材料。
• 一般情况下，永磁材料的密度较高，脆而硬，不易加工成复杂 的形状。制成高聚物基或软金属基复合材料后，上述难加工的缺 点可得到克服。 • 常用的高聚物基体有环氧树脂、尼龙和橡胶等。
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７．２．１ 磁功能复合材料
永磁复合材料
• 永磁复合材料的功能组元是磁性粉末，高聚物和软金 属起到粘结剂的作用。
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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７．１．２ 复合机理
功能复合材料复合效应
共振效应
又称强选择效应，指某一组分A具有一系列性能， 与另一组分B复合后，使其中某一项性能在复合材料中
突出地发挥。
• 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。 • 复合材料的固有频率不同于原组分的固有频率，当某一 部位的结构发生变化时，其固有频率也会发生改变。
功能材料物理基础
第七章 复合功能材料物理基础
第一节 复合功能材料概述 第二节 功能复合材料 第三节 功能梯度复合材料 第四节 纳米复合材料
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第一节 功能复合材料概述
提纲
7.1.1 功能复合材料 7.1.2 复合机理
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复合材料
７．１．１ 功能复合材料
材料A
材料B
优点
缺点
优点
缺点
组合I
组合II
组合III
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７．２．１ 磁功能复合材料
磁性复合材料
磁性复合材料(Magnetic composite materials)是
以高聚物或软金属为基体与磁性材料复合而成的一类材料。
① 永磁材料 ② 软磁材料 ③ 磁记录材料 ④ 磁流变体
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７．２．１ 磁功能复合材料
永磁复合材料
永磁材料一经磁化即能保持恒定磁性，具 有宽磁滞回线、高矫顽力和高剩磁。典型的永 磁材料包括永磁铁氧体、铝镍钴以及稀土永磁
• 永磁复合材料的制造方法常采用模压、注塑、挤压等 工艺技术。
• 复合永磁材料常用来制作薄壁的微型电机使用的环状
定子，例如计算机主轴电机，钟表步进电机，汽车仪表 用磁体，磁推轴承及各类蜂鸣器。
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７．２．１ 磁功能复合材料
软磁复合材料
软磁材料是具有低矫顽力和高磁导率的磁性材料， 易于磁化，也易于退磁.应用最多的软磁材料是铁硅
组合IV
最佳组合
最差组合
4
功能复合材料
７．１．１ 功能复合材料
功能复合材料是指除力学性能以外而提供其他物理性能
的复合材料，如导电、超导、半导、压电、介电、磁性、阻尼、 吸声、吸波、屏蔽、阻燃、防热、隔热等功能复合材料。
• 功能复合材料一般由功能体和基体组成，基体不仅起到构 成整体的作用，而且能产生协同或加强功能的作用。 • 单一功能体的复合材料中，其功能性质由功能体提供，而 基体不仅起到粘结和赋形作用，同时也会对物理性能有影响。 • 多元功能体的复合材料可以具有多种功能，并且由于产生 复合效应而出现新的功能。
合金(硅钢片)以及各种软磁铁氧体等 。
• 把软磁材料（例如Fe--Si-Al合金）制成粉末，表面被 极薄的A12O3层或高聚物分 隔绝缘，然后热压或模压固 化成块状复合软磁体。
Fe-Si-Al粉末颗粒相对磁导率随驱动频率的变化
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７．２．１ 磁功能复合材料
软磁复合材料
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７．１．２ 复合机理
功能复合材料复合效应
诱导效应
在一定条件下，复合材料中的一个组分材料可以通过
诱导作用使另一个组分材料的结构改变，从而改变整体
性能或产生新效应。
系统效应
复合材料中性能变化的一种复杂效应，至目前为止， 这一效应的机理尚不很清楚。
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第二节 功能复合材料
提纲
7.2.1 磁功能复合材料 7.2.2 电功能复合材料 7.2.3 光功能复合材料 7.2.4 生物功能复合材料
是复合材料最简单的一种线性复合效应。
Pc ≅ Pi
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７．１．２ 复合机理
功能复合材料能随组元材料的体积含量的变化呈线性改变，
是复合材料最典型的一种复合效应。
Pc = PmVm + Pf Vf
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、基体和功能体。
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７．１．２ 复合机理
功能复合材料复合效应
组元材料在复合后所得的复合材料，依据其产生复合效应的特
征，可分为线性效应和非线性效应。
复合效应
线性效应
平行效应 平均效应 相补效应 相抵效应
非线性效应
相乘效应 诱导效应 共振效应 系统效应
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７．１．２ 复合机理
功能复合材料复合效应
平行效应
复合材料的某项性能与其中某一组分的该项性能基本相当。各 组分材料在复合材料中，均保留本身的作用，既无制约，也无补偿。
∑ Pc < Piϕi
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７．１．２ 复合机理
功能复合材料复合效应
相乘效应
两种具有转换效应的材料复合在一起，使它们相同的
功能得到复合，而不同的功能得到新的转换，即可发生
相乘效应。
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，可用下列通式来表示，即：
X / Y ⋅Y / Z = X / Z
∑ Pc = Piϕi
串联型混合
∑ Pc =
ϕi
Pi
并联型混合
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７．１．２ 复合机理
功能复合材料复合效应
相补（相抵）效应 组成复合材料的组元材料性能能相互补充，弥补各自的弱点，
使复合材料具有大于加和性的优异性能。
∑ Pc > Piϕi
组成复合材料时，组分间性能相互制约，使复合材料的性能
低于混合物定律的预测值。
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７．１．２ 复合机理
功能复合材料复合效应
相乘效应
复合材料常见的物理性质乘积效应
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
Ｂ相性质Ｙ／Ｚ
复合后的乘积性质 （Ｘ／Ｙ）（Ｙ／Ｚ）＝Ｘ／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
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７．１．２ 复合机理
功能复合材料复合效应
复合材料的性能与构成复合材料的组元的性能的关系称为复合效应。
• 复合材料无论是力学性能还是物理性能，都取决于组元的 形状、尺寸、分布和界面形态。 • 复合效应除取决于复合状态外，还主要取决于复合材料各 组元材料的性质。 • 复合材料的性能，往往不是组元性能的简单加和；同样的 组元和相同的复合状态，对不同的性能往往具有不同的复合 效应；同样的组元而复合状态不同时，对某一性能将具有不 同的复合效应。