復合材料第12講PPT學習教案

1、會計學1復合材料第復合材料第12講講是指除是指除以外以外而提供而提供的復合材料，如的復合材料，如、等功能復合材料。等功能復合材料。第1頁/共134頁主要由主要由和和組成，或由組成，或由兩種兩種( (或兩種以上或兩種以上) )功能體功能體組成。組成。第2頁/共134頁在在中，其中，其功能功能性質(zhì)性質(zhì)雖然由雖然由功能體功能體提供，但提供，但基體基體不僅起到不僅起到，同時也會對復合材料，同時也會對復合材料有影響。有影響。第3頁/共134頁可以具有可以具有多種多種功能功能，同時還有可能由于，同時還有可能由于而而出現(xiàn)出現(xiàn)新的功能新的功能。因此，因此，成為成為功能復合功能復合材料的發(fā)展方向材料的發(fā)展方向。

2、第4頁/共134頁金屬基復金屬基復合材料合材料非金屬基非金屬基復合材料復合材料功能復合材料功能復合材料高聚物基高聚物基復合材料復合材料陶瓷基復陶瓷基復合材料合材料樹脂基復樹脂基復合材料合材料橡膠基復橡膠基復合材料合材料熱固性樹脂熱固性樹脂基復合材料基復合材料熱塑性樹脂熱塑性樹脂基復合材料基復合材料基體不同基體不同第5頁/共134頁功能特性功能特性磁功能復合材料磁功能復合材料電功能復合材料電功能復合材料光功能復合材料光功能復合材料熱功能復合材料熱功能復合材料摩擦功能復合材料摩擦功能復合材料阻尼功能復合材料阻尼功能復合材料防彈功能復合材料防彈功能復合材料輻射功能復合材料輻射功能復合材料第6頁/共1

3、34頁功能復合材料的主要類型功能復合材料的主要類型功能特征功能特征主要類型主要類型用途用途磁功能磁功能復合材料復合材料屏蔽復合材料屏蔽復合材料吸波復合材料吸波復合材料透波復合材料透波復合材料柔韌磁體、磁記錄柔韌磁體、磁記錄隱身材料隱身材料雷達罩、天線罩雷達罩、天線罩導電導電復合材料復合材料聚合物基導電復合材料聚合物基導電復合材料本征導電聚合物材料本征導電聚合物材料壓電復合材料壓電復合材料陶瓷基導電復合材料陶瓷基導電復合材料水泥基導電復合材料水泥基導電復合材料金屬基導電復合材料金屬基導電復合材料導電納米復合材料導電納米復合材料超導復合材料超導復合材料屏蔽屏蔽防靜電、開關(guān)防靜電、開關(guān)壓電傳感器壓電

4、傳感器高壓絕緣高壓絕緣建筑物絕緣建筑物絕緣高強、耐熱導電材料高強、耐熱導電材料鋰電池鋰電池醫(yī)用核磁成像技術(shù)醫(yī)用核磁成像技術(shù)減少電磁波對信息減少電磁波對信息系統(tǒng)的干擾、減弱系統(tǒng)的干擾、減弱電磁波對人體健康電磁波對人體健康的損害。的損害。吸收或衰減入射的吸收或衰減入射的電磁波，使其因干電磁波，使其因干涉而消失或?qū)⑵潆娚娑Щ驅(qū)⑵潆姶拍苻D(zhuǎn)換為其他形磁能轉(zhuǎn)換為其他形式的能量。式的能量。第7頁/共134頁功能功能特征特征主要類型主要類型用途用途光功能光功能復合材料復合材料透光復合材料透光復合材料光傳導復合材料光傳導復合材料發(fā)光復合材料發(fā)光復合材料光致變色復合材料光致變色復合材料感光復合材料感光復合材料

5、光電轉(zhuǎn)換復合材料光電轉(zhuǎn)換復合材料光記錄復合材料光記錄復合材料農(nóng)用溫室頂板農(nóng)用溫室頂板光纖傳感器光纖傳感器熒光顯示板熒光顯示板變色眼鏡變色眼鏡光刻膠光刻膠光電導攝像管光電導攝像管光學存儲器光學存儲器熱功能熱功能復合材料復合材料燒蝕防熱復合材料燒蝕防熱復合材料熱適應復合材料熱適應復合材料阻燃復合材料阻燃復合材料固體火箭發(fā)動機噴管固體火箭發(fā)動機噴管半導體支撐板半導體支撐板車、船、飛行器等內(nèi)裝飾車、船、飛行器等內(nèi)裝飾材料材料第8頁/共134頁(1) (1) 應用面寬應用面寬 根據(jù)需要可設計與制備出根據(jù)需要可設計與制備出不不同功能同功能的復合材料，以滿足現(xiàn)代科學技術(shù)發(fā)的復合材料，以滿足現(xiàn)代科學技術(shù)發(fā)展的

6、需求。展的需求。(2) (2) 研制周期短研制周期短 一種結(jié)構(gòu)材料從研究到應一種結(jié)構(gòu)材料從研究到應用，一般需要用，一般需要10-1510-15年年左石，甚至更長，而功左石，甚至更長，而功能復合材料的研制周期要短得多。能復合材料的研制周期要短得多。功能復合材料的特點功能復合材料的特點第9頁/共134頁(3) (3) 附加值高附加值高 單位質(zhì)量的價格與利潤遠單位質(zhì)量的價格與利潤遠遠高于結(jié)構(gòu)復合材料遠高于結(jié)構(gòu)復合材料(4) (4) 小批量，多品種小批量，多品種 功能復合材料很少功能復合材料很少有大批量，有大批量， 但品種需求多。但品種需求多。(5) (5) 適于特殊用途適于特殊用途 在不少場合，功能

