复合材料第12讲-ppt课件(2).ppt

1、是指除是指除以外以外而而提供提供的复合材料，如的复合材料，如、等等功能复合材料。功能复合材料。主要由主要由和和组成，或由组成，或由两种两种(或两种以上或两种以上)功能体功能体组成。组成。在在中，其中，其功能功能性质性质虽然由虽然由功能体功能体提供，但提供，但基体基体不仅起到不仅起到，同时也会对复合材料，同时也会对复合材料有影响。有影响。可以具有可以具有多种多种功能功能，同时还有可能由于，同时还有可能由于而而出现出现新的功能新的功能。因此，因此，成为成为功能复合功能复合材料的发展方向材料的发展方向。金属基复金属基复合材料合材料非金属基非金属基复合材料复合材料功能复合材料功能复合材料高聚物基高聚物

2、基复合材料复合材料陶瓷基复陶瓷基复合材料合材料树脂基复树脂基复合材料合材料橡胶基复橡胶基复合材料合材料热固性树脂热固性树脂基复合材料基复合材料热塑性树脂热塑性树脂基复合材料基复合材料基体不同基体不同功能特性功能特性磁功能复合材料磁功能复合材料电功能复合材料电功能复合材料光功能复合材料光功能复合材料热功能复合材料热功能复合材料摩擦功能复合材料摩擦功能复合材料阻尼功能复合材料阻尼功能复合材料防弹功能复合材料防弹功能复合材料辐射功能复合材料辐射功能复合材料功能复合材料的主要类型功能复合材料的主要类型功能特征功能特征主要类型主要类型用途用途磁功能磁功能复合材料复合材料屏蔽复合材料屏蔽复合材料吸波复合材

3、料吸波复合材料透波复合材料透波复合材料柔韧磁体、磁记录柔韧磁体、磁记录隐身材料隐身材料雷达罩、天线罩雷达罩、天线罩导电导电复合材料复合材料聚合物基导电复合材料聚合物基导电复合材料本征导电聚合物材料本征导电聚合物材料压电复合材料压电复合材料陶瓷基导电复合材料陶瓷基导电复合材料水泥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金属基导电复合材料导电纳米复合材料导电纳米复合材料超导复合材料超导复合材料屏蔽屏蔽防静电、开关防静电、开关压电传感器压电传感器高压绝缘高压绝缘建筑物绝缘建筑物绝缘高强、耐热导电材料高强、耐热导电材料锂电池锂电池医用核磁成像技术医用核磁成像技术减少电磁波对信息减少电磁波对信

4、息系统的干扰、减弱系统的干扰、减弱电磁波对人体健康电磁波对人体健康的损害。的损害。吸收或衰减入射的吸收或衰减入射的电磁波，使其因干电磁波，使其因干涉而消失或将其电涉而消失或将其电磁能转换为其他形磁能转换为其他形式的能量。式的能量。功能功能特征特征主要类型主要类型用途用途光功能光功能复合材料复合材料透光复合材料透光复合材料光传导复合材料光传导复合材料发光复合材料发光复合材料光致变色复合材料光致变色复合材料感光复合材料感光复合材料光电转换复合材料光电转换复合材料光记录复合材料光记录复合材料农用温室顶板农用温室顶板光纤传感器光纤传感器荧光显示板荧光显示板变色眼镜变色眼镜光刻胶光刻胶光电导摄像管光电导

5、摄像管光学存储器光学存储器热功能热功能复合材料复合材料烧蚀防热复合材料烧蚀防热复合材料热适应复合材料热适应复合材料阻燃复合材料阻燃复合材料固体火箭发动机喷管固体火箭发动机喷管半导体支撑板半导体支撑板车、船、飞行器等内装饰车、船、飞行器等内装饰材料材料(1)(1)应用面宽应用面宽 根据需要可设计与制备出根据需要可设计与制备出不不同功能同功能的复合材料，以满足现代科学技术发的复合材料，以满足现代科学技术发展的需求。展的需求。(2)(2)研制周期短研制周期短 一种结构材料从研究到应一种结构材料从研究到应用，一般需要用，一般需要10-1510-15年年左石，甚至更长，而功左石，甚至更长，而功能复合材料

6、的研制周期要短得多。能复合材料的研制周期要短得多。功能复合材料的特点功能复合材料的特点(3)(3)附加值高附加值高 单位质量的价格与利润远远单位质量的价格与利润远远高于结构复合材料高于结构复合材料(4)(4)小批量，多品种小批量，多品种 功能复合材料很少有功能复合材料很少有大批量，大批量，但品种需求多。但品种需求多。(5)(5)适于特殊用途适于特殊用途 在不少场合，功能复合在不少场合，功能复合材料有着其他材料无法比拟的使用特性。材料有着其他材料无法比拟的使用特性。材料材料在复合后在复合后所得的复合材料，依据所得的复合材料，依据其产生其产生，可分为两大类：，可分为两大类：一类复合效应为一类复合效

