复合功能篇
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• 永磁复合材料的制造方法常采用模压、注塑、挤压等 工艺技术。
• 复合永磁材料常用来制作薄壁的微型电机使用的环状
定子，例如计算机主轴电机，钟表步进电机，汽车仪表 用磁体，磁推轴承及各类蜂鸣器。
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７．２．１ 磁功能复合材料
软磁复合材料
软磁材料是具有低矫顽力和高磁导率的磁性材料， 易于磁化，也易于退磁.应用最多的软磁材料是铁硅
5
７．１．２ 复合机理
功能复合材料复合效应
复合材料的性能与构成复合材料的组元的性能的关系称为复合效应。
• 复合材料无论是力学性能还是物理性能，都取决于组元的 形状、尺寸、分布和界面形态。 • 复合效应除取决于复合状态外，还主要取决于复合材料各 组元材料的性质。 • 复合材料的性能，往往不是组元性能的简单加和；同样的 组元和相同的复合状态，对不同的性能往往具有不同的复合 效应；同样的组元而复合状态不同时，对某一性能将具有不 同的复合效应。
13
７．１．２ 复合机理
功能复合材料复合效应
诱导效应
在一定条件下，复合材料中的一个组分材料可以通过
诱导作用使另一个组分材料的结构改变，从而改变整体
性能或产生新效应。
系统效应
复合材料中性能变化的一种复杂效应，至目前为止， 这一效应的机理尚不很清楚。
14
第二节 功能复合材料
提纲
7.2.1 磁功能复合材料 7.2.2 电功能复合材料 7.2.3 光功能复合材料 7.2.4 生物功能复合材料
压敏电阻效应 压电效应
压力发光效应 磁阻效应 光致伸缩
辐射诱导导电 热敏电阻效应
12
７．１．２ 复合机理
功能复合材料复合效应
共振效应
又称强选择效应，指某一组分A具有一系列性能， 与另一组分B复合后，使其中某一项性能在复合材料中
突出地发挥。
• 两个相邻的材料在一定条件下，会产生机械的或电、 磁的共振。 • 复合材料的固有频率不同于原组分的固有频率，当某一 部位的结构发生变化时，其固有频率也会发生改变。
∑ Pc < Piϕi
10
７．１．２ 复合机理
功能复合材料复合效应
相乘效应
两种具有转换效应的材料复合在一起，使它们相同的
功能得到复合，而不同的功能得到新的转换，即可发生
相乘效应。
通常可以将一种具有两种性能相互转换的功能材料X/Y和 另一种换能材料Y/Z复合起来，可用下列通式来表示，即：
X / Y ⋅Y / Z = X / Z
∑ Pc = Piϕi
串联型混合
∑ Pc =
ϕi
PiBiblioteka Baidu
并联型混合
9
７．１．２ 复合机理
功能复合材料复合效应
相补（相抵）效应 组成复合材料的组元材料性能能相互补充，弥补各自的弱点，
使复合材料具有大于加和性的优异性能。
∑ Pc > Piϕi
组成复合材料时，组分间性能相互制约，使复合材料的性能
低于混合物定律的预测值。
6
７．１．２ 复合机理
功能复合材料复合效应
组元材料在复合后所得的复合材料，依据其产生复合效应的特
征，可分为线性效应和非线性效应。
复合效应
线性效应
平行效应 平均效应 相补效应 相抵效应
非线性效应
相乘效应 诱导效应 共振效应 系统效应
7
７．１．２ 复合机理
功能复合材料复合效应
平行效应
复合材料的某项性能与其中某一组分的该项性能基本相当。各 组分材料在复合材料中，均保留本身的作用，既无制约，也无补偿。
是复合材料最简单的一种线性复合效应。
Pc ≅ Pi
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７．１．２ 复合机理
功能复合材料复合效应
平均效应
复合材料的某项性能随组元材料的体积含量的变化呈线性改变，
是复合材料最典型的一种复合效应。
Pc = PmVm + Pf Vf
式中，Ｐ为材料性能，Ｖ为材料体积含量，角标c、m、f分别 表示复合材料、基体和功能体。
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７．１．２ 复合机理
功能复合材料复合效应
相乘效应
复合材料常见的物理性质乘积效应
Ａ相性质Ｘ／Ｙ
压磁效应 压磁效应 压电效应 磁致伸缩效应 光导效应 闪烁效应 热致变形效应
Ｂ相性质Ｙ／Ｚ
复合后的乘积性质 （Ｘ／Ｙ）（Ｙ／Ｚ）＝Ｘ／Ｚ
磁阻效应 磁电效应 场致发光效应 压阻效应 电致效应 光导效应 压敏电阻效应
功能材料物理基础
第七章 复合功能材料物理基础
第一节 复合功能材料概述 第二节 功能复合材料 第三节 功能梯度复合材料 第四节 纳米复合材料
2
第一节 功能复合材料概述
提纲
7.1.1 功能复合材料 7.1.2 复合机理
3
复合材料
７．１．１ 功能复合材料
材料A
材料B
优点
缺点
优点
缺点
组合I
组合II
组合III
材料。
• 一般情况下，永磁材料的密度较高，脆而硬，不易加工成复杂 的形状。制成高聚物基或软金属基复合材料后，上述难加工的缺 点可得到克服。 • 常用的高聚物基体有环氧树脂、尼龙和橡胶等。