7、復在不少場合，功能復合材料有著其他材料無法比擬的使用特性。合材料有著其他材料無法比擬的使用特性。第10頁/共134頁材料材料在復合后在復合后所得的復合材料，依據(jù)所得的復合材料，依據(jù)其產(chǎn)生其產(chǎn)生，可分為兩大類：，可分為兩大類：一類復合效應為一類復合效應為；另一類則為另一類則為。在這在這兩類復合效應兩類復合效應中，又可以顯示出中，又可以顯示出不同的特征。不同的特征。第11頁/共134頁平均效應相乘效應平均效應相乘效應平行效應誘導效應平行效應誘導效應相補效應共振效應相補效應共振效應相抵效應系統(tǒng)效應相抵效應系統(tǒng)效應復復 合合 效效 應應不同復合效應的類別不同復合效應的類別下表列出了下表列出了的類別。的

8、類別。第12頁/共134頁復合材料的復合材料的最大特點最大特點在于它的在于它的。因此，在給定的因此，在給定的性能要求性能要求、使用環(huán)境使用環(huán)境及及經(jīng)濟條件限制經(jīng)濟條件限制的前提下，從的前提下，從和和上進行設計。上進行設計。第13頁/共134頁例如，利用例如，利用的混合法則，通過的混合法則，通過可以設計出某一溫度區(qū)間可以設計出某一溫度區(qū)間膨脹系數(shù)膨脹系數(shù)為零為零或或接近于零的構(gòu)件接近于零的構(gòu)件。又如又如XY平面是平面是，XZ平面呈平面呈性，通過性，通過鋪層設計鋪層設計可以得到可以得到Y(jié)Z平面平面的復合材料。的復合材料。第14頁/共134頁另外，模仿另外，模仿生物體中的生物體中的和和的的合理分布合

9、理分布，通過，通過數(shù)據(jù)庫和計算機輔助設計數(shù)據(jù)庫和計算機輔助設計可望設計出可望設計出性能優(yōu)良的性能優(yōu)良的。第15頁/共134頁磁性復合材料磁性復合材料(Magnetic composite materials)是以是以為為基體基體與與復合而成的一類材料。復合而成的一類材料。第16頁/共134頁由于由于有有和和之分，因之分，因此也有此也有相應的軟磁和硬磁復合材料相應的軟磁和硬磁復合材料。此外，此外，強磁性強磁性(鐵磁性和亞鐵磁性鐵磁性和亞鐵磁性)細微細微顆粒顆粒涂覆在涂覆在或或形形成成用于磁記錄，也是一類非常用于磁記錄，也是一類非常重要的磁性復合材料，又如重要的磁性復合材料，又如與液體混合與液體混

10、合形形成成等。等。第17頁/共134頁 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。第18頁/共134頁一般情況下，永磁材料的一般情況下，永磁材料的，不易加工不易加工成復雜的形狀。成復雜的形狀。但是，制成但是，制成或或復復合材料后，上述合材料后，上述可得到克可得到克服。服。第19頁/共134頁永磁復合材料永磁復合材料的的是是，高聚物和軟金屬高聚物和軟金屬起到起到的作用。的作用。其中，其中，使用較為普遍，常用的使用較為普遍，常用的有有環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂、尼龍和、尼龍和橡膠橡膠等材料。等材料。第20頁/共134頁永磁復合材料永磁復合材料的的常采用常采用、等工藝技術(shù)。等工藝技術(shù)。對于對于

11、來說來說由于它由于它較為較為復雜復雜，因此除，因此除磁體要求在較高溫度下磁體要求在較高溫度下(200 )使用外使用外，很少采用這種，很少采用這種金屬基復合磁體金屬基復合磁體。第21頁/共134頁很顯然，與很顯然，與高密度的金屬磁體高密度的金屬磁體或或陶陶瓷磁體瓷磁體(鐵氧體鐵氧體)相比，相比，是以是以為為代價代價的。的。第22頁/共134頁及及直接影直接影響到材料的響到材料的及及，它可用下述關(guān)系式來表達：，它可用下述關(guān)系式來表達：fMMsr320)1 ()(第23頁/共134頁 其中，其中，MrMr為復合磁體的為復合磁體的剩余磁化強度剩余磁化強度；MsMs為磁為磁性組元的性組元的飽和磁化強度飽

12、和磁化強度； 為為復合磁體密度復合磁體密度； o o為磁性組元的為磁性組元的理論密度理論密度； 為復合物中的為復合物中的非磁性相非磁性相的體積分數(shù)的體積分數(shù)；f f為鐵磁性相在外磁場方向的取向度為鐵磁性相在外磁場方向的取向度。fMMsr320)1 ()(第24頁/共134頁由于由于的的和和，因此常用來制作，因此常用來制作薄壁的微型電機薄壁的微型電機使用的使用的，例如，例如計算機主軸電機計算機主軸電機，鐘表步進電機鐘表步進電機等。等。第25頁/共134頁復合永磁材料的復合永磁材料的，使其適用，使其適用于制作于制作、。如。如汽車汽車儀表用磁體儀表用磁體，磁推軸承磁推軸承及各類及各類蜂鳴器蜂鳴器等。

