功能复合材料.ppt

功能复合材料1现在学习的是第1页，共142页复合材料按复合材料按使用目的使用目的可分为两类可分为两类:结构结构复合材料复合材料和和功能功能复合材料复合材料2现在学习的是第2页，共142页功能复合材料功能复合材料是指除是指除机械性能机械性能以外以外而提而提供供其他物理性能其他物理性能的复合材料，如的复合材料，如导电导电、超导超导、半导半导、磁性磁性、压电压电、阻尼阻尼、吸声吸声、摩擦摩擦、吸吸波波、屏蔽屏蔽、阻燃阻燃、防热防热、隔热隔热等功能复合材等功能复合材料。料。3现在学习的是第3页，共142页功能复合材料功能复合材料主要由主要由功能体功能体和和基体基体组成，或由组成，或由两种两种(或两种以上或两种以上)功能体功能体组组成。成。4现在学习的是第4页，共142页在在单一功能体的复合材料单一功能体的复合材料中，其中，其功能性功能性质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粘结和粘结和赋形作用赋形作用，同时也会对复合材料，同时也会对复合材料整体的物理性整体的物理性能能有影响。有影响。5现在学习的是第5页，共142页多元功能体的复合材料多元功能体的复合材料可以具有可以具有多种功多种功能能，同时还有可能由于，同时还有可能由于产生复合效应产生复合效应而出现而出现新新的功能的功能。因此，因此，多功能复合材料多功能复合材料成为成为功能复合材料功能复合材料的发展方向的发展方向。6现在学习的是第6页，共142页1、功能复合材料的复合效应、功能复合材料的复合效应材料材料在复合后在复合后所得的复合材料，依据其所得的复合材料，依据其产生产生复合效应的特征复合效应的特征，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线性效应线性效应；另一类则为另一类则为非线性效应非线性效应。在这在这两类复合效应两类复合效应中，又可以显示出不中，又可以显示出不同的特征。同的特征。7现在学习的是第7页，共142页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不同复合效应不同复合效应的类别。的类别。8现在学习的是第8页，共142页平均效应平均效应是复合材料所显示的是复合材料所显示的最典型的最典型的一种复合效应。一种复合效应。它可以表示为：它可以表示为：式中，为材料性能，为材料体积含量，式中，为材料性能，为材料体积含量，角标角标c、m、f分别表示复合材料、基体和增分别表示复合材料、基体和增强体（或功能体）。强体（或功能体）。9现在学习的是第9页，共142页复合材料的某些复合材料的某些功能性质功能性质，例如，例如电导电导、热热导导、密度密度和和弹性模量弹性模量等服从等服从平均效应平均效应这一规律。这一规律。例如，复合材料的例如，复合材料的弹性模量弹性模量，若用，若用混合混合率率来表示，则为来表示，则为10现在学习的是第10页，共142页平行效应平行效应显示这一效应的复合材料，它的显示这一效应的复合材料，它的各组各组分材料分材料在复合材料中，均在复合材料中，均保留本身的作用保留本身的作用，既既无制约无制约，也，也无补偿无补偿。11现在学习的是第11页，共142页对于对于增强体增强体（如纤维）与（如纤维）与基体界面基体界面结合很弱结合很弱的复合材料，所显示的复合效的复合材料，所显示的复合效应，可以看作是应，可以看作是平行效应平行效应。12现在学习的是第12页，共142页相补效应相补效应组成复合材料的组成复合材料的基体基体与与增强体增强体，在性能在性能上上相互补充相互补充，从而，从而提高了综合性能提高了综合性能，则显示，则显示出出相补效应相补效应。13现在学习的是第13页，共142页对于对于脆性的高强度纤维增强体脆性的高强度纤维增强体与与韧性基韧性基体体复合时，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而形成的复合材料，其性能显示为成的复合材料，其性能显示为增强体增强体与与基体的基体的互补互补。14现在学习的是第14页，共142页相抵效应相抵效应基体与增强体基体与增强体组成复合材料时，若组成复合材料时，若组分间性能组分间性能相互制约相互制约，限制了整体性能限制了整体性能提高提高，则复合后显示出，则复合后显示出相抵效应相抵效应。