31复合材料的复合效应详解
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原理上利用锆钛酸铅PZT压电陶瓷在电能与机械能之间相互转 换的正、逆压电效应，既在压电陶瓷加一电信号，便产生机械 振动而发射超声波，当超声波在空气传播途中碰到障碍物立即 被反射回来，作用于它的陶瓷时，则会有电信号输出，通过数 据处理时间差测距，计算显示车与障碍物的距离及危险相撞时 报警，可准确无误地探测汽车尾部及驾车者视角盲区的微小障 碍物，实用性相当强。
3. 复合材料的 复合效应
1
3 复合材料的复合效应
3.1 材料的复合效应
掌握：复合效应的分类及其特点；
3.2 复合材料的结构与复合效果 3.3 复合材料的模型及性能的一般规律 3.4 复合材料的设计原理和复合理论
2
3.1 材料的复合效应
一.复合效应：
对于由A、B两种原材料复合而成的材料 C，其性能既包含A、B两种原材料所固有的 性能，又具有A、B两种原材料所不具备的新 性能。
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3.1 材料的复合效应
4. 相抵效应：基体与增强体组成复合材料时， 若组分间能相互制约，限制了整体性能提高， 则复合后显示出相抵效应。
如，脆性的纤维增强体与韧性基体组成的复合材料， 当两者间界面结合很强时，复合材料整体显示为脆性 断裂。
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3.1 材料的复合效应
5.相乘效应：两种具有转换效应的材料复合在一起，即
可发生相乘效应。
电磁效应·磁光效应=电光效应。
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，即：
X/Y·Y/Z＝X/Z
式中，X、Y、Z分别表示各种物理性能。
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表3.1 复合材料的乘积效应
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
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由于磁致伸缩材料在磁场作用下，其长度发生变化，可发生 位移而做功或在交变磁场作用可发生反复伸张与缩短，从而产 生振动或声波，这种材料可将电磁能（或电磁信息）转换成机 械能或声能（或机械位移信息或声信息）。
相反也可以将机械能（或机械位移与信息），转换成电磁能 （或电磁信息），它是重要的能量与信息转换功能材料。它在 声纳的水声换能器技术，电声换能器技术、海洋探测与开发技 术、微位移驱动、减振与防振、减噪与防噪系统、智能机翼、 机器人、自动化技术、燃油喷射技术、阀门、泵、波动采油等 高技术领域有广泛的应用前景。
源于耦合：不同性质材料之间的相互作用
注：复合效应表现为复合材料的性能在其组分
材料基础上的线性和非线性的综合。
3
复合材料的基本理论
构效关系
材料的微观组织
形状、分散程度 体积分数 几何学特征
复合材料的 基本理论
原材料的性能
力学性能 物理性能 界面的状态
复合材料的 整体性能
复合材料理论与组织、性能之间的关系
外来波长的频率特征，调制复合材料频率，达到吸收外来波的目
1.平均效Fra Baidu bibliotek：
是复合材料所显 示的最典型的一 种复合效应。
表示为：Pc=PmVm+PfVf ，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、 基体和增强体。
如复合材料的弹性模量，若用混合率来表示， 则为：Ec=EmVm+EfVf
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3.1 材料的复合效应
2.平行效应：即组成复合材料的各组分在复合材料 中，均保留本身的作用，既无制约也无补偿。
B相性质 Y/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
复合后的乘积性质(X/Y)(Y/Z)＝X/Z 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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当你在点燃煤气灶或热水器 时，就有一种压电陶瓷已悄悄地 为你服务了一次。
生产厂家在这类压电点火装 置内，藏着一块压电陶瓷，当用 户按下点火装置的弹簧时，传动 装置就把压力施加在压电陶瓷上， 使它产生很高的电压，进而将电 能引向燃气的出口放电，于是， 燃气就被电火花点燃了。压电陶 瓷的这种功能就叫做压电效应。 反之施加电压，则产生机械应力， 称为逆压电效应。
13
超声波传感器用作汽车倒车防撞报警器装置，也被称为超声 波倒车雷达或倒车声纳系统，尤其适用于加长型装载汽车、 载重大货车、矿山汽车等大型车辆。
对于增强体（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。
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3.1 材料的复合效应
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。
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， 其力学性能显示为增强体与基体的互补。
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。
5
3.1 材料的复合效应
复合材料的性质 与增强组元（功 能组元）的含量 有线性关系
线性效应 平均效应
不同复合效应的类别
复合效应 非线性效应 相乘效应
平行效应
诱导效应
相补效应
共振效应
相抵效应
系统效应
6
3.1 材料的复合效应
4
3.1 材料的复合效应
就其产生复合效应的特征，分为两大类：
线性效应 非线性效应
线性指量与量之 间成正比关系。
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,
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3.1 材料的复合效应
7.共振效应：两个相邻的材料在一定条件下，会产生 机械的或电、磁共振。
由不同材料组分组成的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。
利用该效应，可以根据外来的工作频率，改变复合材料固有频率
而避免材料在工作时引起的破坏。对于吸波材料，同样可以根据
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3.1 材料的复合效应
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发生 改变，而改变整体性能或产生新的效应。
例如 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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纤维/树脂界面横晶形态：A碳纤维/聚苯硫醚
B 碳纤维/尼龙66 C 石墨纤维/聚醚醚酮
3. 复合材料的 复合效应
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3.1 材料的复合效应