13、等。第26頁/共134頁復合永磁材料的復合永磁材料的可看作是各類可看作是各類（如（如鐵氧體鐵氧體、鋁鎳鈷鋁鎳鈷、Sm-Co、Nd-Fe-B等）制成的等）制成的。也可以選用也可以選用兩種或兩種以上的兩種或兩種以上的與與復合，以便得到復合，以便得到更寬范圍更寬范圍的實用性能的實用性能。第27頁/共134頁 電器元件的小型化電器元件的小型化，導致，導致磁路中磁路中追求追求，為此應用的，為此應用的，除，除在在靜態(tài)磁場下靜態(tài)磁場下經(jīng)常要求的經(jīng)常要求的和和外，還要求它們具有外，還要求它們具有。第28頁/共134頁通常通常，其，其 r 隨隨的的增大而急速下降增大而急速下降，如下圖所示：如下圖所示：第29頁/

14、共134頁Fe-Si-Al粉末顆粒復合體相對磁導率隨驅(qū)動頻率的變化粉末顆粒復合體相對磁導率隨驅(qū)動頻率的變化第30頁/共134頁如果把如果把（例如（例如Fe-Si-A1合金合金），表面被，表面被極薄的極薄的A12O3層層或或高高聚物聚物，然后，然后熱壓或模壓固化熱壓或模壓固化成成，則，則第31頁/共134頁從圖從圖A、B、D曲線看出，它的曲線看出，它的 r值值在相當寬的驅(qū)在相當寬的驅(qū)動頻率范圍內(nèi)動頻率范圍內(nèi)，從，從而保持在一個而保持在一個。第32頁/共134頁這種復合軟磁材料的這種復合軟磁材料的 r值值可由下式描述可由下式描述:)2/()(ccrdd式中式中d、 c和和 分別表示分別表示金屬粒子

15、尺寸金屬粒子尺寸、塊狀金屬相的、塊狀金屬相的磁導率磁導率和和包覆層厚度包覆層厚度。第33頁/共134頁顯然，選擇合適的顯然，選擇合適的和和即可獲得即可獲得所需的所需的 r值值，這對，這對是十分重要是十分重要的。的。第34頁/共134頁由于由于，這類材料的，這類材料的比其比其母體合金母體合金高得多高得多(高高1011倍倍)，因此，因此在在交變磁場下交變磁場下具有具有。下圖顯示了在下圖顯示了在1MHz高頻下，復合材料高頻下，復合材料與與D的關(guān)系。的關(guān)系。第35頁/共134頁磁損耗磁損耗PL/kW.m-3磁粉粒度磁粉粒度/ um從圖中可看從圖中可看出，出，。因此，可以因此，可以通過通過來來調(diào)節(jié)損耗調(diào)

16、節(jié)損耗L值值。第36頁/共134頁記錄記錄聲音和圖像聲音和圖像，然后，然后將其讀出將其讀出(再生再生)的過程，如下圖所示。的過程，如下圖所示。第37頁/共134頁音光音光電氣電氣信號信號磁性磁性信號信號作為磁作為磁性保留性保留磁頭磁頭記錄材料記錄材料磁記錄再生的原理示意圖磁記錄再生的原理示意圖第38頁/共134頁由由麥克風及攝像機麥克風及攝像機將將變成變成，再，再由磁頭由磁頭變成變成，從而固定在，從而固定在上。上。讀出時讀出時，與記錄過程相反，使，與記錄過程相反，使聲音和聲音和圖像再生圖像再生。第39頁/共134頁理想的理想的要盡可能地要盡可能地，能能，再生時，再生時。在考慮能夠?qū)崿F(xiàn)在考慮能夠

17、實現(xiàn)、，大致有，大致有兩方面的考慮兩方面的考慮，一是，一是，二是，二是。第40頁/共134頁作為記錄介質(zhì)的作為記錄介質(zhì)的，主要性能主要性能指標指標是是和和的大小的大小。這兩個性能指標不僅受這兩個性能指標不僅受的影啊，也受的影啊，也受的影響。的影響。第41頁/共134頁下表列出了目前使用的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金屬金屬Fe(23002900)*10-4(111.41127.33)

18、*103Co-Ni 合金合金(1100012000)*10-4(55.7159.69)*103各種磁性粉末的特性各種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。第42頁/共134頁從表中可看出，每一次材料的從表中可看出，每一次材料的重大改進重大改進都使都使產(chǎn)生一次質(zhì)的飛躍產(chǎn)生一次質(zhì)的飛躍，與此同時，也，與此同時，也使使獲得獲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金屬金屬Fe(23002900)*

19、10-4(111.41127.33)*103Co-Ni 合金合金(1100012000)*10-4(55.7159.69)*103第43頁/共134頁在現(xiàn)有材料基礎(chǔ)上，為了在現(xiàn)有材料基礎(chǔ)上，為了，就應考慮，就應考慮的優(yōu)化。的優(yōu)化。第44頁/共134頁一般對于一般對于，先制造，先制造以適以適當高分子為粘結(jié)劑的涂料當高分子為粘結(jié)劑的涂料，然后把該涂料，然后把該涂料用適當?shù)姆椒ㄟM行涂敷、干燥用適當?shù)姆椒ㄟM行涂敷、干燥，制造出如，制造出如下圖所示的一種下圖所示的一種，這就是，這就是。顯然，它屬于。顯然，它屬于。第45頁/共134頁記錄磁帶的結(jié)構(gòu)記錄磁帶的結(jié)構(gòu)第46頁/共134頁到目前為止，為到目前為止