15现在学习的是第15页，共142页例如，例如，脆性的纤维增强体脆性的纤维增强体与与韧性韧性基体基体组成的复合材料，组成的复合材料，当两者界面结当两者界面结合很强时合很强时，复合材料整体显示为，复合材料整体显示为脆性断脆性断裂裂。16现在学习的是第16页，共142页在在玻璃纤维增强塑料玻璃纤维增强塑料中，当中，当玻璃纤维表面玻璃纤维表面选选用适宜的用适宜的硅烷偶联剂硅烷偶联剂处理后，与处理后，与树脂基体树脂基体组成组成的复合材料，由于的复合材料，由于强化了界面的结合强化了界面的结合，故致使材，故致使材料的料的拉伸强度拉伸强度比未处理纤维比未处理纤维组成的复合材料可高组成的复合材料可高出出30-40%，而且，而且湿态强度保留率湿态强度保留率也明显提高。也明显提高。17现在学习的是第17页，共142页但是，这种但是，这种强结合的界面强结合的界面同时却导致了复同时却导致了复合材料合材料冲击性能的降低冲击性能的降低。因此，在因此，在金属基金属基、陶瓷基增强复合材料中陶瓷基增强复合材料中，过强的界面结合过强的界面结合不一定是最适宜的。不一定是最适宜的。18现在学习的是第18页，共142页相补效应相补效应和和相抵效应相抵效应常常是常常是共同存在的共同存在的。显然，显然，相补效应相补效应是希望得到的，而是希望得到的，而相抵效应相抵效应要尽量能够避免。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来加以实现。以实现。19现在学习的是第19页，共142页相乘效应相乘效应两种两种具有转换效应的材料具有转换效应的材料复合在一起，即复合在一起，即可发生可发生相乘效应相乘效应。例如，把具有例如，把具有电磁效应电磁效应的材料与具有的材料与具有磁磁光效应光效应的材料复合时，将可能产生具有的材料复合时，将可能产生具有电光效应电光效应的复合材料。的复合材料。20现在学习的是第20页，共142页因此，通常可以将一种具有因此，通常可以将一种具有两种性能相互两种性能相互转换的功能材料转换的功能材料X/Y和另一种和另一种换能材料换能材料Y/Z复合复合起来，可用下列通式来表示，即：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。上式上式符合乘积表达式符合乘积表达式，所以称之为，所以称之为相乘效应相乘效应。21现在学习的是第21页，共142页相乘效应的组合相乘效应的组合可以非常广泛，已被可以非常广泛，已被用于用于设计功能复合材料设计功能复合材料。常用的常用的物理乘积效应物理乘积效应见下表所示：见下表所示：22现在学习的是第22页，共142页复合材料的乘积效应复合材料的乘积效应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23现在学习的是第23页，共142页诱导效应诱导效应在一定条件下，复合材料中的在一定条件下，复合材料中的一个组分材料一个组分材料可可以以通过诱导作用通过诱导作用使使另一个组分材料另一个组分材料的的结构改变结构改变，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。这种这种诱导行为诱导行为已在很多实验中发现，同时也已在很多实验中发现，同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。24现在学习的是第24页，共142页例如，例如，结晶的纤维增强体结晶的纤维增强体对对非晶基体非晶基体的的诱导诱导结晶结晶或或晶形基体晶形基体的的晶形取向产生作用晶形取向产生作用。在在碳纤维碳纤维增强增强尼龙或聚丙烯尼龙或聚丙烯中，由于中，由于碳纤碳纤维表面维表面对对基体基体的的诱导作用诱导作用，致使，致使界面上的结晶状界面上的结晶状态与数量态与数量发生了改变，如出现发生了改变，如出现横向穿晶横向穿晶等，这种等，这种效应对尼龙或聚丙烯起着效应对尼龙或聚丙烯起着特殊的作用特殊的作用。25现在学习的是第25页，共142页共振效应共振效应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，会产生机机械的械的或或电、磁的共振电、磁的共振。