7、应为；另一类则为另一类则为。在这在这两类复合效应两类复合效应中，又可以显示出中，又可以显示出不同的特征。不同的特征。平均效应相乘效应平均效应相乘效应平行效应诱导效应平行效应诱导效应相补效应共振效应相补效应共振效应相抵效应系统效应相抵效应系统效应复复 合合 效效 应应不同复合效应的类别不同复合效应的类别下表列出了下表列出了的类别。的类别。复合材料的复合材料的最大特点最大特点在于它的在于它的。因此，在给定的因此，在给定的性能要求性能要求、使用环境使用环境及及经济条件限制经济条件限制的前提下，从的前提下，从和和上进行设计。上进行设计。例如，利用例如，利用的混合法则，通过的混合法则，通过可以设计出某一

8、温度区间可以设计出某一温度区间膨胀系数膨胀系数为零为零或或接近于零的构件接近于零的构件。又如又如XY平面是平面是，XZ平面呈平面呈性，通过性，通过铺层设计铺层设计可以得到可以得到YZ平面平面的复合材料。的复合材料。另外，模仿另外，模仿生物体中的生物体中的和和的的合理分布合理分布，通过，通过数据库和计算机辅助设计数据库和计算机辅助设计可望设计出可望设计出性能优良的性能优良的。磁性复合材料磁性复合材料(Magnetic composite materials)是以是以为为基体基体与与复合而成的一类材料。复合而成的一类材料。由于由于有有和和之分，因之分，因此也有此也有相应的软磁和硬磁复合材料相应的软

9、磁和硬磁复合材料。此外，此外，强磁性强磁性(铁磁性和亚铁磁性铁磁性和亚铁磁性)细微细微颗粒颗粒涂覆在涂覆在或或形形成成用于磁记录，也是一类非常用于磁记录，也是一类非常重要的磁性复合材料，又如重要的磁性复合材料，又如与液体混合与液体混合形形成成等。等。典型的永磁材料典型的永磁材料包括包括、以及以及材料。材料。一般情况下，永磁材料的一般情况下，永磁材料的，不易加工不易加工成复杂的形状。成复杂的形状。但是，制成但是，制成或或复合复合材料后，上述材料后，上述可得到克服。可得到克服。永磁复合材料永磁复合材料的的是是，高聚物和软金属高聚物和软金属起到起到的作用。的作用。其中，其中，使用较为普遍，常用的使用

10、较为普遍，常用的有有环氧树脂环氧树脂、尼龙和、尼龙和橡胶橡胶等材料。等材料。永磁复合材料永磁复合材料的的常采用常采用、等工艺技术。等工艺技术。对于对于来说来说由于它由于它较为较为复杂复杂，因此除，因此除磁体要求在较高温度下磁体要求在较高温度下(200)使用外使用外，很少采用这种，很少采用这种金属基复合磁体金属基复合磁体。很显然，与很显然，与高密度的金属磁体高密度的金属磁体或或陶陶瓷磁体瓷磁体(铁氧体铁氧体)相比，相比，是以是以为为代价代价的。的。及及直接影直接影响到材料的响到材料的及及，它可用下述关系式来表达：它可用下述关系式来表达：fMMsr320)1()(其中，其中，MrMr为复合磁体的为

11、复合磁体的剩余磁化强度剩余磁化强度；MsMs为磁为磁性组元的性组元的饱和磁化强度饱和磁化强度；为为复合磁体密度复合磁体密度；o o为为磁性组元的磁性组元的理论密度理论密度；为复合物中的为复合物中的非磁性相的非磁性相的体积分数体积分数；f f为铁磁性相在外磁场方向的取向度。为铁磁性相在外磁场方向的取向度。fMMsr320)1()(由于由于的的和和，因此常用来制作，因此常用来制作薄壁的微型电机薄壁的微型电机使用的使用的，例如，例如计算机主轴电机计算机主轴电机，钟表步进电机钟表步进电机等。等。复合永磁材料的复合永磁材料的，使其适用，使其适用于制作于制作、。如。如汽车汽车仪表用磁体仪表用磁体，磁推轴承

12、磁推轴承及各类及各类蜂鸣器蜂鸣器等。等。复合永磁材料的复合永磁材料的可看作是各类可看作是各类（如（如铁氧体铁氧体、铝镍钴铝镍钴、Sm-Co、Nd-Fe-B等）制成的等）制成的。也可以选用也可以选用两种或两种以上的两种或两种以上的与与复合，以便得到复合，以便得到更宽范围更宽范围的实用性能的实用性能。电器元件的小型化电器元件的小型化，导致，导致磁路中磁路中追求追求，为此应用的，为此应用的，除，除在在静态磁场下静态磁场下经常要求的经常要求的和和外，还要求它们具有外，还要求它们具有。通常通常，其，其 r 随随的的增大而急速下降增大而急速下降，如下图所示：如下图所示：Fe-Si-Al粉末颗粒复合体相对磁

