复合材料的复合效应
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➢对于吸波材料，同样可以根据外来波长的频
率特征，调整复合材料频率，达到吸收外来 波的目的。
系统效应
➢ 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，但在实际现象 中已经发现这种效应的存在。
➢例如，交替叠层镀膜的硬度大于原来各单
一镀膜的硬度和按线性混合率估算值，说 明组成了复合系统才能出现的现象。。
➢导热性质（导热系数）、导电性质（电阻）
c iVi
式中，α为材料某一性能， αi为组分材料的性能， V为组分体积含量。（广义欧姆定律）
强度性质
➢材料的强度特性是材料承受外作用场极限能力的
表征，这一概念对于结构体系也是同样的含义。 材料的力学强度是材料承受外力的极限能力，如 拉伸强度、冲击强度等；材料对电场的承受能力， 则为电击穿强度。
上述的各种复合效应，都是复合材料科学所 研究的对象和重要内容，这也是开拓新型复 合 材料的基础理论问题
性质分类
固有性质 传递性质 强度性质 转换性质
固有性质
➢复合材料在各相之间不相互作用所表现出来的材
料性质。这类性质往往是材料性质的直观表现， 如材料的密度、比热容。它们从本质上表示材料 所含有的物质量和能量的额度，在数学形式上， 该量是一个标量。
➢作为最简单的传递方式，有串联和并联两种基
本形式。
➢对复杂的多相结构，往往可以采用这两种形式
的多次组合。
• 对于不同物理场的传递，材料阻力系数具有不同
的物理含义。如在电场作用下， 为材料的电阻 率，表征材料的导电性能；在热传导时， 为导 热系数，表征材料的热传递性能；对于复杂体系 的给热传递时， 为系统的导热系数。
➢ 对于复合材料，其转换性质除了取决于各组分相的微观结 构外，还取决于各组分相间的相互作用。由于不同组分的 转换性质不同，复合材料的转换性质更为复杂。
➢ 前面提到的材料复合的相乘效应是复合材料转换性质的典 型效应。
➢对于非均质的复合材料，材料对外作用场的承载
能力不是各组分相承载力的叠加，而与外作用场 的分布、分组分相之间的相互作用有关，也与组 分相的含量、几何状态、分布状态及各相的失效 过程有关。
转换性质
➢ 转换性质:是指材料在一种外场作用下，转换产生另一种
新场量。表征两种场量的相互关系则称为转换关系。如材 料在电场作用下产生热量，在热作用下产生光，在应力作 用下发生变化，都是材料的转换性质。转换性质是表征材 料的微观结构，拓扑在外作用场下的变化。材料的转换性 质通常是张量。
传递源自文库质
➢材料的传递性质是材料在外作用场作用时，表
征某通量通过材料阻力大小的物理量，诸如导 热性质(导热系数)、导电性质(电阻率)等等。该 类性质本质上表征材料中微粒子的运动状态 及通过运动传递能量、物质的能力。
➢ 对于复合材料多相体系，由于不同介质的传递
性质的差异、相结构及相间边界条件的差异， 使传递的路径、速率与均质材料不相同。从物 理角度讲，即使由作用场输入的是一维均匀 流，输出的通量仍是非均匀的杂散流。
➢ 将一种具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，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。
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。 (1) 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。 (2) 在碳纤维增强尼龙或聚丙烯中，由于碳纤维 表面对基体的诱导作用，致使界面上的结晶状 态与数量发生了改变，如出现横向穿晶等，这 种效应对尼龙或聚丙烯起着特殊的作用。
➢这种强结合的界面同时却导致了复合材料冲击性
能的降低。在金属基、陶瓷基增强复合材料中，
过强的界面结合不一定是最适宜的。
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。这样的组合可以非常广泛， 已被用于设计功能复合材料。
电磁效应材料＋磁光效应的材料 ＝电光效应复合材料
X／Y．Y／Z=X／Z
➢ 复合材料的固有性质在组分复合前后，其物质量
和能量的总含量不会变化(包括复合过程中的能量 变化量)。此时，复合材料的性质是各相组分按含 量的加和性，而与各相的几何状态、 分析状态无 关。
➢密度、比热 ➢标量
i Vi
式中，ρ为材料某一性能， ρi为组分材料的性能，
V为组分体积含量。
上式即为混合律。对复合材料而言，属于固 有性质的物理量，都应服从混合律。要注意的是， 对于复合材料的某些性质，尽管也近似于服从混 合律，但并不是从本质上服 从混合律，故不属于 固有性质。
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，限制了整体性能提高，则复合后显示出
相抵效应。
(1)脆性的纤维增强体＋韧性基体＝复合材料(界面
结合很强)
显示为脆性断裂。
(2)玻璃纤维增强塑料＋硅烷偶联剂＝树脂基体组成
的复合材料
材料的拉伸强度高出30％～40
％，而且湿态强度保留率也明显提高。
平行效应
➢其组成复合材料的各组分在复合材料中，
均保留本身的作用，即无制约也无补偿。
➢例如：增强体(纤维)＋基体界面很弱的复
合材料。
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，其性能显示为增强体与基体的互 补。
5.3 复合材料的复合效应 5.3.1材料的复合效应
• 材料在复合后产生的效应特征
线性效应
非线性效应
诱共系 导振统 效效效 应应应
平均效应
➢显示的复合材料的最典型的一种复合效应
Pc=PmVm+PfVf P为材料性能，y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
例：复合材料的弹性模量 Ec=EmVm+EfVf
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、磁的共振。
➢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。利用这种效应，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。
