抗辐射复合材料

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又称为燃烧合成技术 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 而在很短时间里合成出所需材料的一种方法。
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优点：
(1) 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。 (2) 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； (3) 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，因此可显著节约能源和时间，而且设备也比较简单。
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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。 树脂基功能复合材料以热压成型为主。
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新兴技术 原位复合技术：以材料合成过程于基体中产生弥散相且与母体有良好相容性、无重复污染为特色。 自蔓延复合技术：以自放热、自洁净和高活性、亚稳结构产物为特征。 分子自组装技术：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。 仿生技术、凝胶浇注技术、微波合成与烧结技术等。
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来源于 原位结晶（in-situ crystallization）和 原位聚合（in-situ polymerization）的概念。
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 在材料制备过程中原位就地产生。
原位生成可以是金属、陶瓷或高分子等物相，它们能以颗粒、晶须、晶板或微纤等微观组织形 式存在于基体中。
设计原则与结构复合材料基本相同： ①首先考虑关键的、主要的性能； ②兼顾其他性能； ③选择性能分散性小的原材料(如功能体、基体等)； ④采取的成型工艺尽可能简单、方便； ⑤经济性合理。
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功能复合材料的设计要比结构复合材料的设计复杂 原因：
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。功能复合材料的设计则不同，由于功能特性广，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。
减少电磁波对用信途息系统的干扰、减 弱电磁波对人体健康的损害。
柔吸 因韧收 干磁或 涉体衰 而、减消磁入失记射或录的将电其磁电波磁，能使转其换 隐为身其材他料形式的能量。 雷达罩、天线罩
屏蔽 防静电、开关 压电传感器 高压绝缘 建筑物绝缘 高强、耐热导电材料 锂电池 医用核磁成像技术
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功能特征
光功能 复合材料
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仿生学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。
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分类
结构仿生
功能仿生
材料仿生 力学仿生
通过研究生物肌体的构造，建造类似生物体或 其中一部分的机械装置，通过结构相似实现功 能相近。
(1) 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。
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(2) 材料-结构工艺的同步性 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；对复合材料性能随时间变化的规律和知识掌握不 够。
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功能特征
摩擦 复合材料 阻尼 复合材料
防弹 复合材料
抗辐射 复合材料
主要类型
摩阻复合材料 减摩复合材料
热损耗阻尼复合材料 磁损耗阻尼复合材料 电损耗阻尼复合材料
软质防弹装甲 复合材料层合板防弹装甲 陶瓷/复合材料防弹装甲
防紫外线复合材料 防X射线复合材料 防γ射线复合材料 防中子复合材料 防核辐射复合材料
电磁波特性复合材料、磁光复合材 料等
兼有磁性功能与其他功能特 性的的材料
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磁性复合材料
由带有磁性的功能体与基体经混合、成型、固化 而得到。
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
根据基体相态分类：固体磁性复合材料 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 纳米磁性复合材料。
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， 在智能机器人的研究中具有重大意义。
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分类
结构仿生
功能仿生
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。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，用生物材料的观点来考虑材料的设计与制作。
抗辐射复合材料
基体材料(连续相) 组成
功能体(分散相)
粘结、保护纤维作用， 某些情况下也起功能作 用。
复合材料的功能特性主要由功能体贡献， 加入不同特性的功能体可得到特性各异的功能 复合材料。
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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。
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 产生复合效应而出现新的功能。
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(1) 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。
(2) 研制周期短。 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周 期要短得多。
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(1) 复合材料各组元 (相) 作用
基体：
① 将增强材料粘合成整体并使增强材料的位置固定。 ② 增强材料间传递载荷，并使载荷均匀，自身承受一定载荷。 ③ 保护增强体免受各种损伤。 ④ 很大程度上决定成型工艺方法及工艺参数选择。 ⑤ 决定部分性能。
增强体： 功能体： 界面相层：
主要承受绝大部分载荷、增强、 增韧 赋予一定功能 复合材料产生组合力学及其它性能，复合效应产生的根源。
材料仿生 力学仿生
主要研究人体结构与精细结构的静力学性质，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，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与研 制提供科学根据。
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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。 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和较复杂：