20、，為采取了下面一些措施：采取了下面一些措施：(1)提高磁性層中提高磁性層中；(2)盡可能盡可能；(3)，防止磁損失，防止磁損失。第47頁/共134頁上面這些都是能夠提高磁帶記錄密度的上面這些都是能夠提高磁帶記錄密度的措施。但是，這些改進都是措施。但是，這些改進都是，超過超過一定極限值一定極限值會導致一些會導致一些出現(xiàn)。出現(xiàn)。因此，為了因此，為了，就需，就需要有要有，即要創(chuàng)造出，即要創(chuàng)造出的新功能。的新功能。第48頁/共134頁目前，研究者對此進行兩種嘗試。目前，研究者對此進行兩種嘗試。一、嘗試把現(xiàn)在一、嘗試把現(xiàn)在變成變成。二、不是用二、不是用涂敷磁性粉末和粘結(jié)劑涂敷磁性粉末和粘結(jié)劑混合成的涂料

21、的方法混合成的涂料的方法來制造來制造，而，而是依靠是依靠的方法，的方法，來制造磁帶。來制造磁帶。第49頁/共134頁把把變成變成的嘗試是采的嘗試是采用用，厚度為，厚度為0.4um，厚度為，厚度為2.5um。這樣。這樣，再生用，再生用。第50頁/共134頁另一方面，因為另一方面，因為和和是是低頻，低頻，在磁性層深部在磁性層深部才變?nèi)?。所以適當?shù)卮畈抛內(nèi)?。所以適當?shù)卮钆渑浼凹翱傻玫奖瓤傻玫奖戎皇怪皇褂靡环N磁性材料的磁性層用一種磁性材料的磁性層更高的輸出功率。更高的輸出功率。這樣，這樣，可，可獲得獲得。然而這種然而這種給涂敷技術(shù)給涂敷技術(shù)提出更高提出更高的要求，不是的要求，不是常規(guī)涂敷方法常規(guī)涂敷方

22、法能實現(xiàn)的。能實現(xiàn)的。第51頁/共134頁是基于將來是基于將來需記錄信需記錄信號的波長號的波長可能可能向短波長方向發(fā)展向短波長方向發(fā)展的角度出發(fā)而的角度出發(fā)而設計和構(gòu)思的。設計和構(gòu)思的。由于由于波及的深度淺波及的深度淺，考慮到，考慮到厚度損失的問題，那么厚度損失的問題，那么是是最理想的。要制造這樣的超薄膜，最理想的。要制造這樣的超薄膜，是適合的。是適合的。第52頁/共134頁此外，此外，具有較好的性能，本具有較好的性能，本身就可以身就可以。各種磁性粉末的特各種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 Mr/T Hc/A.m-1 -Fe2O3(14001800)*10-4(15.92

23、31.83)*103Co- -Fe2O3(14001800)*10-4(47.7571.62)*103金屬金屬Fe(23002900)*10-4(111.41127.33)*103Co-Ni 合金合金(1100012000)*10-4(55.7159.69)*103第53頁/共134頁由表中可見，由表中可見，的是的是Co-Ni合合金，如果鍍成薄膜，金，如果鍍成薄膜，幾幾乎接近乎接近100。無論是。無論是，還是，還是都對都對有好處。有好處。磁性材料磁性材料 Mr/T Hc/A.m-1 -Fe2O3(14001800)*10-4(15.9231.83)*103Co- -Fe2O3(14001800

24、)*10-4(47.7571.62)*103金屬金屬Fe(23002900)*10-4(111.41127.33)*103Co-Ni 合金合金(1100012000)*10-4(55.7159.69)*103第54頁/共134頁是是強磁性強磁性(鐵磁性和亞鐵磁性鐵磁性和亞鐵磁性)細細微顆粒微顆粒與與一種液體一種液體均勻混合而成的均勻混合而成的。它既具有強磁性材料的它既具有強磁性材料的，又，又具有具有。第55頁/共134頁由強磁性由強磁性(磁磁粉粉)、(基液基液)和和(表面表面活性劑活性劑)組成。組成。第56頁/共134頁為了防止為了防止磁粉沉淀和凝聚磁粉沉淀和凝聚，使磁性液，使磁性液體穩(wěn)定，必

25、須選擇適當?shù)捏w穩(wěn)定，必須選擇適當?shù)摹⑽镄詤⒘亢陀昧课镄詤⒘亢陀昧恳约耙约拔镄詤⒘课镄詤⒘?，使，使磁粉磁偶極矩間磁粉磁偶極矩間作用力和熱作用力作用力和熱作用力的的，以利于，以利于磁性液體穩(wěn)定磁性液體穩(wěn)定。 第57頁/共134頁組成中的組成中的采用采用金屬或非金屬強磁金屬或非金屬強磁材料材料，通過，通過、等方法制成，粒徑約等方法制成，粒徑約1 100 nm的的單疇顆粒單疇顆粒。第58頁/共134頁的種類很多，常根據(jù)用的種類很多，常根據(jù)用途選用。目前多采用途選用。目前多采用，主，主要有以下六種。要有以下六種。第59頁/共134頁(1)一種一種常用和經(jīng)濟常用和經(jīng)濟的基液，可在較寬范的基液，可在較寬范圍