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７．２．１ 磁功能复合材料
永磁复合材料
• 永磁复合材料的功能组元是磁性粉末，高聚物和软金 属起到粘结剂的作用。
合金(硅钢片)以及各种软磁铁氧体等 。
• 把软磁材料（例如Fe--Si-Al合金）制成粉末，表面被 极薄的A12O3层或高聚物分 隔绝缘，然后热压或模压固 化成块状复合软磁体。
Fe-Si-Al粉末颗粒相对磁导率随驱动频率的变化
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７．２．１ 磁功能复合材料
软磁复合材料
组合IV
最佳组合
最差组合
4
功能复合材料
７．１．１ 功能复合材料
功能复合材料是指除力学性能以外而提供其他物理性能
的复合材料，如导电、超导、半导、压电、介电、磁性、阻尼、 吸声、吸波、屏蔽、阻燃、防热、隔热等功能复合材料。
• 功能复合材料一般由功能体和基体组成，基体不仅起到构 成整体的作用，而且能产生协同或加强功能的作用。 • 单一功能体的复合材料中，其功能性质由功能体提供，而 基体不仅起到粘结和赋形作用，同时也会对物理性能有影响。 • 多元功能体的复合材料可以具有多种功能，并且由于产生 复合效应而出现新的功能。
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７．２．１ 磁功能复合材料
磁性复合材料
磁性复合材料(Magnetic composite materials)是
以高聚物或软金属为基体与磁性材料复合而成的一类材料。
① 永磁材料 ② 软磁材料 ③ 磁记录材料 ④ 磁流变体
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７．２．１ 磁功能复合材料
永磁复合材料
永磁材料一经磁化即能保持恒定磁性，具 有宽磁滞回线、高矫顽力和高剩磁。典型的永 磁材料包括永磁铁氧体、铝镍钴以及稀土永磁
• 复合永磁材料常用来制作薄壁的微型电机使用的环状
定子，例如计算机主轴电机，钟表步进电机，汽车仪表 用磁体，磁推轴承及各类蜂鸣器。
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７．２．１ 磁功能复合材料
软磁复合材料
软磁材料是具有低矫顽力和高磁导率的磁性材料， 易于磁化，也易于退磁.应用最多的软磁材料是铁硅
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７．１．２ 复合机理
功能复合材料复合效应
复合材料的性能与构成复合材料的组元的性能的关系称为复合效应。
• 复合材料无论是力学性能还是物理性能，都取决于组元的 形状、尺寸、分布和界面形态。 • 复合效应除取决于复合状态外，还主要取决于复合材料各 组元材料的性质。 • 复合材料的性能，往往不是组元性能的简单加和；同样的 组元和相同的复合状态，对不同的性能往往具有不同的复合 效应；同样的组元而复合状态不同时，对某一性能将具有不 同的复合效应。
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７．１．２ 复合机理
功能复合材料复合效应
诱导效应
在一定条件下，复合材料中的一个组分材料可以通过
诱导作用使另一个组分材料的结构改变，从而改变整体
性能或产生新效应。
系统效应
复合材料中性能变化的一种复杂效应，至目前为止， 这一效应的机理尚不很清楚。
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第二节 功能复合材料
提纲
7.2.1 磁功能复合材料 7.2.2 电功能复合材料 7.2.3 光功能复合材料 7.2.4 生物功能复合材料
压敏电阻效应 压电效应
压力发光效应 磁阻效应 光致伸缩
辐射诱导导电 热敏电阻效应
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７．１．２ 复合机理
功能复合材料复合效应
共振效应
又称强选择效应，指某一组分A具有一系列性能， 与另一组分B复合后，使其中某一项性能在复合材料中
突出地发挥。
• 两个相邻的材料在一定条件下，会产生机械的或电、 磁的共振。 • 复合材料的固有频率不同于原组分的固有频率，当某一 部位的结构发生变化时，其固有频率也会发生改变。
∑ Pc < Piϕi
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７．１．２ 复合机理
功能复合材料复合效应
相乘效应
两种具有转换效应的材料复合在一起，使它们相同的
功能得到复合，而不同的功能得到新的转换，即可发生
相乘效应。
通常可以将一种具有两种性能相互转换的功能材料X/Y和 另一种换能材料Y/Z复合起来，可用下列通式来表示，即：
X / Y ⋅Y / Z = X / Z
∑ Pc = Piϕi
串联型混合
∑ Pc =
ϕi
PiBiblioteka Baidu
并联型混合