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分子自组装体系的分类： 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构筑成具有特殊结构和形状的集合
体的过程。
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表征手段： 固态结构可通过有效的X射线晶体衍射的方法；红外光谱和X射线光电子能谱来获
得组装体系的分子结构信息；X射线反射可测自组装膜的厚度和粗糙度；用差示扫描量 热法(DSC)和X射线衍射及极化光谱来研究自组装体系的热力学性质等。
热功能 复合材料
主要类型
透光复合材料 光传导复合材料 发光复合材料 光致变色复合材料 感光复合材料 光电转换复合材料 光记录复合材料 烧蚀防热复合材料 热适应复合材料 阻燃复合材料
用途
农用温室顶板 光纤传感器 荧光显示板 变色眼镜 光刻胶 光电导摄像管 光学存储器 固体火箭发动机喷管 半导体支撑板 车、船、飞行器等内装饰材料
橡胶基复合材料
热固性树脂基复合材 料
热塑性树脂基复合材 料
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磁功能复合材料

电功能复合材料
光功能复合材料
功能特性
热功能复合材料 摩擦功能复合材料
阻尼功能复合材料
防弹功能复合材料
辐射功能复合材料
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功能复合材料的主要类型
功能特征 磁功能 复合材料
导电 复合材料
主要类型
屏蔽复合材料 吸波复合材料 透波复合材料 聚合物基导电复合材料 本征导电聚合物材料 压电复合材料 陶瓷基导电复合材料 水泥基导电复合材料 金属基导电复合材料 导电纳米复合材料 超导复合材料
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原理
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，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。
优点：
(1)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。
决定复合材料的磁 性能
影响复合材料的磁性能、 力学性能及成型加工性 能
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界面区域示意图 1-外力场； 2-树脂基体； 3-基体表面区； 4-相互渗透区； 5-增强剂表面区； 6-增强剂
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(2) 复合效应 复合效应表现形式多种多样大致可分为： 线性效应：加和效应、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
反映为复合材料的混合定则(Rule of Mixture) Pc=f1p1n+f2p2n+f3p3n+f4p4n+……
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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； 功能-承力一体与轻量化； 功能体的高性能化与微细化； 使用性能的稳定性与长寿命； 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。
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10.3 磁性复合材料
根据应用特性
磁性复合材料
以磁功能为主要应用目的的材 料
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10.3.1 聚合物基磁性复合材料
优点：①密度小；②材料机械性能优良，具有很好的冲击强度和拉伸强度；③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1kg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。
1. 组分材料与其作用 组成：磁性功能体(磁粉)、聚合物基体(粘结剂)和加工助剂三大部分组成。
用途
汽车刹车片 轴承
洗衣机外壳、网球拍 桥梁减振 智能声控
防弹衣 防弹头盔 航空复合装甲
遮阳伞 X射线摄影纱 γ射线防护服 中子辐射防护服 核废料容器
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复合效应 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来的复合效应是不 同的。
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分子自组装指分子在氢键、静电、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构和形状的集合 体的过程。
产生需要的条件： (1)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 组装提供能量。 (2)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 生就必须在空间的尺寸和方向上达到分子重排要求。
Pc ：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(或功能体)的某性质 fi：体积分数， f1+f2+f3+f4+…=100% n：常数，由实验确定，范围为-1≤n≤1。
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又称传递特性，交叉耦和效应。
如对材料输入X，材料性能输出为Y，而Y又作为另外一种材料的输入，另外一种材料产 生输出为Z，两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，还可创造出任何单一材料不可能存在的功能效应。
(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 (4) 小批量，多品种。功能复合材料很少有大批量， 但品种
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
无法比拟的使用特性。
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基体不同
功能复合材料
金属基复合材料
非金属基复合材 料
高聚物基复合材 料
陶瓷基复合材料
树脂基复合材料
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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。
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
两个相邻物体在一定条件下发生共 振。
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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 过一定的复合工艺制成所需要求的功能复合材料。
如两种功能材料—热-形变材料 (X/ Y表示)、形变-电导材料 (Y/ Z) ，其乘积效果：
X Y X YZ Z
由于两组分的协同作用得到一种新的热-电导功能复 合材料
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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，超过按混合定则的计算值。说明组成了复合系统才能出现 的现象。