13、导率随驱动频率的变化粉末颗粒复合体相对磁导率随驱动频率的变化如果把如果把（例如（例如Fe-Si-A1合金）合金），表面被，表面被极薄的极薄的A12O3层层或或高聚物高聚物，然后，然后热压或模压固化热压或模压固化成成，则，则从图从图A、B、D曲线看出，它的曲线看出，它的 r值值在相当宽的驱在相当宽的驱动频率范围内动频率范围内，从，从而保持在一个而保持在一个。这种复合软磁材料的这种复合软磁材料的 r值可值可由下式描述由下式描述:)2/()(ccrdd式中式中d、c和和 分别表示分别表示金属粒子尺寸金属粒子尺寸、块状金属相的块状金属相的磁导率磁导率和和包覆层厚度包覆层厚度。显然，选择合适的显然，选择

14、合适的和和即可获得即可获得所需的所需的 r值值，这对这对是十分重要的。是十分重要的。由于由于，这类材料的，这类材料的比其比其母体合金母体合金高得多高得多(高高1011倍倍)，因此，因此在交在交变磁场下变磁场下具有具有。下图显示了在下图显示了在1MHz高频下，复合材料高频下，复合材料与与D的关系。的关系。磁损耗磁损耗PL/kW.m-3磁粉粒度磁粉粒度/um从图中可看从图中可看出，出，。因此，可以因此，可以通过通过来来调节损耗调节损耗L值。值。记录记录声音和图像声音和图像，然后，然后将其读出将其读出(再生再生)的过程，如下图所示。的过程，如下图所示。音光音光电气电气信号信号磁性磁性信号信号作为磁作

15、为磁性保留性保留磁头磁头记录材料记录材料磁记录再生的原理示意图磁记录再生的原理示意图由由麦克风及摄像机麦克风及摄像机将将变成变成，再，再由磁头由磁头变成变成，从而固定在，从而固定在上。上。读出时读出时，与记录过程相反，使，与记录过程相反，使声音和声音和图像再生图像再生。理想的理想的要尽可能地要尽可能地，能能，再生时，再生时。在考虑能够实现在考虑能够实现、，大致有，大致有两方面的考虑两方面的考虑，一是，一是，二是，二是。作为记录介质的作为记录介质的，主要性能主要性能指标指标是是和和的大小。的大小。这两个性能指标不仅受这两个性能指标不仅受的影啊，也受的影啊，也受的影响。的影响。下表列出了目前使用的

16、下表列出了目前使用的的磁的磁特性。特性。磁性材料磁性材料 Mr/T Hc/A.m-1-Fe2O3(14001800)*10-4(15.9231.83)*103Co-Fe2O3(14001800)*10-4(47.7571.62)*103金属金属Fe(23002900)*10-4(111.41127.33)*103Co-Ni 合金合金(1100012000)*10-4(55.7159.69)*103各种磁性粉末的特性各种磁性粉末的特性表中的排列是表中的排列是排列的。排列的。从表中可看出，每一次材料的从表中可看出，每一次材料的重大改进重大改进都使都使产生一次质的飞跃产生一次质的飞跃，与此同时，也使

17、，与此同时，也使获得获得一次大的提高一次大的提高。磁性材料磁性材料 Mr/T Hc/A.m-1-Fe2O3(14001800)*10-4(15.9231.83)*103Co-Fe2O3(14001800)*10-4(47.7571.62)*103金属金属Fe(23002900)*10-4(111.41127.33)*103Co-Ni 合金合金(1100012000)*10-4(55.7159.69)*103在现有材料基础上，为了在现有材料基础上，为了，就应考虑，就应考虑的优化。的优化。一般对于一般对于，先制造，先制造以适以适当高分子为粘结剂的涂料当高分子为粘结剂的涂料，然后把该涂料，然后把该涂

18、料用适当的方法进行涂敷、干燥用适当的方法进行涂敷、干燥，制造出如，制造出如下图所示的一种下图所示的一种，这就是，这就是。显然，它属于。显然，它属于。记录磁带的结构记录磁带的结构到目前为止，为到目前为止，为采取了下面一些措施：采取了下面一些措施：(1)提高磁性层中提高磁性层中；(2)尽可能尽可能；(3)，防止磁损失。，防止磁损失。上面这些都是能够提高磁带记录密度的上面这些都是能够提高磁带记录密度的措施。但是，这些改进都是措施。但是，这些改进都是，超过超过一定极限值一定极限值会导致一些会导致一些出现。出现。因此，为了因此，为了，就需，就需要有要有，即要创造出，即要创造出的新功能。的新功能。目前，研

19、究者对此进行两种尝试。目前，研究者对此进行两种尝试。一、尝试把现在一、尝试把现在变成变成。二、不是用二、不是用涂敷磁性粉末和粘结剂涂敷磁性粉末和粘结剂混合成的涂料的方法混合成的涂料的方法来制造来制造，而，而是依靠是依靠的方法，的方法，来制造磁带。来制造磁带。把把变成变成的尝试是采的尝试是采用用，厚度为厚度为0.4um，厚度为，厚度为2.5um。这样，。这样，再生用，再生用。另一方面，因为另一方面，因为和和是是低频，低频，在磁性层深部在磁性层深部才变弱。所以适当地搭才变弱。所以适当地搭配配及及可得到比可得到比只使只使用一种磁性材料的磁性层用一种磁性材料的磁性层更高的输出功率。更高的输出功率。这样

