第2章复合材料的复合效应

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7）、共振效应 两相邻的材料在一定条件下，会产生机械的或电、磁的
共振。 Eg：a、复合材料其固有频率不同于原组分的固有频率，
当复合材料中某一部位的结构发生变化时，复合材料的固 有频率也会发生改变 。
b、吸波材料
8）、系统效应 这是一种材料的复杂效应，至目前为止，这一效应的机
理尚不很清楚。Eg：交替叠层镀膜的硬度。
Cn＝
(n＋3)！ n！3！
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几种典型复合材料结构：
(1)0-3型结构 这是基体为三维连续相，而增强体或功能 体以不连续相的微粒状分布在基体中的结构状态。
0-3型
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(2)1-3型结构 这种结构的基体仍为三维连续相，而增强 体则为纤维状一维材料。
1-3型
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3)、相补效应 组成复合材料的基体与增强体，在性能上能互补，从而
提高了综合性能，则显示出相补效应。 Eg：对于脆性的高强度纤维增强体与韧性基体复合时，
两相间若能得到适宜的结合而形成的复合材料，其性能显 示为增强体与基体的互补。
4）、相抵效应 基体与增强体组成复合材料时，若组分间性能相互制约，
2 复合材料的复合效应
本章主要内容：将对材料复合的一般规律作简要的讨论
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• 本节内容：
• 掌握：1）复合效应的分类及其特点； • 2）0-3、1-3、2-2、2-3、3-3型结构。
• 理解：复合材料的结构。
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2．1 材料的复合效应
线性指量与量之
就其产生复合效应的特征，分为两大类间：成正比关系。
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6）、诱导效应 在一定条件下，复合材料中的一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体性能或产生新的效应。 这种诱导行为已在很多实验中发现，同时也在复合材料界面的 两侧发现。
Eg：结晶的纤维增强体对非晶基体的诱导结晶或晶形基体 的晶形取向作用。
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作Biblioteka Baidu：
材料复合效应的分类？
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2.2 复合材料的结构与复合效果 材料的合成和制备及材料的组成、结构与性能的关系，
是材料科学讨论的主要内容。对复合材料来说，复合材料 的结构和复合效果也是复合材料科学的主要研究内容。
2.2.1 复合材料的结构类型
复合材料的性质取决于各组分特性、含量和分布情况。
线性效应 非线性效应
非线性指量与量 之间成曲线关系 。
一次函数y=kx+b 叫线性函数,它的图象是一条直线。
非一次函数(如y=x2, y=k/x, y=sinx...)都叫非线性函数,它 们的图象都不是直线。
与一次函数相关的一次方程叫线性方程,一次方程组叫线 性方程组。
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线性效应
P—材料性能； V—为材料体积含量； c—复合材料；m—基体；f—增强体（功能体）
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2)、平行效应
显示这一效应的复合材料，其组成复合材料的各组分 在复合材料中，均保留本身的既无制约，也无补偿。
Eg:
增强体(如纤维)与基体界 面结合很弱的复合材料 所显示的复合效应，可 以看作是平行效应。
限制了整体性能提高，则复合后显示出相抵效应。 Eg:脆性的纤维增强体与韧性基体组成的复合材料，当
两者界面结合很强时，复合材料整体显示为脆性断裂。
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两种具有转换效应的材料 复合在一起，有可能发生
相乘效应。 5）、相乘效应
Eg:把具有电磁效应的材料与具有磁光效应的材料复合时， 将可能产生复合材料的电光效应。因此，通常可以将一种具
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
表2．2 复合材料的乘积效应
B相性质 Y/Z 磁阻效应
复合后的乘积性质(X/Y)(Y/Z)＝ X/Z
压敏电阻效应
磁电效应
压电效应
场致发光效应 压力发光效应
压阻效应
磁阻效应
电致效应
光致伸缩
光导效应
辐射诱导导电
压敏电阻效应 热敏电阻效应
有两种性能互相转换的功能材料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
式中，X、Y、Z分别表示各种物理性能。上式符合乘积表
达式，所以称之为相乘效应。这样的组合可以非常广泛，已 被用于设计功能复合材料。常用的物理乘积效应见表2.2。
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A相性质 X/Y
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可以得到：
1）、两相复合体系有l0种可能的连通性复合材料结构(0-0、 0-1、0-2、0-3、1-1、1-2、1-3、2-2、2-3、3-3)；
2）、三个相组成的复合体系结构有20种可能存在的连通性；
3）、四个相时，它可能存在35种连通性。
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归纳：复合材料中含有几个组分相时，按照不同的联结 方式可能组成C种连通结构：
对不同类型的复合体系，需引入“连通性”的概念。
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基本思想：
复合体系中的任何相，在空间的零维、一维、二维或三维 方向上是相互连通的，因而任意弥散和孤立的颗粒的连通性为 0，是零维材料(0维)，而包围它们的介质是网络体状的连续材 料，连通性为3，即是三维材料(3维)；纤维状材料的连通性为 1，是一维材料(1维)；相应的片状材料连通性为2，即二维材 料(2维)。
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(3)2-2型结构 这是一种由两种组分材料呈层状叠合而 成的多层结构复合材料。
2-2型
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(4)2-3型结构 在这类复合材料结构中，基体相仍为三 维连续相，而增强体或功能体为二维结构的片状材料。
2-3型
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(5)3-3型结构 这种结构的基体相为三维连续相，而增强 体或功能体为三维网状结构或块状结构镶嵌在基体之中。
3-3型
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2．2．2 材料的复合效果 对于不同组分形成的复合材料，根据组分特点和复合特点，
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表2．1 不同复合效应的类别
线性效 非线性 应 效应
平均效 相乘效
应
应
平行效 诱导效
应
应
相补效 共振效
应
应
相抵效 系统效
应
应
非线性效应
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现就这两大类效应中的各种效应分别加以叙述如下：
1）、平均效应 表示为：
是复合材料所显 示的最典型的一 种复合效应。
Pc＝PmVm+PfVf
Ec=EmVm+ EfVf