26、內(nèi)調(diào)節(jié)圍內(nèi)調(diào)節(jié)pH值；但容易蒸發(fā)，適于制備值；但容易蒸發(fā)，適于制備在選礦和磁印刷等方面在選礦和磁印刷等方面應用的應用的。第60頁/共134頁(2)類和類和類類蒸氣壓低蒸氣壓低，粘滯性適當粘滯性適當，潤滑性好潤滑性好，適于制備適于制備在真空密封和阻尼系統(tǒng)中在真空密封和阻尼系統(tǒng)中應用的應用的磁性液體。磁性液體。第61頁/共134頁(3)類類粘度較低粘度較低，電阻率和介電常數(shù)較高電阻率和介電常數(shù)較高，適于制備在要求，適于制備在要求電絕緣好、粘滯性低電絕緣好、粘滯性低的情況下的情況下應用的磁性液體。應用的磁性液體。第62頁/共134頁(4)類類適用適用溫度范圍寬溫度范圍寬，對氯氣等穩(wěn)定性對氯氣等穩(wěn)定性

27、高高，不溶于其他液體不溶于其他液體，適于制備，適于制備在溫度在溫度變化大變化大和和有氯氣的惡劣條件下有氯氣的惡劣條件下應用的磁應用的磁性液體。性液體。第63頁/共134頁(5)類類蒸氣壓低蒸氣壓低，抗輻射性好抗輻射性好，適于制備，適于制備在高真空或輻照環(huán)境中在高真空或輻照環(huán)境中應用的磁性液體應用的磁性液體。第64頁/共134頁(6)和和導熱性和導電性高導熱性和導電性高，適于制備在需，適于制備在需要要高傳熱或?qū)щ姷那闆r下高傳熱或?qū)щ姷那闆r下應用的磁性液應用的磁性液體。體。第65頁/共134頁使使磁粉表面磁粉表面吸附一層吸附一層長鏈長鏈分子分子，構(gòu)成，構(gòu)成，并使磁粉在，并使磁粉在磁場磁場和電場作用

28、下和電場作用下。第66頁/共134頁因此，要求因此，要求一端一端，另一端，另一端；另外，還要求分子鏈另外，還要求分子鏈，以，以獲得有效的獲得有效的防凝聚作用防凝聚作用。第67頁/共134頁主要有主要有陰離子分散劑陰離子分散劑、陽離陽離子分散劑子分散劑、兩性分散劑兩性分散劑和和中性中性(非離子非離子)分散劑分散劑。一般約為一般約為磁粉重量磁粉重量的的510。第68頁/共134頁根據(jù)組成、特性和應用要求，磁性液體根據(jù)組成、特性和應用要求，磁性液體可分為三類?？煞譃槿?。第69頁/共134頁以以非金屬磁粉非金屬磁粉(目前主要為目前主要為Fe3O4磁粉磁粉)與與非金屬基液非金屬基液均勻混合成的均勻混合

29、成的，是，是目前應用最多的一類。目前應用最多的一類。第70頁/共134頁以以鐵鐵(Fe)、鈷、鈷(Co)或其合金磁粉或其合金磁粉與與非金非金屬基液屬基液均勻混合成的均勻混合成的，其磁化強度，其磁化強度高，磁性強。目前尚處干研究階段。高，磁性強。目前尚處干研究階段。第71頁/共134頁以以金屬磁粉金屬磁粉和和金屬基液金屬基液均勾混合成的均勾混合成的。其。其磁性、導熱性磁性、導熱性和和導電性好導電性好，適于，適于制造一些特殊裝置如制造一些特殊裝置如。目前多。目前多處于研究階段，應用較少。處于研究階段，應用較少。第72頁/共134頁與與相比具有相比具有以下四個方面的特點以下四個方面的特點:第73頁/

30、共134頁(1)。能長期保持均勻狀。能長期保持均勻狀態(tài)，在態(tài)，在磁場和重力場磁場和重力場中不會發(fā)生中不會發(fā)生凝聚和成凝聚和成團現(xiàn)象團現(xiàn)象。(2)?？捎??？捎赏饧哟艌鐾饧哟艌隹刂瓶刂破湔扯?，并使其粘度，并使粘度對磁場表現(xiàn)各向異性粘度對磁場表現(xiàn)各向異性。第74頁/共134頁(3)。無。無磁滯回線磁滯回線現(xiàn)象現(xiàn)象，即，即剩磁和矯頑力剩磁和矯頑力都為零；都為零；(4)。即可用。即可用外加磁場外加磁場改變磁性液體的改變磁性液體的。第75頁/共134頁由于由于兼有兼有和和，因而在，因而在電子、電機、儀表、石電子、電機、儀表、石油化工和科學研究油化工和科學研究中得到應用。中得到應用。第76頁/共134頁如用

31、于如用于運動部件的阻尼運動部件的阻尼、潤滑和密封潤滑和密封，不同密度物體的不同密度物體的分選和分離分選和分離，失重狀態(tài)下用，失重狀態(tài)下用的磁性燃料和磁性筆，的磁性燃料和磁性筆，磁控印刷磁控印刷，磁控染色磁控染色，由磁性液體作為工作物質(zhì)的，由磁性液體作為工作物質(zhì)的陀螺陀螺、聲換能聲換能器器、磁流體電機磁流體電機和和磁芯磁芯等。等。第77頁/共134頁作為作為沒有沒有明確的明確的數(shù)值數(shù)值來劃分來劃分導體、半導體和絕緣體導體、半導體和絕緣體。第78頁/共134頁兩種或兩種以上的金屬兩種或兩種以上的金屬形成的復合形成的復合材料顯然是材料顯然是；相反，相反，兩種或兩種以上的絕緣體兩種或兩種以上的絕緣體形