20、，这样，可，可获得获得。然而这种然而这种给涂敷技术给涂敷技术提出更高提出更高的要求，不是的要求，不是常规涂敷方法常规涂敷方法能实现的。能实现的。是基于将来是基于将来需记录信需记录信号的波长号的波长可能可能向短波长方向发展向短波长方向发展的角度出发而的角度出发而设计和构思的。设计和构思的。由于由于波及的深度浅波及的深度浅，考虑到，考虑到厚度损失的问题，那么厚度损失的问题，那么是是最理想的。要制造这样的超薄膜，最理想的。要制造这样的超薄膜，是适合的。是适合的。此外，此外，具有较好的性能，本具有较好的性能，本身就可以身就可以。各种磁性粉末的特各种磁性粉末的特性如下表所示性如下表所示磁性材料磁性材料

21、Mr/T Hc/A.m-1-Fe2O3(14001800)*10-4(15.9231.83)*103Co-Fe2O3(14001800)*10-4(47.7571.62)*103金属金属Fe(23002900)*10-4(111.41127.33)*103Co-Ni 合金合金(1100012000)*10-4(55.7159.69)*103由表中可见，由表中可见，的是的是Co-Ni合金，合金，如果镀成薄膜，如果镀成薄膜，几乎接几乎接近近100。无论是。无论是，还是，还是都都对对有好处。有好处。磁性材料磁性材料 Mr/T Hc/A.m-1-Fe2O3(14001800)*10-4(15.9231

22、.83)*103Co-Fe2O3(14001800)*10-4(47.7571.62)*103金属金属Fe(23002900)*10-4(111.41127.33)*103Co-Ni 合金合金(1100012000)*10-4(55.7159.69)*103是是强磁性强磁性(铁磁性和亚铁磁性铁磁性和亚铁磁性)细细微颗粒微颗粒与与一种液体一种液体均匀混合而成的均匀混合而成的。它既具有强磁性材料的它既具有强磁性材料的，又，又具有具有。由强磁性由强磁性(磁磁粉粉)、(基液基液)和和(表面表面活性剂活性剂)组成。组成。为了防止为了防止磁粉沉淀和凝聚磁粉沉淀和凝聚，使磁性液，使磁性液体稳定，必须选择适当

23、的体稳定，必须选择适当的、物性参量和用量物性参量和用量以及以及物性参量物性参量，使，使磁粉磁偶极矩间磁粉磁偶极矩间作用力和热作用力作用力和热作用力的的，以利于，以利于磁性液体稳定磁性液体稳定。组成中的组成中的采用采用金属或非金属强磁金属或非金属强磁材料材料，通过，通过、等方法制成，粒径约等方法制成，粒径约1 100 nm的的单畴颗粒单畴颗粒。的种类很多，常根据用的种类很多，常根据用途选用。目前多采用途选用。目前多采用，主，主要有以下六种。要有以下六种。(1)一种一种常用和经济常用和经济的基液，可在较宽范的基液，可在较宽范围内调节围内调节pH值；但容易蒸发，适于制备值；但容易蒸发，适于制备在在选

24、矿和磁印刷等方面选矿和磁印刷等方面应用的应用的。(2)类和类和类类蒸气压低蒸气压低，粘滞性适当粘滞性适当，润滑性好润滑性好，适于制备适于制备在真空密封和阻尼系统中在真空密封和阻尼系统中应用的应用的磁性液体。磁性液体。(3)类类粘度较低粘度较低，电阻率和介电常数较高电阻率和介电常数较高，适于制备在要求适于制备在要求电绝缘好、粘滞性低的电绝缘好、粘滞性低的情况下情况下应用的磁性液体。应用的磁性液体。(4)类类适用适用温度范围宽温度范围宽，对氯气等稳定性高对氯气等稳定性高，不溶于其他液体不溶于其他液体，适于制备，适于制备在温度变化大在温度变化大和和有氯气的恶劣条件下有氯气的恶劣条件下应用的磁性液体。

25、应用的磁性液体。(5)类类蒸气压低蒸气压低，抗辐射性好抗辐射性好，适于制备，适于制备在高真空或辐照环境中在高真空或辐照环境中应用的磁性液体。应用的磁性液体。(6)和和导热性和导电性高导热性和导电性高，适于制备在需要，适于制备在需要高传热或导电的情况下高传热或导电的情况下应用的磁性液体。应用的磁性液体。使使磁粉表面磁粉表面吸附一层吸附一层长链长链分子分子，构成，构成，并使磁粉在，并使磁粉在磁场磁场和电场作用下和电场作用下。因此，要求因此，要求一端一端，另一端，另一端；另外，还要求分子链另外，还要求分子链，以，以获得有效的获得有效的防凝聚作用防凝聚作用。主要有主要有阴离子分散剂阴离子分散剂、阳离阳