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，其固有频率固有频率不不同于同于原组分的原组分的固有频率固有频率，当复合材料中某一部，当复合材料中某一部位的位的结构发生变化结构发生变化时，复合材料的时，复合材料的固有频率固有频率也也会发生改变。会发生改变。26现在学习的是第26页，共142页利用利用共振效应共振效应，可以根据，可以根据外来的工作频率外来的工作频率，改变复合材料固有频率改变复合材料固有频率而而避免材料在工作时避免材料在工作时引起的破坏引起的破坏。对于对于吸波材料吸波材料，同样可以根据，同样可以根据外来波长的外来波长的频率特征频率特征，调整复合频率调整复合频率，达到，达到吸收外来波吸收外来波的的目的。目的。27现在学习的是第27页，共142页系统效应系统效应这是材料的一种这是材料的一种复杂效应复杂效应，至目前为止，至目前为止，这一这一效应的机理效应的机理尚不很清楚，但在实际现象尚不很清楚，但在实际现象中已经发现这种效应的存在。中已经发现这种效应的存在。28现在学习的是第28页，共142页例如，例如，交替叠层镀膜的硬度交替叠层镀膜的硬度大于原来各大于原来各单一镀膜的硬度单一镀膜的硬度和和按线性混合率估算值按线性混合率估算值，说，说明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。29现在学习的是第29页，共142页平均效应平均效应、相乘效应相乘效应、平行效应平行效应、诱导效应诱导效应、相补效应相补效应、共振效应共振效应、相抵效应相抵效应、系统效应系统效应等各等各种复合效应，都是复合材料科学所种复合效应，都是复合材料科学所研究的对象研究的对象和和重重要内容要内容，这也是，这也是开拓新型复合材料开拓新型复合材料，特别是，特别是功能功能型复合材料型复合材料的的基础理论问题基础理论问题。30现在学习的是第30页，共142页2、功能复合材料的设计、功能复合材料的设计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可设计性可设计性。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经济条件限制条件限制的前提下，从的前提下，从材料的选择途径材料的选择途径和和工艺结工艺结构途径构途径上进行设计。上进行设计。31现在学习的是第31页，共142页例如，利用例如，利用线性效应线性效应的混合法则，通过的混合法则，通过合理铺合理铺设设可以设计出某一温度区间可以设计出某一温度区间膨胀系数为零膨胀系数为零或或接近于接近于零的构件零的构件。又如又如XY平面是平面是压电压电，XZ平面呈平面呈电致发光电致发光性，性，通过通过铺层设计铺层设计可以得到可以得到YZ平面平面压致发光压致发光的复合材的复合材料。料。32现在学习的是第32页，共142页另外，模仿另外，模仿生物体中的生物体中的纤维纤维和和基体基体的的合理合理分布分布，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可望设计出出性能优良的性能优良的仿生功能材料仿生功能材料。33现在学习的是第33页，共142页2.1 磁性复合材料磁性复合材料磁性复合材料磁性复合材料(Magnetic composite materials)是以是以高聚物或软金属高聚物或软金属为为基体基体与与磁性材磁性材料料复合而成的一类材料。复合而成的一类材料。34现在学习的是第34页，共142页由于由于磁性材料磁性材料有有软磁软磁和和硬磁硬磁之分，因此之分，因此也有也有相应的软磁和硬磁复合材料相应的软磁和硬磁复合材料。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)细微颗细微颗粒粒涂覆在涂覆在高聚物材料带上高聚物材料带上或或金属盘上金属盘上形成形成磁带磁带或磁盘或磁盘用于磁记录，也是一类非常重要的磁性用于磁记录，也是一类非常重要的磁性复合材料，又如复合材料，又如与液体混合与液体混合形成形成磁流体磁流体等。等。35现在学习的是第35页，共142页 2.1.1 永磁复合材料永磁复合材料典型的永磁材料典型的永磁材料包括包括永磁铁氧体永磁铁氧体、铝镍铝镍钴钴以及以及稀土永磁稀土永磁材料。材料。