除了功能体功能复合

28、材料是由功能体和基体构成，除了功能体与基体的相对含量和结合情况对其性能有影响外，功能与基体的相对含量和结合情况对其性能有影响外，功能体与基体本身的性能对复合材料更有直接影响。体与基体本身的性能对复合材料更有直接影响。复合材料既是一种材料，也是一种结构，要提高其复合材料既是一种材料，也是一种结构，要提高其可靠性具有难度：可靠性具有难度：33(2) 材料材料-结构工艺的同步性结构工艺的同步性 复合材料可靠性存在的问题：材复合材料可靠性存在的问题：材料特性知识的缺乏；材料性能的分料特性知识的缺乏；材料性能的分散性；制备工艺的不稳定性；试验散性；制备工艺的不稳定性；试验方法的不完善；统计数据不足；对方

29、法的不完善；统计数据不足；对复合材料性能随时间变化的规律和复合材料性能随时间变化的规律和知识掌握不够。知识掌握不够。34由单功能向双功能、多功能化发展；由单功能向双功能、多功能化发展；由功能向机敏、智能化方向发展；由功能向机敏、智能化方向发展；功能功能-承力一体与轻量化；承力一体与轻量化；功能体的高性能化与微细化；功能体的高性能化与微细化；使用性能的稳定性与长寿命；使用性能的稳定性与长寿命；高精确度的设计技术与设计制造一体化；高精确度的设计技术与设计制造一体化；无余量成型与低成本制造技术。无余量成型与低成本制造技术。35根据应用特性根据应用特性电磁波特性复合材料、电磁波特性复合材料、磁光复合材

30、料等磁光复合材料等以磁功能为主要以磁功能为主要应用目的的材料应用目的的材料兼有磁性功能与兼有磁性功能与其他功能特性的其他功能特性的的材料的材料磁性复合材料磁性复合材料10.3 磁性复合材料磁性复合材料36根据基体类型分类：聚合物基磁性复合材料根据基体类型分类：聚合物基磁性复合材料 金属基磁性复合材料金属基磁性复合材料根据基体相态分类：固体磁性复合材料根据基体相态分类：固体磁性复合材料 液态磁性复合材料液态磁性复合材料根据磁性功能体的粒径大小分类：普通磁性复合材料根据磁性功能体的粒径大小分类：普通磁性复合材料 纳米磁性复合材料。纳米磁性复合材料。磁性复合材料磁性复合材料由带有磁性的功能体与基体由

31、带有磁性的功能体与基体经混合、成型、固化而得到。经混合、成型、固化而得到。3710.3.1 聚合物基磁性复合材料聚合物基磁性复合材料优点：密度小；材料机械性能优良，具有很好的冲击强度优点：密度小；材料机械性能优良，具有很好的冲击强度和拉伸强度；加工性能好，既可制备尺寸准确、收缩率低、和拉伸强度；加工性能好，既可制备尺寸准确、收缩率低、壁薄的制品，也可生产壁薄的制品，也可生产1kg以上的大型形状复杂制品，并不需以上的大型形状复杂制品，并不需二次加工，但若需要也可以方便地进行二次加工。二次加工，但若需要也可以方便地进行二次加工。决定复合材决定复合材料的磁性能料的磁性能影响复合材料影响复合材料的磁性

32、能、力的磁性能、力学性能及成型学性能及成型加工性能加工性能改善材料的成改善材料的成型加工性能型加工性能1. 组分材料与其作用组分材料与其作用组成：磁性功能体组成：磁性功能体(磁粉磁粉)、聚合物基体、聚合物基体(粘结剂粘结剂)和加工助剂三和加工助剂三大部分组成。大部分组成。38主要包括铁氧体和稀土类材料主要包括铁氧体和稀土类材料 以氧化铁和其他铁族或稀土族氧化物为主要以氧化铁和其他铁族或稀土族氧化物为主要成分成分(如如BaO6Fe2O3或或SrOFe2O3)的复合氧化物。的复合氧化物。与稀土类磁粉相比，磁性能较差，其复合材料磁与稀土类磁粉相比，磁性能较差，其复合材料磁能积仅为能积仅为0.51.4