26、离子分散剂子分散剂、两性分散剂两性分散剂和和中性中性(非离子非离子)分散剂分散剂。一般约为一般约为磁粉重量磁粉重量的的510。根据组成、特性和应用要求，磁性液体根据组成、特性和应用要求，磁性液体可分为三类。可分为三类。以以非金属磁粉非金属磁粉(目前主要为目前主要为Fe3O4磁粉磁粉)与与非金属基液非金属基液均匀混合成的均匀混合成的，是，是目前应用最多的一类。目前应用最多的一类。以以铁铁(Fe)、钴、钴(Co)或其合金磁粉或其合金磁粉与与非金非金属基液属基液均匀混合成的均匀混合成的，其磁化强度，其磁化强度高，磁性强。目前尚处干研究阶段。高，磁性强。目前尚处干研究阶段。以以金属磁粉金属磁粉和和金属

27、基液金属基液均勾混合成的均勾混合成的。其。其磁性、导热性磁性、导热性和和导电性好导电性好，适于，适于制造一些特殊装置如制造一些特殊装置如。目前多。目前多处于研究阶段，应用较少。处于研究阶段，应用较少。与与相比具有相比具有以下四个方面的特点以下四个方面的特点:(1)。能长期保持均匀状。能长期保持均匀状态，在态，在磁场和重力场磁场和重力场中不会发生中不会发生凝聚和成凝聚和成团现象团现象。(2)。可由。可由外加磁场外加磁场控制控制其粘度，并使其粘度，并使粘度对磁场表现各向异性粘度对磁场表现各向异性。(3)。无。无磁滞回线磁滞回线现象，现象，即即剩磁和矫顽力剩磁和矫顽力都为零；都为零；(4)。即可用。

28、即可用外加磁场外加磁场改变磁性液体的改变磁性液体的。由于由于兼有兼有和和，因而在，因而在电子、电机、仪表、石电子、电机、仪表、石油化工和科学研究油化工和科学研究中得到应用。中得到应用。如用于如用于运动部件的阻尼运动部件的阻尼、润滑和密封润滑和密封，不同密度物体的不同密度物体的分选和分离分选和分离，失重状态下用，失重状态下用的磁性燃料和磁性笔，的磁性燃料和磁性笔，磁控印刷磁控印刷，磁控染色磁控染色，由磁性液体作为工作物质的由磁性液体作为工作物质的陀螺陀螺、声换能器声换能器、磁流体电机磁流体电机和和磁芯磁芯等。等。作为作为没有没有明确的数明确的数值值来划分来划分导体、半导体和绝缘体导体、半导体和绝

29、缘体。两种或两种以上的金属两种或两种以上的金属形成的复合形成的复合材料显然是材料显然是；相反，相反，两种或两种以上的绝缘体两种或两种以上的绝缘体形形成的复合材料成的复合材料。但是，复合材料中如果含有但是，复合材料中如果含有和和，那么它的，那么它的或是或是极端极端或或是一些是一些中间值中间值，这取决于，这取决于导体和绝缘体的导体和绝缘体的、和和。将将混入混入，高分子高分子聚合物的电阻率聚合物的电阻率就会发生变化，然而这个变就会发生变化，然而这个变化并非依据化并非依据，而是当，而是当 c时，时，金属填充聚合物金属填充聚合物发生发生一个如下图所示的一个如下图所示的突然转换突然转换，由，由绝缘体变成绝

30、缘体变成导电体导电体。苯乙烯苯乙烯丙烯腈共聚物中丙烯腈共聚物中Al粉和粉和Fe粉的体积分数和电阻率的关系粉的体积分数和电阻率的关系电阻率对数电阻率对数/.cm金属的体积分数金属的体积分数AlFe这一这一称之为复合材料的称之为复合材料的“”值。值。与与的的尺寸、分布、尺寸、分布、形状以及制造工艺形状以及制造工艺有很大关系。有很大关系。例如例如宽粒分布宽粒分布的铝粉末的临界体积分数为的铝粉末的临界体积分数为0.4，而，而窄颗粒分布窄颗粒分布的粉末临界体积分数为的粉末临界体积分数为0.2。很多研究表明，一些很多研究表明，一些当承当承受电压受电压时，会变成时，会变成材料。材料。如果如果没有大的电流没有

31、大的电流通过，则通过，则样样品仍保持品仍保持，尔后再，尔后再恢复到样品的恢复到样品的绝缘状态绝缘状态。不仅与不仅与有关，与有关，与也有密切关系，从而也有密切关系，从而显现出显现出正温度效应正温度效应和和负温度效应负温度效应。在一温度范围内，复合材料的在一温度范围内，复合材料的电阻随电阻随着温度的升高而升高着温度的升高而升高()。当超过某一温度时，其当超过某一温度时，其电阻值又随温电阻值又随温度的升高而下降度的升高而下降()。由于电阻的由于电阻的的存在，使复合材料成为一种的存在，使复合材料成为一种。因此，可用于制备各种因此，可用于制备各种。解决解决电磁干扰电磁干扰、射频干扰射频干扰和和信息防窃信