32、形成的復合材料成的復合材料。第79頁/共134頁但是，復合材料中如果含有但是，復合材料中如果含有和和，那么它的，那么它的或是或是極端極端或或是一些是一些中間值中間值，這取決于，這取決于導體和絕緣體的導體和絕緣體的、和和。第80頁/共134頁將將混入混入，高分子高分子聚合物的電阻率聚合物的電阻率就會發(fā)生變化，然而這個變就會發(fā)生變化，然而這個變化并非依據(jù)化并非依據(jù)，而是當，而是當 c時，時，金屬填充聚合物金屬填充聚合物發(fā)生發(fā)生一個如下圖所示的一個如下圖所示的突然轉(zhuǎn)換突然轉(zhuǎn)換，由，由絕緣體變成絕緣體變成導電體導電體。第81頁/共134頁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粉的體積

33、分數(shù)和電阻率的關(guān)系粉的體積分數(shù)和電阻率的關(guān)系電阻率對數(shù)電阻率對數(shù) / .cm金屬的體積分數(shù)金屬的體積分數(shù)AlFe第82頁/共134頁這一這一稱之為復合材料的稱之為復合材料的“”值。值。與與的的尺寸、分布尺寸、分布、形狀以及制造工藝、形狀以及制造工藝有很大關(guān)系。有很大關(guān)系。例如例如寬粒分布寬粒分布的鋁粉末的臨界體積分數(shù)為的鋁粉末的臨界體積分數(shù)為0.4，而，而窄顆粒分布窄顆粒分布的粉末臨界體積分數(shù)為的粉末臨界體積分數(shù)為0.2。第83頁/共134頁很多研究表明，一些很多研究表明，一些當承當承受電壓受電壓時，會變成時，會變成材料。材料。如果如果沒有大的電流沒有大的電流通過，則通過，則樣樣品仍保持品仍保

34、持，爾后再，爾后再恢復到樣品的恢復到樣品的絕緣狀態(tài)絕緣狀態(tài)。第84頁/共134頁不僅與不僅與有關(guān)，與有關(guān)，與也有密切關(guān)系，從而也有密切關(guān)系，從而顯現(xiàn)出顯現(xiàn)出正溫度效應正溫度效應和和負溫度效應負溫度效應。第85頁/共134頁在一溫度范圍內(nèi)，復合材料的在一溫度范圍內(nèi)，復合材料的電阻隨電阻隨著溫度的升高而升高著溫度的升高而升高()。當超過某一溫度時，其當超過某一溫度時，其電阻值又隨溫電阻值又隨溫度的升高而下降度的升高而下降()。第86頁/共134頁由于電阻的由于電阻的的存在，使復合材料成為一種的存在，使復合材料成為一種。因此，可用于制備各種因此，可用于制備各種。第87頁/共134頁解決解決電磁干擾電

35、磁干擾、射頻干擾射頻干擾和和信息防竊信息防竊的復合材料稱為的復合材料稱為。第88頁/共134頁由于由于依賴于依賴于，因此，利用具有一定，因此，利用具有一定導電性導電性的復合材料的復合材料可滿足可滿足電磁屏蔽電磁屏蔽的需要。的需要。第89頁/共134頁以以為基體，填充為基體，填充可可構(gòu)成適合用于構(gòu)成適合用于電磁屏蔽的復合材料電磁屏蔽的復合材料。由于由于電磁屏蔽的復合材料電磁屏蔽的復合材料具有具有性能好性能好、成本低成本低、成型工藝簡單成型工藝簡單的優(yōu)點，因此成為國的優(yōu)點，因此成為國際上際上電子材料研究電子材料研究的熱點。的熱點。第90頁/共134頁有兩種類型。有兩種類型。(1)填充導電體的形式；

36、其中，填料形填充導電體的形式；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。第91頁/共134頁這種這種通常由通常由絕緣性良絕緣性良好的好的(如如ABS、PC、PP、PE、PVC、PBT、PA及它們的改性和共混的樹脂及它們的改性和共混的樹脂)和和(如炭黑、鋁片粉、金屬纖維及如炭黑、鋁片粉、金屬纖維及表面金屬化的有機和無機纖維表面金屬化的有機和無機纖維)及及復合而成，其屏蔽效果為復合而成，其屏蔽效果為4060dB。第92頁/共134頁鋁片在聚合物中體積分數(shù)與屏蔽效率關(guān)系鋁片在聚合物中體積分數(shù)與屏蔽效率關(guān)系體積分數(shù)體積分數(shù)屏蔽效率屏蔽效率 /dB與與，有關(guān)，由圖中有關(guān)，由圖

37、中可看出，可看出，合適的填料合適的填料體積分數(shù)體積分數(shù)可獲得好的可獲得好的屏蔽效率，很多研究屏蔽效率，很多研究發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)有最好的屏蔽效果有最好的屏蔽效果。第93頁/共134頁鋁纖維帶的體積分數(shù)、鋁纖維帶的體積分數(shù)、 長徑比與屏蔽效率的關(guān)長徑比與屏蔽效率的關(guān)系系體積分數(shù)體積分數(shù)屏蔽效率屏蔽效率 /dB圖中表明圖中表明與與也有密切關(guān)系，也有密切關(guān)系，填料填料長徑比越大，屏蔽性長徑比越大，屏蔽性也越大也越大，從另一角度，從另一角度看，看，長徑比也影響著長徑比也影響著最佳體積填充量最佳體積填充量。通。通常長徑比越大，最佳常長徑比越大，最佳體積填充分數(shù)越低。體積填充分數(shù)越低。第94頁/共134頁多用于多用