33、MGOe，但价格低廉，仅为稀土，但价格低廉，仅为稀土类复合磁粉的类复合磁粉的1/601/30，而且性能稳定、成型比，而且性能稳定、成型比较容易，占整个磁粉总量的较容易，占整个磁粉总量的90%左右。左右。39(1)SmCo5 其复合永磁性能比铁氧体复合永磁优异得多，其复合永磁性能比铁氧体复合永磁优异得多，最大磁能积达到最大磁能积达到8.8MGOe(兆高奥)，其最大缺点是磁，其最大缺点是磁性的热稳定性差，成型中易氧化，其复合永磁长期使性的热稳定性差，成型中易氧化，其复合永磁长期使用温度低，性能不稳定。用温度低，性能不稳定。主要包括铁氧体和稀土类材料主要包括铁氧体和稀土类材料稀土类磁粉的发展经历了几

34、个阶段：稀土类磁粉的发展经历了几个阶段：钐钴磁铁钐钴磁铁(SmCo)稀土永磁铁之一稀土永磁铁之一,目前主要有目前主要有SmCo5和和Sm2Co17两种成分。两种成分。(2)Sm2Co17 其磁性能与热稳定性比第一代优异得多，其磁性能与热稳定性比第一代优异得多，最大磁能积高达最大磁能积高达17MGOe，最高长期使用温度可达，最高长期使用温度可达100。耐腐蚀性能优良，但存在价格昂贵的问题，推。耐腐蚀性能优良，但存在价格昂贵的问题，推广应用困难。广应用困难。40(3) 稀土类复合永磁稀土类复合永磁 不含不含Sm、Co等昂贵稀有金属，等昂贵稀有金属，以以Nd2Fe14B(钕铁硼磁铁)为代表的为代表的

35、NdFeB系列。系列。优点：磁性能优异、价格低廉，最大磁能积可高达优点：磁性能优异、价格低廉，最大磁能积可高达50MGOe。缺点：热稳定性差，易腐蚀生锈，在制造、贮存、使用期间缺点：热稳定性差，易腐蚀生锈，在制造、贮存、使用期间常常发生磁性裂化现象。常常发生磁性裂化现象。 防止防止NdFeB类复合永磁的氧化腐蚀：一是对磁体的表面类复合永磁的氧化腐蚀：一是对磁体的表面进行抗氧化腐蚀涂层；二是对进行抗氧化腐蚀涂层；二是对NdFeB合金体本身组成改性，合金体本身组成改性，通过加入通过加入Co、Ni等元素来实现。等元素来实现。(4)复合磁粉复合磁粉 磁体中含有两种以上的不同磁粉磁体中含有两种以上的不同

36、磁粉41 热固性基体中，常采用环热固性基体中，常采用环氧树脂，其具有良好的粘结性氧树脂，其具有良好的粘结性能、耐腐蚀性能、尺寸稳定性能、耐腐蚀性能、尺寸稳定性及高强度等特点。目前多采用及高强度等特点。目前多采用添加多种硫化物的方法对环氧添加多种硫化物的方法对环氧树脂进行改性，以提高其加工树脂进行改性，以提高其加工稳定性和磁性能。稳定性和磁性能。橡胶类、热固性树脂类和热塑性树脂类橡胶类、热固性树脂类和热塑性树脂类 包括天然橡胶与合包括天然橡胶与合成橡胶，主要用于柔磁成橡胶，主要用于柔磁基体复合材料，特别在基体复合材料，特别在耐热、耐寒的条件下用耐热、耐寒的条件下用硅橡胶作基体最合适。硅橡胶作基体

37、最合适。但与树脂类基体相比，但与树脂类基体相比，一般橡胶成型加工困难。一般橡胶成型加工困难。42橡胶类、热固性树脂类和热塑性树脂类橡胶类、热固性树脂类和热塑性树脂类 热塑性树脂中绝大多数均可作为磁性材料基热塑性树脂中绝大多数均可作为磁性材料基体，对磁性复合材料的磁性能影响不大，但对其体，对磁性复合材料的磁性能影响不大，但对其力学性能、耐热性能、耐化学性能有影响。最常力学性能、耐热性能、耐化学性能有影响。最常用的热塑性基体：尼龙，其熔体黏度低，力学性用的热塑性基体：尼龙，其熔体黏度低，力学性能好。能好。 要求基体在成型时能提供较好的流动性，所提供要求基体在成型时能提供较好的流动性，所提供的产品有