32、息防窃的复合材料称为的复合材料称为。由于由于依赖于依赖于，因此，利用具有一定，因此，利用具有一定导电性导电性的复合材料的复合材料可满足可满足电磁屏蔽电磁屏蔽的需要。的需要。以以为基体，填充为基体，填充可可构成适合用于构成适合用于电磁屏蔽的复合材料电磁屏蔽的复合材料。由于由于电磁屏蔽的复合材料电磁屏蔽的复合材料具有具有性能好性能好、成本低成本低、成型工艺简单成型工艺简单的优点，因此成为国的优点，因此成为国际上际上电子材料研究电子材料研究的热点。的热点。有两种类型。有两种类型。(1)填充导电体的形式；其中，填料形填充导电体的形式；其中，填料形成的成的是提供是提供屏蔽功能的基本要素屏蔽功能的基本要素

33、。这种这种通常由通常由绝缘性良绝缘性良好的好的(如如ABS、PC、PP、PE、PVC、PBT、PA及它们的改性和共混的树脂及它们的改性和共混的树脂)和和(如炭黑、铝片粉、金属纤维及如炭黑、铝片粉、金属纤维及表面金属化的有机和无机纤维表面金属化的有机和无机纤维)及及复合而成，其屏蔽效果为复合而成，其屏蔽效果为4060dB。铝片在聚合物中体积分数与屏蔽效率关系铝片在聚合物中体积分数与屏蔽效率关系体积分数体积分数屏蔽效率屏蔽效率/dB与与，有关，由图中有关，由图中可看出，可看出，合适的填料合适的填料体积分数体积分数可获得好的可获得好的屏蔽效率，很多研究屏蔽效率，很多研究发现发现有最好的屏蔽效果。有最

34、好的屏蔽效果。铝纤维带的体积分数、铝纤维带的体积分数、长径比与屏蔽效率的关系长径比与屏蔽效率的关系体积分数体积分数屏蔽效率屏蔽效率/dB图中表明图中表明与与也有也有密切关系，密切关系，填料长径比填料长径比越大，屏蔽性也越大越大，屏蔽性也越大，从另一角度看，从另一角度看，长径比长径比也影响着最佳体积填充也影响着最佳体积填充量量。通常长径比越大，。通常长径比越大，最佳体积填充分数越低。最佳体积填充分数越低。多用于多用于电子设备的屏蔽电子设备的屏蔽，由于近代由于近代电子设备的数据传输电子设备的数据传输多采用多采用电视显电视显示方式示方式，如计算机终端显示器、监视器、仪，如计算机终端显示器、监视器、仪

35、表的图显和数显，都要求既表的图显和数显，都要求既，又能，又能的材料。从这个角度上看，复合材料的材料。从这个角度上看，复合材料中中为为是理想的。是理想的。(2)用用与与制成织物制成织物可作可作电磁波反射体电磁波反射体。这种这种主要用于主要用于无线通信无线通信天线的天线的，但也可作计算机、，但也可作计算机、复印机、传真机等电子设备的复印机、传真机等电子设备的。是指是指材料，材料，它广泛应用于它广泛应用于换能器换能器，实现，实现机械能与电能机械能与电能之间的相互转换。之间的相互转换。可以分为下面五类：可以分为下面五类：(1)，如石英、磷酸等；，如石英、磷酸等；(2)，如锆钛酸铅，如锆钛酸铅(PZT)

36、、钛酸铅等；、钛酸铅等；(3)，如聚氯乙烯等；，如聚氯乙烯等；(4)，如，如PZT/聚合物等；聚合物等；(5)，如，如TiSrO3等。等。是将是将和和按一定按一定连通方式连通方式，一定的，一定的体积体积/重量重量，及一定的及一定的空间分布空间分布制作而成，它可以制作而成，它可以成倍成倍地地。以以PZT/聚合物为例，其聚合物为例，其dh gb值提高值提高l3倍倍(dh为压电体的为压电体的电荷系数电荷系数；gb为压电体的为压电体的电压电压系数系数)。此外，复合材料使此外，复合材料使，以及，以及也大为改善。也大为改善。为了从本质上极大地为了从本质上极大地，将，将进一步复合进一步复合向向发展，可望获得

37、发展，可望获得更为优异的更为优异的压电复合材料压电复合材料。例如：例如：锆钛酸铅锆钛酸铅(PZT)和聚合物和聚合物(P)，即，即PZTP；钛酸铅钛酸铅(PT)和聚合物和聚合物(P)，即，即PTP；两大两大。这两大复合材料各有优缺点：这两大复合材料各有优缺点：其中，其中，中的中的PZT压电活性压电活性大，大，但其但其各向异性各向异性较小；较小；中中PT的的压电活性压电活性小，但其小，但其各向各向异性异性大。大。当实现三相复合，即当实现三相复合，即PZTPTP，势，势必会体现出两相系统所没有的性能，这一方必会体现出两相系统所没有的性能，这一方向是目前向是目前的发展方向。的发展方向。下面的关系图说明