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７．１．２ 复合机理
功能复合材料复合效应
相补（相抵）效应 组成复合材料的组元材料性能能相互补充，弥补各自的弱点，
使复合材料具有大于加和性的优异性能。
∑ Pc > Piϕi
组成复合材料时，组分间性能相互制约，使复合材料的性能
低于混合物定律的预测值。
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７．１．２ 复合机理
功能复合材料复合效应
组元材料在复合后所得的复合材料，依据其产生复合效应的特
征，可分为线性效应和非线性效应。
复合效应
线性效应
平行效应 平均效应 相补效应 相抵效应
非线性效应
相乘效应 诱导效应 共振效应 系统效应
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７．１．２ 复合机理
功能复合材料复合效应
平行效应
复合材料的某项性能与其中某一组分的该项性能基本相当。各 组分材料在复合材料中，均保留本身的作用，既无制约，也无补偿。
是复合材料最简单的一种线性复合效应。
Pc ≅ Pi
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７．１．２ 复合机理
功能复合材料复合效应
平均效应
复合材料的某项性能随组元材料的体积含量的变化呈线性改变，
是复合材料最典型的一种复合效应。
Pc = PmVm + Pf Vf
式中，Ｐ为材料性能，Ｖ为材料体积含量，角标c、m、f分别 表示复合材料、基体和功能体。
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７．１．２ 复合机理
功能复合材料复合效应
相乘效应
复合材料常见的物理性质乘积效应
Ａ相性质Ｘ／Ｙ
压磁效应 压磁效应 压电效应 磁致伸缩效应 光导效应 闪烁效应 热致变形效应
Ｂ相性质Ｙ／Ｚ
复合后的乘积性质 （Ｘ／Ｙ）（Ｙ／Ｚ）＝Ｘ／Ｚ
磁阻效应 磁电效应 场致发光效应 压阻效应 电致效应 光导效应 压敏电阻效应
功能材料物理基础
第七章 复合功能材料物理基础
第一节 复合功能材料概述 第二节 功能复合材料 第三节 功能梯度复合材料 第四节 纳米复合材料
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第一节 功能复合材料概述
提纲
7.1.1 功能复合材料 7.1.2 复合机理
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复合材料
７．１．１ 功能复合材料
材料A
材料B
优点
缺点
优点
缺点
组合I
组合II
组合III
材料。
• 一般情况下，永磁材料的密度较高，脆而硬，不易加工成复杂 的形状。制成高聚物基或软金属基复合材料后，上述难加工的缺 点可得到克服。 • 常用的高聚物基体有环氧树脂、尼龙和橡胶等。
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７．２．１ 磁功能复合材料
永磁复合材料
• 永磁复合材料的功能组元是磁性粉末，高聚物和软金 属起到粘结剂的作用。
合金(硅钢片)以及各种软磁铁氧体等 。
• 把软磁材料（例如Fe--Si-Al合金）制成粉末，表面被 极薄的A12O3层或高聚物分 隔绝缘，然后热压或模压固 化成块状复合软磁体。
Fe-Si-Al粉末颗粒相对磁导率随驱动频率的变化
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７．２．１ 磁功能复合材料
软磁复合材料
组合IV
最佳组合
最差组合
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功能复合材料
７．１．１ 功能复合材料
功能复合材料是指除力学性能以外而提供其他物理性能
的复合材料，如导电、超导、半导、压电、介电、磁性、阻尼、 吸声、吸波、屏蔽、阻燃、防热、隔热等功能复合材料。
• 功能复合材料一般由功能体和基体组成，基体不仅起到构 成整体的作用，而且能产生协同或加强功能的作用。 • 单一功能体的复合材料中，其功能性质由功能体提供，而 基体不仅起到粘结和赋形作用，同时也会对物理性能有影响。 • 多元功能体的复合材料可以具有多种功能，并且由于产生 复合效应而出现新的功能。
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７．２．１ 磁功能复合材料
磁性复合材料
磁性复合材料(Magnetic composite materials)是
以高聚物或软金属为基体与磁性材料复合而成的一类材料。
① 永磁材料 ② 软磁材料 ③ 磁记录材料 ④ 磁流变体
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７．２．１ 磁功能复合材料
永磁复合材料
永磁材料一经磁化即能保持恒定磁性，具 有宽磁滞回线、高矫顽力和高剩磁。典型的永 磁材料包括永磁铁氧体、铝镍钴以及稀土永磁