掌握：复合效应的分类及其特点；
3.2 复合材料的结构与复合效果 3.3 复合材料的模型及性能的一般规律 3.4 复合材料的设计原理和复合理论
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3.1 材料的复合效应
一.复合效应：
对于由A、B两种原材料复合而成的材料 C，其性能既包含A、B两种原材料所固有的 性能，又具有A、B两种原材料所不具备的新 性能。
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3.1 材料的复合效应
4. 相抵效应：基体与增强体组成复合材料时， 若组分间能相互制约，限制了整体性能提高， 则复合后显示出相抵效应。
如，脆性的纤维增强体与韧性基体组成的复合材料， 当两者间界面结合很强时，复合材料整体显示为脆性 断裂。
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3.1 材料的复合效应
5.相乘效应：两种具有转换效应的材料复合在一起，即
可发生相乘效应。
电磁效应·磁光效应=电光效应。
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，即：
X/Y·Y/Z＝X/Z
式中，X、Y、Z分别表示各种物理性能。
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表3.1 复合材料的乘积效应
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
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由于磁致伸缩材料在磁场作用下，其长度发生变化，可发生 位移而做功或在交变磁场作用可发生反复伸张与缩短，从而产 生振动或声波，这种材料可将电磁能（或电磁信息）转换成机 械能或声能（或机械位移信息或声信息）。
相反也可以将机械能（或机械位移与信息），转换成电磁能 （或电磁信息），它是重要的能量与信息转换功能材料。它在 声纳的水声换能器技术，电声换能器技术、海洋探测与开发技 术、微位移驱动、减振与防振、减噪与防噪系统、智能机翼、 机器人、自动化技术、燃油喷射技术、阀门、泵、波动采油等 高技术领域有广泛的应用前景。
源于耦合：不同性质材料之间的相互作用
注：复合效应表现为复合材料的性能在其组分
材料基础上的线性和非线性的综合。
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复合材料的基本理论
构效关系
材料的微观组织
形状、分散程度 体积分数 几何学特征
复合材料的 基本理论
原材料的性能
力学性能 物理性能 界面的状态
复合材料的 整体性能
复合材料理论与组织、性能之间的关系
外来波长的频率特征，调制复合材料频率，达到吸收外来波的目
1.平均效Fra Baidu bibliotek：
是复合材料所显 示的最典型的一 种复合效应。
表示为：Pc=PmVm+PfVf ，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、 基体和增强体。
如复合材料的弹性模量，若用混合率来表示， 则为：Ec=EmVm+EfVf
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3.1 材料的复合效应
2.平行效应：即组成复合材料的各组分在复合材料 中，均保留本身的作用，既无制约也无补偿。
B相性质 Y/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
复合后的乘积性质(X/Y)(Y/Z)＝X/Z 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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当你在点燃煤气灶或热水器 时，就有一种压电陶瓷已悄悄地 为你服务了一次。
生产厂家在这类压电点火装 置内，藏着一块压电陶瓷，当用 户按下点火装置的弹簧时，传动 装置就把压力施加在压电陶瓷上， 使它产生很高的电压，进而将电 能引向燃气的出口放电，于是， 燃气就被电火花点燃了。压电陶 瓷的这种功能就叫做压电效应。 反之施加电压，则产生机械应力， 称为逆压电效应。
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超声波传感器用作汽车倒车防撞报警器装置，也被称为超声 波倒车雷达或倒车声纳系统，尤其适用于加长型装载汽车、 载重大货车、矿山汽车等大型车辆。
对于增强体（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。
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3.1 材料的复合效应
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。
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， 其力学性能显示为增强体与基体的互补。
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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3.1 材料的复合效应
复合材料的性质 与增强组元（功 能组元）的含量 有线性关系
线性效应 平均效应
不同复合效应的类别
复合效应 非线性效应 相乘效应
平行效应
诱导效应
相补效应
共振效应
相抵效应
系统效应
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3.1 材料的复合效应
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3.1 材料的复合效应
就其产生复合效应的特征，分为两大类：
线性效应 非线性效应
线性指量与量之 间成正比关系。
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,
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3.1 材料的复合效应
7.共振效应：两个相邻的材料在一定条件下，会产生 机械的或电、磁共振。
由不同材料组分组成的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。
利用该效应，可以根据外来的工作频率，改变复合材料固有频率
而避免材料在工作时引起的破坏。对于吸波材料，同样可以根据
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3.1 材料的复合效应
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发生 改变，而改变整体性能或产生新的效应。
例如 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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纤维/树脂界面横晶形态：A碳纤维/聚苯硫醚
B 碳纤维/尼龙66 C 石墨纤维/聚醚醚酮