38、于電子設備的屏蔽電子設備的屏蔽，由于近代由于近代電子設備的數(shù)據(jù)傳輸電子設備的數(shù)據(jù)傳輸多采用多采用電視顯電視顯示方式示方式，如計算機終端顯示器、監(jiān)視器、儀，如計算機終端顯示器、監(jiān)視器、儀表的圖顯和數(shù)顯，都要求既表的圖顯和數(shù)顯，都要求既，又能，又能的材料。從這個角度上看，復合材料的材料。從這個角度上看，復合材料中中為為是理想的。是理想的。第95頁/共134頁(2)用用與與制成織物制成織物可作可作電磁波反射體電磁波反射體。這種這種主要用于主要用于無線通信無線通信天線的天線的，但也可作計算機、，但也可作計算機、復印機、傳真機等電子設備的復印機、傳真機等電子設備的。第96頁/共134頁是指是指材料，材料

39、，它廣泛應用于它廣泛應用于換能器換能器，實現(xiàn)，實現(xiàn)機械能與電能機械能與電能之間的相互轉(zhuǎn)換。之間的相互轉(zhuǎn)換。第97頁/共134頁可以分為下面五類：可以分為下面五類：(1)，如石英、磷酸等；，如石英、磷酸等；(2)，如鋯鈦酸鉛，如鋯鈦酸鉛(PZT)、鈦酸鉛等、鈦酸鉛等；(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。第98頁/共134頁是將是將和和按一定按一定連通方式連通方式，一定的，一定的體積體積/重量重量，及一定的，及一定的空間分布空間分布制作而成，它可以制作而成，它可以成倍地成倍地。第99頁/共134頁以以PZT/聚合物為例，

40、其聚合物為例，其dh gb值提高值提高l3倍倍(dh為壓電體的為壓電體的電荷系數(shù)電荷系數(shù)；gb為壓電體的為壓電體的電壓電壓系數(shù)系數(shù))。此外，復合材料使此外，復合材料使，以及，以及也大為改善。也大為改善。第100頁/共134頁為了從本質(zhì)上極大地為了從本質(zhì)上極大地，將，將進一步復合進一步復合向向發(fā)展，可望獲得發(fā)展，可望獲得更為更為優(yōu)異的壓電復合材料優(yōu)異的壓電復合材料。第101頁/共134頁例如：例如：鋯鈦酸鉛鋯鈦酸鉛(PZT)和聚合物和聚合物(P)，即，即PZTP；鈦酸鉛鈦酸鉛(PT)和聚合物和聚合物(P)，即，即PTP；兩大兩大。第102頁/共134頁這兩大復合材料各有優(yōu)缺點：這兩大復合材料各有

41、優(yōu)缺點：其中，其中，中的中的PZT壓電活性壓電活性大，大，但其但其各向異性各向異性較?。惠^?。恢兄蠵T的的壓電活性壓電活性小，但其小，但其各向各向異性異性大。大。第103頁/共134頁當實現(xiàn)三相復合，即當實現(xiàn)三相復合，即PZTPTP，勢，勢必會體現(xiàn)出兩相系統(tǒng)所沒有的性能，這一方必會體現(xiàn)出兩相系統(tǒng)所沒有的性能，這一方向是目前向是目前的發(fā)展方向。的發(fā)展方向。第104頁/共134頁下面的關(guān)系圖說明了這一方向的發(fā)展下面的關(guān)系圖說明了這一方向的發(fā)展PZTPPTPZT/ PPT/ PPZT+P/ P第105頁/共134頁被譽為被譽為第三代電子技術(shù)的核心第三代電子技術(shù)的核心，它在，它在導彈與航天器跟蹤導彈與

42、航天器跟蹤、制導制導、通信與防通信與防御御以及以及激光武器電源激光武器電源上都具有廣泛的應用潛上都具有廣泛的應用潛力，可用于力，可用于高性能高速計算機高性能高速計算機，遠紅外探測遠紅外探測器器，光通信光通信，(遠遠)紅外成像紅外成像以及以及磁懸浮列車磁懸浮列車等。等。第106頁/共134頁 1986 1986年年1212月，米勒教授和貝德諾茲月，米勒教授和貝德諾茲教授發(fā)現(xiàn)了一種新型的教授發(fā)現(xiàn)了一種新型的陶瓷超導體陶瓷超導體( (此前超此前超導體都是金屬導體都是金屬) )，這種超導體把超導性的臨，這種超導體把超導性的臨界溫度又提高到了界溫度又提高到了38K38K； 第107頁/共134頁第108

43、頁/共134頁第109頁/共134頁然而，然而，超導超導材料材料，雖有一定抵抗，雖有一定抵抗壓縮變形壓縮變形的能的能力，但其力，但其，使，使得得超導體大規(guī)模實用超導體大規(guī)模實用受到了限制。受到了限制。第110頁/共134頁用用增強增強通過通過擴散粘擴散粘結(jié)法結(jié)法(成型壓力為成型壓力為4MPa，150170 ，保溫，保溫15min)將將包覆于其中，從包覆于其中，從而獲得而獲得良好的力學性能良好的力學性能、電性能電性能和和熱性能熱性能的的復合材料。復合材料。第111頁/共134頁試驗發(fā)現(xiàn)，隨著試驗發(fā)現(xiàn)，隨著增加，增加，碳纖維錫釔氧鋇銅碳纖維錫釔氧鋇銅復合材料的復合材料的隨隨著不斷提高。著不斷提高。

