1、功功 能能 复复 合合 材材 料料授课教师: 许红亮5/10/2022功能复合材料25/10/2022功能复合材料35/10/2022功能复合材料4是指除是指除以外以外而提而提供供的复合材料，如的复合材料，如、等功能复合材料。等功能复合材料。5/10/2022功能复合材料5主要由主要由一种或多种一种或多种和和组成。组成。1. 2 功能复合材料的设计功能复合材料的设计1.2.1 功能复合材料的设计原则柔韧性磁体：柔韧性磁体：磁粉磁粉 功能体功能体橡胶和塑料橡胶和塑料 基体基体 黏结和赋形作用，黏结和赋形作用，并同时改善材料的物理机械性能并同时改善材料的物理机械性能5/10/2022功能复合材料6
2、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。5/10/2022功能复合材料7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。5/10/2022功能复合材料8功能复合材料的主要设计原则：（1）首先考虑关键的、主要的性能；（2）兼顾其它性能；（3）选择性能分散性小的原材料;（4）采取的成型工艺尽可能简单、方便；（5）经济性合理。5/10/2022功能复合材料9复合材料设计的目的
3、：提高材料的综合性能,也就是材料的优值。材料的优值：是由几个物理量综合起来对材料的使用性能进行评价的量。 复合材料有很多途径以达到高优值，即按照要求调整其特有的参数，经设计来满足材料有关的物理量组元。也可通过复合材料的复合效应设计制造各种功能复合材料。5/10/2022功能复合材料101.2.2 功能复合材料的设计特点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。5/10/2022功能复合材料111）具有提高材料优值的广泛途径和自由度n调整复合度
4、 复合度是参与复合各组分的体积（质量）分数。n调整联接方式 复合材料中各组分在三维空间中互相连接的形式可任意调整。n调整对称性 对称性是功能复合材料组分在空间几何布局上的特征。不同功能复合材料的对称性须选用不同的描述方法。如，0-3型（球形颗粒分散在基体中）复合材料各向同性；1-3型（针行颗粒按一定方向排列）产生双折射行为；2-2型（片状颗粒分散在基体中）则出现负光性。n调整尺寸 当功能体尺寸从微米、亚微米减小到纳米时，原有的宏观物理性质会发生变化。这是由于物体尺寸减小时表面原子数增多引起的。n调整周期性 5/10/2022功能复合材料122）可利用复合效应创造新型复合功能材料例如，利用的混合
5、法则，通过可以设计出某一温度区间膨胀系数为零或接近于零的构件。又如XY平面是，XZ平面呈性，通过铺层设计可以得到YZ平面的复合材料。模仿生物体中的和的合理分布，通过数据库和计算机辅助设计可望设计出性能优良的。5/10/2022功能复合材料13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。1. 3 功能复合材料的复合效应功能复合材料的复合效应5/10/2022功能复合材料14平均效应相乘效应平均效
6、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线性效应线性效应非线性效应非线性效应复复 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。5/10/2022功能复合材料15是复合材料所显示的是复合材料所显示的一种复合效一种复合效应。它可以表示为：应。它可以表示为：ffmmcVPVPP式中，为材料性能，为材料体积式中，为材料性能，为材料体积含量，角标含量，角标c、m、f分别表示复合材料、分别表示复合材料、基体和增强体（或功能体）。基体和增强体（或功能体）。5/10/2022功能复合材料16复合材料的