38、较好的强度。的产品有较好的强度。 树脂的流动性直接影响到能否得到高功能体含量树脂的流动性直接影响到能否得到高功能体含量的复合体系、能否很好的充满模腔，磁粉能否很好的的复合体系、能否很好的充满模腔，磁粉能否很好的沿外磁场方向定向等问题。沿外磁场方向定向等问题。 43加工助剂加工助剂 润滑剂、增塑剂与偶联剂润滑剂、增塑剂与偶联剂 改善聚合体系的流动性，提高磁粉的取向改善聚合体系的流动性，提高磁粉的取向度和磁粉含量。度和磁粉含量。4410.4 吸波复合材料吸波复合材料 按照电磁波段来分，有雷达隐身技术、红外隐身技按照电磁波段来分，有雷达隐身技术、红外隐身技术、激光隐身技术、可见光隐身技术、声隐身技术

39、以及术、激光隐身技术、可见光隐身技术、声隐身技术以及复合隐身技术等。复合隐身技术等。 按照实现目标隐身的技术手段可分为外形隐身按照实现目标隐身的技术手段可分为外形隐身(结构结构隐身隐身)技术和材料隐身技术。材料隐身技术中的关键是吸技术和材料隐身技术。材料隐身技术中的关键是吸波材料。波材料。隐身技术：隐身技术：在一定的遥感探测环境中降低目标的可探测性。在一定的遥感探测环境中降低目标的可探测性。现代隐身技术分类现代隐身技术分类45 由基体材料由基体材料(或粘结剂或粘结剂)、增强体与损、增强体与损耗介质复合而成，能够通过自身的吸收作耗介质复合而成，能够通过自身的吸收作用减少目标雷达的散射截面用减少目

40、标雷达的散射截面(RCS)。与实际目标反射回发射与实际目标反射回发射/接收天线的能接收天线的能量相同的理想电磁波反射体的面积。量相同的理想电磁波反射体的面积。雷达散射截面雷达散射截面46雷达方程雷达方程422trR4GPPPr接收功率接收功率 雷达散射截面雷达散射截面 Pt发射功率发射功率波长波长 G天线增益天线增益 R距离距离 雷达接收到从目标返回的功率与雷达接收到从目标返回的功率与RCS成正比，成正比，为使目标对雷达隐身应该尽量减小其为使目标对雷达隐身应该尽量减小其RCS。使用吸。使用吸波复合材料可达到此目的。波复合材料可达到此目的。47 吸波材料能吸收或衰减入射的电磁波，使吸波材料能吸收

41、或衰减入射的电磁波，使其因干涉而消失或其电磁能转换为其他形式的其因干涉而消失或其电磁能转换为其他形式的能量。其基本原理包括干涉作用和吸收作用。能量。其基本原理包括干涉作用和吸收作用。1. 干涉作用干涉作用 干涉作用是将入射的电磁波分成两部分，一部分从干涉作用是将入射的电磁波分成两部分，一部分从吸波层表面反射，另一部分透过吸波层后经底层反射后吸波层表面反射，另一部分透过吸波层后经底层反射后再穿过吸波层射出来。若经底层反射的波与吸波层表面再穿过吸波层射出来。若经底层反射的波与吸波层表面反射的波相位正好相反，两段波便可发生干涉而减弱。反射的波相位正好相反，两段波便可发生干涉而减弱。吸波基本原理吸波基

42、本原理48衰减特性：衰减特性：电磁波在材料内产生电损耗或磁损耗，使电电磁波在材料内产生电损耗或磁损耗，使电磁波的电磁性能转为其他形式的能量散失掉，达到减少磁波的电磁性能转为其他形式的能量散失掉，达到减少反射的目的。反射的目的。2. 吸收作用吸收作用 材料对电磁波产生吸收作用有两个条件材料对电磁波产生吸收作用有两个条件：(1) 电磁波入射到材料上时能最大限度地进入到材料内部，电磁波入射到材料上时能最大限度地进入到材料内部，即电磁匹配要好即电磁匹配要好(匹配特性匹配特性)；(2) 进入材料内部的电磁波能迅速地被衰减掉，即电磁损进入材料内部的电磁波能迅速地被衰减掉，即电磁损耗要大耗要大(衰减特性衰减

