13
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。
14
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。
15
例如，脆性的纤维增强体与韧 性基体组成的复合材料，当两者界 面结合很强时，复合材料整体显示 为脆性断裂。
对于吸波材料，同样可以根据外来波 长的频率特征，调整复合频率，达到吸收 外来波的目的。
27
系统效应
这是材料的一种复杂效应，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。
28
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。
20
因此，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 X YZ Z
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。
21
相乘效应的组合可以非常广泛，已 被用于设计功能复合材料。
常用的物理乘积效应见下表所示：
25
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。
26
利用共振效应，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。
61
复合材料电导率不仅与金属填加物体 积分数有关，与温度也有密切关系，从而 显现出正温度效应和负温度效应。
62
在一温度范围内，复合材料的电阻随 着温度的升高而升高(正温度效应)。
当超过某一温度时，其电阻值又随温 度的升高而下降(负温度效应)。
63
由于电阻的正温度效应、负温度效应 的存在，使复合材料成为一种开关材料。
31
例如，利用线性效应的混合法则，通过 合理铺设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平面是压电，XZ平面呈电致发光 性，通过铺层设计可以得到YZ平面压致发光 的复合材料。
32
另外，模仿生物体中的纤维和基体的 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仿生功能材料。
下图显示了在1MHz高频下，复合材料 磁损耗与粉末颗粒尺寸D的关系。
53
从图中可看
出，粉末尺寸越
磁 损
小，损耗越低。 耗
因此，可以 通过调整磁性粉 末颗粒的尺寸来 调节损耗ＰL值。
PL/kW.m-3
磁粉粒度/ um 磁损耗与软磁粉粒度的关系
54
3、 导电复合材料
作为复合材料的电导率没有明确的数 值来划分导体、半导体和绝缘体。
35
2.1.1 永磁复合材料
典型的永磁材料包括永磁铁氧体、铝镍 钴以及稀土永磁材料。
36
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。
但是，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。
37
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。
59
这一临界填料量称之为复合材料的“渗流 阈值” 。
临界浓度值与金属填充颗粒的尺寸、分布、 形状以及制造工艺有很大关系。
例如宽粒分布的铝粉末的临界体积分数为 0.4，而窄颗粒分布的粉末临界体积分数为0.2。
60
很多研究表明，一些绝缘性复合材料当承 受电压达到临界值时，会变成高导电性材料。
如果没有大的电流通过，则消除电压后样 品仍保持较低的电阻率，尔后再恢复到样品的 绝缘状态。
T V T
T, V和R分别为复合材料的温度、体积和电阻变化
66
PTC材料的应用
● 自限温加热器：广泛用于液体输送管道、罐体 等的防冻保温、地暖及各类融雪装置。
Ec EmVm E fVf
10
平行效应
显示这一效应的复合材料，它的各 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。
11
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。
12
相补效应
组成复合材料的基体与增强体，在性 能上相互补充，从而提高了综合性能，则 显示出相补效应。
29
平均效应、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 应等各种复合效应，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， 特别是功能型复合材料的基础理论问题。
30
2、功能复合材料的设计