7、某些复合材料的某些，例如，例如电导电导、热导热导、密度密度和和弹性模量弹性模量等服从等服从这这一规律。一规律。例如，复合材料的例如，复合材料的，若用，若用混混合率合率来表示，则为来表示，则为ffmmcVEVEE5/10/2022功能复合材料17显示这一效应的复合材料，它的显示这一效应的复合材料，它的在复合材料中，均在复合材料中，均，既，既无制约无制约，也，也无补偿无补偿。5/10/2022功能复合材料18对于对于（如纤维）与（如纤维）与结合很弱结合很弱的复合材料，所显示的复的复合材料，所显示的复合效应，可以看作是合效应，可以看作是。5/10/2022功能复合材料19组成复合材料的组成复合材料的
8、与与，在性在性能上能上，从而，从而提高了综合性能提高了综合性能，则，则显示出显示出。5/10/2022功能复合材料20对于对于与与复合时，两相间若能得到复合时，两相间若能得到适宜的结合适宜的结合而形成的复合材料，其性能显示为而形成的复合材料，其性能显示为与与。5/10/2022功能复合材料21组成复合材料时，组成复合材料时，若若组分间性能组分间性能，限制了整体限制了整体性能提高性能提高，则复合后显示出，则复合后显示出。5/10/2022功能复合材料22例如，例如，与与组成的复合材料，组成的复合材料，当两者界当两者界面结合很强时面结合很强时，复合材料整体显示，复合材料整体显示为为。5/10/20
9、22功能复合材料23在在中，当中，当玻璃纤维表玻璃纤维表面面选用适宜的选用适宜的处理后，与处理后，与组成的复合材料，由于组成的复合材料，由于强化了界面的结合强化了界面的结合，故致使材料的故致使材料的比未处理纤维比未处理纤维组成的组成的复合材料可高出复合材料可高出30-40%，而且，而且也明显提高。也明显提高。5/10/2022功能复合材料24但是，这种但是，这种同时却导致同时却导致了复合材料了复合材料。因此，在因此，在金属基金属基、陶瓷基增强复合材陶瓷基增强复合材料中料中，不一定是最适宜的。不一定是最适宜的。5/10/2022功能复合材料25和和常常是常常是共同存在的共同存在的。显然，显然，是
10、希望得到的，而是希望得到的，而要尽量能够避免。要尽量能够避免。所有这些，可通过所有这些，可通过相应复合材料的设计相应复合材料的设计来加以实现。来加以实现。5/10/2022功能复合材料26两种两种复合在一起，复合在一起，即可发生即可发生。是在复合材料两组分之间产生是在复合材料两组分之间产生可用乘积关系表达的协同作用。可用乘积关系表达的协同作用。例如，把具有例如，把具有的材料与具有的材料与具有的材料复合时，将可能产生具有的材料复合时，将可能产生具有的复合材料。的复合材料。5/10/2022功能复合材料27因此，通常可以将一种具有因此，通常可以将一种具有X/Y和另一种和另一种Y/Z复合起来，可用下
11、列通式来表示，即：复合起来，可用下列通式来表示，即：式中，、分别表示各种式中，、分别表示各种物理性能物理性能。上式上式，所以称之为，所以称之为。XYXYZZ5/10/2022功能复合材料28可以非常广泛，已可以非常广泛，已被用于被用于。常用的常用的见下表所示：见下表所示：热-形变材料（X/Y）与另一种形变-电导材料（Y/Z）复合，其效果就是 即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。XYXYZZ5/10/2022功能复合材料29相性质相性质相性质相性质复合后的乘积性质复合后的乘积性质（）（）（）（）压磁效应压磁效应压磁效应压磁效应压电效应压电效应磁致伸缩效应磁致伸缩效应光导效应光
12、导效应闪烁效应闪烁效应热致变形效应热致变形效应磁阻效应磁阻效应磁电效应磁电效应场致发光效应场致发光效应压阻效应压阻效应电致效应电致效应光导效应光导效应压敏电阻效应压敏电阻效应压敏电阻效应压敏电阻效应压电效应压电效应压力发光效应压力发光效应磁阻效应磁阻效应光致伸缩光致伸缩辐射诱导导电辐射诱导导电热敏电阻效应热敏电阻效应5/10/2022功能复合材料30在一定条件下，复合材料中的在一定条件下，复合材料中的可以可以使使的的，从而，从而改变整体性能改变整体性能或或产生新效应产生新效应。这种这种已在很多实验中发现，同已在很多实验中发现，同时也时也在复合材料界面的两侧在复合材料界面的两侧发现。发现。5/1
