31复合材料的复合效应解析
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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。
9
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。
10
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
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
17
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
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
1.平均效应：
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
7
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。
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。
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 复源自文库材料的乘积效应
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
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。
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。
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
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
12
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。
15
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。
16
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
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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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。
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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
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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
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
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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
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
1.平均效应：
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。
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。
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 复源自文库材料的乘积效应
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
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。
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。
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
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。
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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
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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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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。