率特征，调整复合材料频率，达到吸收外来 波的目的。
系统效应
➢ 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，但在实际现象 中已经发现这种效应的存在。
➢例如，交替叠层镀膜的硬度大于原来各单
一镀膜的硬度和按线性混合率估算值，说 明组成了复合系统才能出现的现象。。
➢导热性质（导热系数）、导电性质（电阻）
c iVi
式中，α为材料某一性能， αi为组分材料的性能， V为组分体积含量。（广义欧姆定律）
强度性质
➢材料的强度特性是材料承受外作用场极限能力的
表征，这一概念对于结构体系也是同样的含义。 材料的力学强度是材料承受外力的极限能力，如 拉伸强度、冲击强度等；材料对电场的承受能力， 则为电击穿强度。
上述的各种复合效应，都是复合材料科学所 研究的对象和重要内容，这也是开拓新型复 合 材料的基础理论问题
性质分类
固有性质 传递性质 强度性质 转换性质
固有性质
➢复合材料在各相之间不相互作用所表现出来的材
料性质。这类性质往往是材料性质的直观表现， 如材料的密度、比热容。它们从本质上表示材料 所含有的物质量和能量的额度，在数学形式上， 该量是一个标量。
➢作为最简单的传递方式，有串联和并联两种基
本形式。
➢对复杂的多相结构，往往可以采用这两种形式
的多次组合。
• 对于不同物理场的传递，材料阻力系数具有不同
的物理含义。如在电场作用下， 为材料的电阻 率，表征材料的导电性能；在热传导时， 为导 热系数，表征材料的热传递性能；对于复杂体系 的给热传递时， 为系统的导热系数。
➢ 对于复合材料，其转换性质除了取决于各组分相的微观结 构外，还取决于各组分相间的相互作用。由于不同组分的 转换性质不同，复合材料的转换性质更为复杂。
➢ 前面提到的材料复合的相乘效应是复合材料转换性质的典 型效应。
➢对于非均质的复合材料，材料对外作用场的承载
能力不是各组分相承载力的叠加，而与外作用场 的分布、分组分相之间的相互作用有关，也与组 分相的含量、几何状态、分布状态及各相的失效 过程有关。
转换性质
➢ 转换性质:是指材料在一种外场作用下，转换产生另一种
新场量。表征两种场量的相互关系则称为转换关系。如材 料在电场作用下产生热量，在热作用下产生光，在应力作 用下发生变化，都是材料的转换性质。转换性质是表征材 料的微观结构，拓扑在外作用场下的变化。材料的转换性 质通常是张量。
传递源自文库质
➢材料的传递性质是材料在外作用场作用时，表
征某通量通过材料阻力大小的物理量，诸如导 热性质(导热系数)、导电性质(电阻率)等等。该 类性质本质上表征材料中微粒子的运动状态 及通过运动传递能量、物质的能力。
➢ 对于复合材料多相体系，由于不同介质的传递
性质的差异、相结构及相间边界条件的差异， 使传递的路径、速率与均质材料不相同。从物 理角度讲，即使由作用场输入的是一维均匀 流，输出的通量仍是非均匀的杂散流。
➢ 将一种具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，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。
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。 (1) 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。 (2) 在碳纤维增强尼龙或聚丙烯中，由于碳纤维 表面对基体的诱导作用，致使界面上的结晶状 态与数量发生了改变，如出现横向穿晶等，这 种效应对尼龙或聚丙烯起着特殊的作用。
➢这种强结合的界面同时却导致了复合材料冲击性
能的降低。在金属基、陶瓷基增强复合材料中，
过强的界面结合不一定是最适宜的。
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。这样的组合可以非常广泛， 已被用于设计功能复合材料。
电磁效应材料＋磁光效应的材料 ＝电光效应复合材料
X／Y．Y／Z=X／Z
➢ 复合材料的固有性质在组分复合前后，其物质量
和能量的总含量不会变化(包括复合过程中的能量 变化量)。此时，复合材料的性质是各相组分按含 量的加和性，而与各相的几何状态、 分析状态无 关。
➢密度、比热 ➢标量
i Vi
式中，ρ为材料某一性能， ρi为组分材料的性能，
V为组分体积含量。
上式即为混合律。对复合材料而言，属于固 有性质的物理量，都应服从混合律。要注意的是， 对于复合材料的某些性质，尽管也近似于服从混 合律，但并不是从本质上服 从混合律，故不属于 固有性质。
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，限制了整体性能提高，则复合后显示出
相抵效应。
(1)脆性的纤维增强体＋韧性基体＝复合材料(界面
结合很强)
显示为脆性断裂。
(2)玻璃纤维增强塑料＋硅烷偶联剂＝树脂基体组成
的复合材料
材料的拉伸强度高出30％～40
％，而且湿态强度保留率也明显提高。
平行效应
➢其组成复合材料的各组分在复合材料中，
均保留本身的作用，即无制约也无补偿。
➢例如：增强体(纤维)＋基体界面很弱的复
合材料。
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，其性能显示为增强体与基体的互 补。
5.3 复合材料的复合效应 5.3.1材料的复合效应
• 材料在复合后产生的效应特征
线性效应
非线性效应
诱共系 导振统 效效效 应应应
平均效应
➢显示的复合材料的最典型的一种复合效应
Pc=PmVm+PfVf P为材料性能，y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
例：复合材料的弹性模量 Ec=EmVm+EfVf
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、磁的共振。
➢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。利用这种效应，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。