13、0/2022功能复合材料31例如，例如，对对的的诱导结晶诱导结晶或或的的晶形取向产生作用晶形取向产生作用。在在增强增强中，由于中，由于碳碳纤维表面纤维表面对对基体基体的的，致使，致使界面上的界面上的结晶状态与数量结晶状态与数量发生了改变，如出现发生了改变，如出现等，这种效应对尼龙或聚丙烯起着等，这种效应对尼龙或聚丙烯起着特殊的特殊的作用作用。5/10/2022功能复合材料32两个相邻的材料两个相邻的材料在一定条件下在一定条件下，会产生，会产生或或。由由不同材料不同材料组成的复合材料，其组成的复合材料，其不同于不同于原组分的原组分的，当复合材料中，当复合材料中某一部位的某一部位的时，复合材料的时
14、，复合材料的也会发生改变。也会发生改变。5/10/2022功能复合材料33利用利用，可以根据，可以根据外来的工作外来的工作频率频率，而而避免材料避免材料在工作时引起的破坏在工作时引起的破坏。对于对于，同样可以根据，同样可以根据外来波外来波长的频率特征长的频率特征，调整复合频率调整复合频率，达到，达到的目的。的目的。5/10/2022功能复合材料34这是材料的一种这是材料的一种，至目前为，至目前为止，这一止，这一效应的机理效应的机理尚不很清楚，但在实尚不很清楚，但在实际现象中已经发现这种效应的存在。际现象中已经发现这种效应的存在。5/10/2022功能复合材料35例如，例如，大于原来大于原来各各
15、和和按线性混合率估算值按线性混合率估算值，说明说明组成了复合系统组成了复合系统才能出现的现象。才能出现的现象。 彩色胶片是以红、蓝、黄三色感光材料膜组成一个系统，能显示出各种色彩，单独存在即无此作用。这也是系统效应的例子。5/10/2022功能复合材料36、等各种复合效应，都是复合材料科学所等各种复合效应，都是复合材料科学所和和，这也是，这也是，特别是特别是功能型复合材料功能型复合材料的的。5/10/2022功能复合材料371. 4 功能复合材料分类5/10/2022功能复合材料381. 5 功能复合材料制造方法 传统的方法与结构复合材料成型方法基本相同，主要取决于基体。新兴的制备技术：（1）
16、以材料合成过程中于基体中产生弥散相且与母体有良好相容性、无重复污染为特色的原位复合技术；（2）以自放热、自洁净和高活性、亚稳结构产物为特色的自蔓延复合技术；（3）以组分、结构及性能渐变为特点的梯度复合技术；（4）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的分子自组装技术；仿生技术、凝胶浇注技术、微波合成与烧成技术5/10/2022功能复合材料391.6 功能特性的可靠性控制可靠性控制的难度和复杂性非常高，原因：（1）组分材料的多重性；（2）材料-结构工艺的同步性。复合材料可靠性目前存在的问题：（1）材料特性知识的缺乏；（2）材料性能的分散性；（3）制备工艺的不稳
17、定性；（4）试验方法的不完善；（5）统计数据不足；（6）对复合材料性能随时间变化的规律和知识掌握不够。5/10/2022功能复合材料401.7 功能复合材料发展方向（1）由单功能向双功能、多功能化发展；（2）由功能向机敏、智能化方向发展；（3）功能-承力一体与轻量化；（4）功能体的高性能化与微细化；（5）使用性能的稳定性与长寿命；（6）高精度的设计技术与设计制造一体化；（7）无余量成型与低成本制造技术。5/10/2022功能复合材料41本课程教学安排本课程教学安排n绪论n磁性能复合材料n压电复合材料n导电复合材料n电磁波吸收复合材料n装甲防护复合材料n生体复合材料n机敏复合材料与智能结构复合材料n仿生复合材料n梯度复合材料n其它功能复合材料p 经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量p Study Constantly, And You Will Know Everything. The More You Know, The More Powerful You Will Be写在最后感谢聆听不足之处请大家批评指导Please Criticize And Guide The Shortcomings结束语讲师：XXXXXX XX年XX月XX日