38、了这一方向的发展下面的关系图说明了这一方向的发展PZTPPTPZT/PPT/PPZT+P/P被誉为被誉为第三代电子技术的核心第三代电子技术的核心，它在它在导弹与航天器跟踪导弹与航天器跟踪、制导制导、通信与防御通信与防御以及以及激光武器电源激光武器电源上都具有广泛的应用潜力，上都具有广泛的应用潜力，可用于可用于高性能高速计算机高性能高速计算机，远红外探测器远红外探测器，光通信光通信，(远远)红外成像红外成像以及以及磁悬浮列车磁悬浮列车等。等。1986 1986年年1212月，米勒教授和贝德诺兹月，米勒教授和贝德诺兹教授发现了一种新型的教授发现了一种新型的陶瓷超导体陶瓷超导体(此前超此前超导体都是

39、金属导体都是金属)，这种超导体把超导性的临，这种超导体把超导性的临界温度又提高到了界温度又提高到了38K38K；19871987年初，美籍华人科学家朱经武教授和年初，美籍华人科学家朱经武教授和他的学生吴茂琨发现了另外一种材料；他的学生吴茂琨发现了另外一种材料；钇钇钡铜氧化物钡铜氧化物，使超导记录提高到了，使超导记录提高到了93K93K。在这个温度区上，超导体可以用廉价。在这个温度区上，超导体可以用廉价而丰富的液氮来冷却。而丰富的液氮来冷却。然而，然而，超导超导材料材料，虽有一定抵抗，虽有一定抵抗压缩变形压缩变形的能的能力，但其力，但其，使，使得得超导体大规模实用超导体大规模实用受到了限制。受到

40、了限制。用用增强增强通过通过扩散粘扩散粘结法结法(成型压力为成型压力为4MPa，150170 ，保温，保温15min)将将包覆于其中，从包覆于其中，从而获得而获得良好的力学性能良好的力学性能、电性能电性能和和热性能热性能的的复合材料。复合材料。试验发现，随着试验发现，随着增加，增加，碳纤维锡钇氧钡铜碳纤维锡钇氧钡铜复合材料的复合材料的随随着不断提高。着不断提高。由于由于基本承担了全部的基本承担了全部的，所以所以在断裂点之前在断裂点之前，碳纤维锡材料碳纤维锡材料一直都保持超导性能。一直都保持超导性能。也常用于也常用于超导复合材料的超导复合材料的包覆材料包覆材料。由于由于的的飞速发展飞速发展和和多

41、种探测器的多种探测器的综合使用综合使用，使得，使得也必须朝着也必须朝着方向发展。方向发展。原来的原来的金属、陶瓷、半导体、高分子金属、陶瓷、半导体、高分子隐身隐身材料很难适应这一要求，因此材料很难适应这一要求，因此就显得格外重要。就显得格外重要。(1)降低目标降低目标自身发出的自身发出的或或反射外来反射外来的信号强度的信号强度；(2)减小减小目标与环境目标与环境的的，使，使其低于探测器的门槛值；其低于探测器的门槛值；(3)使目标与环境反差使目标与环境反差，造，造成目标成目标几何形状识别上几何形状识别上的困难。的困难。隐身复合材料隐身复合材料由基体材料由基体材料(或粘结或粘结剂剂)、增强体与损耗

42、介质复合而成，、增强体与损耗介质复合而成，能够通过自身的吸收作用减少目标能够通过自身的吸收作用减少目标雷达的散射截面雷达的散射截面(RCS)(RCS)。与实际目标反射回发射与实际目标反射回发射/接收接收天线的能量相同的理想电磁天线的能量相同的理想电磁波反射体的面积。波反射体的面积。雷达散射截面雷达散射截面雷达方程雷达方程422trR4GPPPr接收功率接收功率 雷达散射截面雷达散射截面 Pt发射功率发射功率 波长波长 G天线增益天线增益 R距离距离 雷达接收到从目标返回的功率与雷达接收到从目标返回的功率与RCSRCS成成正比，为使目标对雷达隐身应该尽量减小正比，为使目标对雷达隐身应该尽量减小其

43、其RCSRCS。使用吸波复合材料可达到此目的。使用吸波复合材料可达到此目的。吸波材料能吸收或衰减入射的电磁吸波材料能吸收或衰减入射的电磁波，使其因干涉而消失或其电磁能转波，使其因干涉而消失或其电磁能转换为其他形式的能量。其基本原理包换为其他形式的能量。其基本原理包括干涉作用和吸收作用。括干涉作用和吸收作用。吸波基本原理吸波基本原理 干涉作用是将入射的电磁波分成两部分，干涉作用是将入射的电磁波分成两部分，一部分从吸波层表面反射，另一部分透过吸波一部分从吸波层表面反射，另一部分透过吸波层后经底层反射后再穿过吸波层射出来。若经层后经底层反射后再穿过吸波层射出来。若经底层反射的波与吸波层表面反射的波相

44、位正好底层反射的波与吸波层表面反射的波相位正好相反，两段波便可发生干涉而减弱。相反，两段波便可发生干涉而减弱。干涉作用干涉作用 吸收作用吸收作用 材料对电磁波产生吸收作用有两个条件材料对电磁波产生吸收作用有两个条件：(1)(1)电磁波入射到材料上时能最大限度地电磁波入射到材料上时能最大限度地进入到材料内部，即电磁匹配要好进入到材料内部，即电磁匹配要好(匹配特匹配特性性)；(2)(2)进入材料内部的电磁波能迅速地被衰进入材料内部的电磁波能迅速地被衰减掉，即电磁损耗要大减掉，即电磁损耗要大(衰减特性衰减特性)。电损耗机理：电损耗机理：依靠电介质的极化机理吸收、衰减电磁波。依靠电介质的极化机理吸收、