44、由于由于基本承擔了全部的基本承擔了全部的，所以，所以在斷裂點之前在斷裂點之前，碳纖維錫材料碳纖維錫材料一直都保持超導性能。一直都保持超導性能。也常用于也常用于超導復合材料的超導復合材料的包覆材料包覆材料。第112頁/共134頁由于由于的的飛速發(fā)展飛速發(fā)展和和多種探測器的多種探測器的綜合使用綜合使用，使得，使得也必須朝著也必須朝著方向發(fā)展。方向發(fā)展。原來的原來的金屬、陶瓷、半導體、高分子金屬、陶瓷、半導體、高分子隱身隱身材料很難適應這一要求，因此材料很難適應這一要求，因此就顯得格外重要。就顯得格外重要。第113頁/共134頁(1)降低目標降低目標自身發(fā)出的自身發(fā)出的或或反射外來反射外來的信號強度

45、的信號強度； (2)減小減小目標與環(huán)境目標與環(huán)境的的，使，使其低于探測器的門檻值；其低于探測器的門檻值； (3)使目標與環(huán)境反差使目標與環(huán)境反差，造，造成目標成目標幾何形狀識別上幾何形狀識別上的困難。的困難。第114頁/共134頁 隱身復合材料隱身復合材料由基體材料由基體材料( (或粘結(jié)或粘結(jié)劑劑) )、增強體與損耗介質(zhì)復合而成，、增強體與損耗介質(zhì)復合而成，能夠通過自身的吸收作用減少目標能夠通過自身的吸收作用減少目標雷達的散射截面雷達的散射截面(RCS)(RCS)。與實際目標反射回發(fā)射與實際目標反射回發(fā)射/ /接接收天線的能量相同的理想電收天線的能量相同的理想電磁波反射體的面積。磁波反射體的面

46、積。雷達散射截面雷達散射截面第115頁/共134頁雷達方程雷達方程422trR4GPPPr接收功率接收功率 雷達散射截面雷達散射截面 Pt發(fā)射功率發(fā)射功率 波長波長 G天線增益天線增益 R距離距離 雷達接收到從目標返回的功率與雷達接收到從目標返回的功率與RCSRCS成成正比，為使目標對雷達隱身應該盡量減小正比，為使目標對雷達隱身應該盡量減小其其RCSRCS。使用吸波復合材料可達到此目的。使用吸波復合材料可達到此目的。第116頁/共134頁 吸波材料能吸收或衰減入射的電磁吸波材料能吸收或衰減入射的電磁波，使其因干涉而消失或其電磁能轉(zhuǎn)波，使其因干涉而消失或其電磁能轉(zhuǎn)換為其他形式的能量。其基本原理包

47、換為其他形式的能量。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第117頁/共134頁 干涉作用是將入射的電磁波分成兩部分干涉作用是將入射的電磁波分成兩部分，一部分從吸波層表面反射，另一部分透過吸，一部分從吸波層表面反射，另一部分透過吸波層后經(jīng)底層反射后再穿過吸波層射出來。若波層后經(jīng)底層反射后再穿過吸波層射出來。若經(jīng)底層反射的波與吸波層表面反射的波相位正經(jīng)底層反射的波與吸波層表面反射的波相位正好相反，兩段波便可發(fā)生干涉而減弱。好相反，兩段波便可發(fā)生干涉而減弱。干涉作用干涉作用第118頁/共134頁 吸收作用吸收作用 材料對電磁波產(chǎn)生吸收作用有兩個條件材料對電

48、磁波產(chǎn)生吸收作用有兩個條件：(1) (1) 電磁波入射到材料上時能最大限度地電磁波入射到材料上時能最大限度地進入到材料內(nèi)部，即電磁匹配要好進入到材料內(nèi)部，即電磁匹配要好( (匹配特匹配特性性) )；(2) (2) 進入材料內(nèi)部的電磁波能迅速地被衰進入材料內(nèi)部的電磁波能迅速地被衰減掉，即電磁損耗要大減掉，即電磁損耗要大( (衰減特性衰減特性) )。第119頁/共134頁 電損耗機理：電損耗機理：依靠電介質(zhì)的極化機理吸收、衰減電磁波依靠電介質(zhì)的極化機理吸收、衰減電磁波。極化的基本形式包括位移式極化和松弛極化。極化的基本形式包括位移式極化和松弛極化。 彈性，瞬時完成，其彈性，瞬時完成，其極化過程不消耗能量，極化過程不消耗能量，一般發(fā)生在物質(zhì)結(jié)構(gòu)緊一般發(fā)生在物質(zhì)結(jié)構(gòu)緊密、規(guī)則的地方。密、規(guī)則的地方。 與熱運動有關(guān)，非與熱運動有關(guān)，非彈性，需一定時間，需彈性，需一定時間，需消耗一定的能量。消耗一定的能量。 電損耗介質(zhì)的吸波機理主要是松弛極化。松弛極化與電損耗介質(zhì)的吸波機理主要是松弛極化。松弛極化與電場作用和熱運動有關(guān)。熱運動的作用力圖使材料中的質(zhì)電場作用