43、特性)。49 电损耗机理：电损耗机理：依靠电介质的极化机理吸收、衰减电磁波。依靠电介质的极化机理吸收、衰减电磁波。极化的基本形式包括位移式极化和松弛极化。极化的基本形式包括位移式极化和松弛极化。 弹性，瞬时完成，其弹性，瞬时完成，其极化过程不消耗能量，一极化过程不消耗能量，一般发生在物质结构紧密、般发生在物质结构紧密、规则的地方。规则的地方。 与热运动有关，非与热运动有关，非弹性，需一定时间，需弹性，需一定时间，需消耗一定的能量。消耗一定的能量。 电损耗介质的吸波机理主要是松弛极化。松弛极化与电电损耗介质的吸波机理主要是松弛极化。松弛极化与电场作用和热运动有关。热运动的作用力图使材料中的质点场

44、作用和热运动有关。热运动的作用力图使材料中的质点分布混乱，而电场力图使这些质点按电场规律分布，最终分布混乱，而电场力图使这些质点按电场规律分布，最终结果是使质点按电场规律分布，然而在质点移动过程中克结果是使质点按电场规律分布，然而在质点移动过程中克服了一定的势垒，时间较长，需吸收一定能量。服了一定的势垒，时间较长，需吸收一定能量。50抗辐射复合材料抗辐射复合材料在高剂量辐射在高剂量辐射(电离辐射电离辐射)能量照射环境下，能量照射环境下，能长时间使用的复合材料。能长时间使用的复合材料。10.8 抗辐射复合材料抗辐射复合材料电离辐射电离辐射天然辐射天然辐射人工辐射人工辐射来源于地球外的宇来源于地球

45、外的宇宙线和地球本身的宙线和地球本身的天然放射性核素。天然放射性核素。 来源于各种人为制造或来源于各种人为制造或利用的辐射源。包括核工业、利用的辐射源。包括核工业、辐射加工、医疗照射以及生辐射加工、医疗照射以及生产过程中产生的辐射源或加产过程中产生的辐射源或加工过的天然辐射源。工过的天然辐射源。51抗辐射复合材料的分类与特点抗辐射复合材料的分类与特点辐射类型辐射类型抗紫外线复合材料抗紫外线复合材料抗抗X射线复合材料射线复合材料抗抗射线复合材料射线复合材料抗中子射线复合材料抗中子射线复合材料基体材料基体材料聚合物基抗辐射复合材料聚合物基抗辐射复合材料陶瓷基抗辐射复合材料陶瓷基抗辐射复合材料碳基抗

46、辐射复合材料碳基抗辐射复合材料金属基抗辐射复合材料金属基抗辐射复合材料52 复合材料的抗辐射能力主要由组分材料决定，如重复合材料的抗辐射能力主要由组分材料决定，如重金属化合物、稀土金属氧化物和陶瓷粉末具有很强的抗金属化合物、稀土金属氧化物和陶瓷粉末具有很强的抗辐射能力，将它们添加到基体材料中，可以制成性能优辐射能力，将它们添加到基体材料中，可以制成性能优越的抗辐射复合材料。越的抗辐射复合材料。 纤维或织物增强的复合材料一般都具有良好的抗辐纤维或织物增强的复合材料一般都具有良好的抗辐射能力，目前广泛应用于抗辐射复合材料的纤维种类主射能力，目前广泛应用于抗辐射复合材料的纤维种类主要有金属纤维、金属镀层纤维、涂覆金属盐纤维、碳纤要有金属纤维、金属镀层纤维、涂覆金属盐纤维、碳纤维和碳化硅纤维。这些纤维具有良好的抗辐射性能以及维和碳化硅纤维。这些纤维具有良好的抗辐射性能以及优异的力学性能、热性能等。优异的力学性能、热