45、衰减电磁波。极化的基本形式包括位移式极化和松弛极化。极化的基本形式包括位移式极化和松弛极化。弹性，瞬时完成，其弹性，瞬时完成，其极化过程不消耗能量，一极化过程不消耗能量，一般发生在物质结构紧密、般发生在物质结构紧密、规则的地方。规则的地方。与热运动有关，非与热运动有关，非弹性，需一定时间，需弹性，需一定时间，需消耗一定的能量。消耗一定的能量。电损耗介质的吸波机理主要是松弛极化。松弛极化与电电损耗介质的吸波机理主要是松弛极化。松弛极化与电场作用和热运动有关。热运动的作用力图使材料中的质点场作用和热运动有关。热运动的作用力图使材料中的质点分布混乱，而电场力图使这些质点按电场规律分布，最终分布混乱，

46、而电场力图使这些质点按电场规律分布，最终结果是使质点按电场规律分布，然而在质点移动过程中克结果是使质点按电场规律分布，然而在质点移动过程中克服了一定的势垒，时间较长，需吸收一定能量。服了一定的势垒，时间较长，需吸收一定能量。按照按照电磁波吸收剂的使用电磁波吸收剂的使用，可分为可分为和和两类，它们都是两类，它们都是以树脂为基体以树脂为基体的复合材料。的复合材料。能使能使与它与它有尽可能有尽可能接近的反射、透过、吸收电磁波和声波特接近的反射、透过、吸收电磁波和声波特性性的一类无机涂层，又称为的一类无机涂层，又称为。隐身涂层种类很多，有隐身涂层种类很多，有隐隐身涂层、身涂层、隐身涂层，以及隐身涂层，

47、以及、等侦察隐身涂层，等侦察隐身涂层，还有还有涂层等。涂层等。多采用多采用。由由、和和等组成。等组成。可以是可以是有机树脂有机树脂，也可以是，也可以是无机胶粘剂无机胶粘剂。是调节涂层与电磁波、声波相是调节涂层与电磁波、声波相互作用特性的关键性互作用特性的关键性粉末状原料粉末状原料。金属、半导体、陶瓷等不同类型的粉末可金属、半导体、陶瓷等不同类型的粉末可以作为以作为，由于它们在能带结构上的差，由于它们在能带结构上的差别，可针对不同的别，可针对不同的探测装置探测装置进行隐身。进行隐身。由于由于不断提高，不断提高，也向具也向具有有多功能的多层涂层多功能的多层涂层及及多层复合膜多层复合膜方向发展。方向

48、发展。由于由于存在存在重量重量、厚度厚度、粘接力粘接力等问题，在使用范围上受到了一定等问题，在使用范围上受到了一定限制；限制；因此兼具因此兼具和和双重功能的双重功能的应运而生。应运而生。在材料中传播的在材料中传播的是是复复合材料吸波的关键合材料吸波的关键。实际上振幅不同的波来往传播，包括实际上振幅不同的波来往传播，包括折射和散射折射和散射。最后使。最后使能得到衰减，达到吸收的目的。能得到衰减，达到吸收的目的。此外，在设计中，使复合材料此外，在设计中，使复合材料尽量尽量，就会，就会使使表面反射小表面反射小，从而达到隐身作用。，从而达到隐身作用。作为兼具作为兼具和和双重功能的材料双重功能的材料的设

49、计，主要有的设计，主要有和和复合材料复合材料两大类。两大类。所谓所谓是是基体为高聚物基体为高聚物，增强体增强体是不同类型纤维材料是不同类型纤维材料。例如，选择例如，选择酚醛材脂酚醛材脂为基体，选择为基体，选择碳纤碳纤维、玻璃纤维、芳纶维、玻璃纤维、芳纶等为增强体，选择合适等为增强体，选择合适的的混杂结构参数混杂结构参数，界面尽量增多，这种复合，界面尽量增多，这种复合材料不仅有较好的材料不仅有较好的，同时也只有良，同时也只有良好的好的。是一种外形是一种外形上上类似于泡沫塑料类似于泡沫塑料的的，对，对电磁波有极好的吸收效果。电磁波有极好的吸收效果。如采用如采用多层结构多层结构，频率为，频率为812GHz时，时，吸收性能吸收性能达到达到15dB。抗抗x射线辐射射线辐射复合材料；复合材料；（用于抵抗（用于抵抗x射线辐射射线辐射造成对材料结构的破坏效应的一类复合材料）造成对材料结构的破坏效应的一类复合材料）。仿生仿生复合材料；复合材料；摩擦功能摩擦功能复合材料；复合材料；（具有低摩擦系数或高摩擦（具有低摩擦系数或高摩擦系数的复合材料）系数的复合材料）透光透光复合材料；复合材料；热性能热性能复合材料。复合材料。