复合材料的最大特点在于它的可设计性。 因此，在给定的性能要求、使用环境及 经济条件限制的前提下，从材料的选择途径 和工艺结构途径上进行设计。
功能复合材料
1
复合材料按使用目的可分为两类: 结构复合材料和功能复合材料
2
功能复合材料是指除机械性能以外而 提供其他物理性能的复合材料，如导电、 超导、半导、磁性、压电、阻尼、吸声、 摩擦、吸波、屏蔽、阻燃、防热、隔热等 功能复合材料。
3
功能复合材料主要由功能体和 基体组成，或由两种(或两种以上)功 能体组成。
其中，高聚物使用较为普遍，常用的 有环氧树脂、尼龙和橡胶等材料。
38
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。
对于软金属粘结工艺来说，由于它较为 复杂，因此除磁体要求在较高温度下(＞200 ℃)使用外，很少采用这种金属基复合磁体。
39
很显然，与高密度的金属磁体或陶 瓷磁体(铁氧体)相比，复合磁体的优良加 工性能是以牺牲一部分磁性能为代价的。
将金属颗粒混入高分子聚合物，高分子 聚合物的电阻率就会发生变化，然而这个变 化并非依据加和法则，而是当金属填料浓度 达到一临界体积c时，金属填充聚合物发生 一个如下图所示的突然转换，由绝缘体变成 导电体。
58
电
Al
阻
率
对
数
Fe
/ .cm
金属的体积分数
苯乙烯—丙烯腈共聚物中Al粉和Fe粉的体积分数和电阻率的关系
也可以选用两种或两种以上的不同磁 粉与高分子材料复合，以便得到更宽范围 的实用性能。
45
2.1.2 软磁复合材料
电器元件的小型化，导致磁路中追求更 高的驱动频率，为此应用的软磁材料，除在 静态磁场下经常要求的高饱和磁化强度和高 磁导率外，还要求它们具有低的交流损耗PL。
46
通常较大尺寸的金属软磁材料，其相对 磁导率 r 随驱动频率的增大而急速下降， 如下图所示：
因此，可用于制备各种电子开关器件。
64
导电高分子复合材料的正温度系数电阻效应
Positive Temperature Coefficient ( PTC )
log / . cm
9
8
7
6
5
4
3
2
0
20
40
60
80 100 120 140 160 180
T / oC
65
复合材料的乘积效应 PTC效应 V R R
42
由于复合永磁材料的易成形和良好加工 性能，因此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 进电机等。
43
复合永磁材料的良好成型性，使其适用 于制作体积小、形状复杂的永磁体。如汽车 仪表用磁体，磁推轴承及各类蜂鸣器等。
44
复合永磁材料的功能体可看作是各类 磁体粉末（如铁氧体、铝镍钴、Sm--Co、 Nd--Fe--B等）制成的粘结磁体。
4
在单一功能体的复合材料中，其功能 性质虽然由功能体提供，但基体不仅起到 粘结和赋形作用，同时也会对复合材料整 体的物理性能有影响。
5
多元功能体的复合材料可以具有多种 功能，同时还有可能由于产生复合效应而 出现新的功能。
因此，多功能复合材料成为功能复合 材料的发展方向。
6
1、功能复合材料的复合效应
是复合材料所显示的最典型的一种复合效 应。它可以表示为：
Pc PmVm Pf V f
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（或功能体）。
9
复合材料的某些功能性质，例如电导、 热导、密度和弹性模量等服从平均效应这 一规律。
例如，复合材料的弹性模量，若用混 合率来表示，则为
22
复合材料的乘积效应
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
Ｂ相性质Ｙ／Ｚ
复合后的乘积性质
（Ｘ／Ｙ）（Ｙ／Ｚ）＝Ｘ／Ｚ
磁阻效应
压敏场致发光效应
压力发光效应
压阻效应
磁阻效应
电致效应
光致伸缩
光导效应
辐射诱导导电
压敏电阻效应
热敏电阻效应
50
这种复合软磁材料的相对磁导率r值可 由下式描述:
r (cd ) /(d 2c )
式中d、c和分别表示金属粒子尺寸、 块状金属相的磁导率和包覆层厚度。
51
显然，选择合适的金属粒子尺寸和包 覆层厚度即可获得所需的相对磁导率r值， 这对电感器和轭源圈的设计是十分重要的。
52
由于绝缘物质的包覆，这类材料的电阻 率比其母体合金高得多(高1011倍)，因此在交 变磁场下具有低的磁损耗PL。
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Fe--Si---Al粉末颗粒复合体相对磁导率随驱动频率的变化
48
如果把软磁材料（例如Fe--Si--A1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软 磁体，则
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