36现在学习的是第36页，共142页一般情况下，永磁材料的一般情况下，永磁材料的密度较高密度较高，脆脆而硬而硬，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，制成高聚物基高聚物基或或软金属基软金属基复合材复合材料后，上述料后，上述难加工的缺点难加工的缺点可得到克服。可得到克服。37现在学习的是第37页，共142页永磁复合材料永磁复合材料的的功能组元功能组元是是磁性粉末磁性粉末，高聚物和软金属高聚物和软金属起到起到粘结剂粘结剂的作用。的作用。其中，其中，高聚物高聚物使用较为普遍，常用的有使用较为普遍，常用的有环环氧树脂氧树脂、尼龙和、尼龙和橡胶橡胶等材料。等材料。38现在学习的是第38页，共142页永磁复合材料永磁复合材料的的制造方法制造方法常采用常采用模压模压、注塑注塑、挤压挤压等工艺技术。等工艺技术。对于对于软金属粘结工艺软金属粘结工艺来说来说，由于它由于它较为复杂较为复杂，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。39现在学习的是第39页，共142页很显然，与很显然，与高密度的金属磁体高密度的金属磁体或或陶瓷磁陶瓷磁体体(铁氧体铁氧体)相比，相比，复合磁体的复合磁体的优良加工性能优良加工性能是以是以牺牲一部分牺牲一部分磁性能磁性能为为代价的。代价的。40现在学习的是第40页，共142页非磁性基体非磁性基体及及非磁性相非磁性相的比例的比例直接影响到直接影响到材料的材料的饱和磁化强度饱和磁化强度及及剩余磁化强度剩余磁化强度，它可，它可用下述关系式来表达：用下述关系式来表达：41现在学习的是第41页，共142页其中，其中，Mr为复合磁体的为复合磁体的剩余磁化强度剩余磁化强度；Ms为磁性组为磁性组元的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为磁性组为磁性组元的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体积分数非磁性相的体积分数；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。42现在学习的是第42页，共142页由于由于复合永磁材料复合永磁材料的的易成形易成形和和良好加工性良好加工性能能，因此常用来制作，因此常用来制作薄壁的微型电机使用的薄壁的微型电机使用的环环状定子状定子，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。43现在学习的是第43页，共142页复合永磁材料的复合永磁材料的良好成型性良好成型性，使其适用于，使其适用于制作制作体积小体积小、形状复杂的永磁体形状复杂的永磁体。如。如汽车仪表汽车仪表用磁体用磁体，磁推轴承磁推轴承及各类及各类蜂鸣器蜂鸣器等。等。44现在学习的是第44页，共142页复合永磁材料的复合永磁材料的功能体功能体可看作是各类可看作是各类磁磁体粉末体粉末（如（如铁氧体铁氧体、铝镍钴铝镍钴、Sm-Co、Nd-Fe-B等）制成的等）制成的粘结磁体粘结磁体。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不同磁粉不同磁粉与与高分子材料高分子材料复合，以便得到复合，以便得到更宽范围的实用更宽范围的实用性能性能。45现在学习的是第45页，共142页 2.1.2 软磁复合材料软磁复合材料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更高的更高的驱动频率驱动频率，为此应用的，为此应用的软磁材料软磁材料，除，除在静态磁在静态磁场下场下经常要求的经常要求的高饱和磁化强度高饱和磁化强度和和高磁导率高磁导率外，外，还要求它们具有还要求它们具有低的交流损耗低的交流损耗PL。46现在学习的是第46页，共142页通常通常较大尺寸的较大尺寸的金属软磁材料金属软磁材料，其，其相对磁相对磁导率导率 r 随随驱动频率驱动频率的的增大而急速下降增大而急速下降，如下图，如下图所示：所示：47现在学习的是第47页，共142页Fe-Si-Al粉末颗粒复合体相对磁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48现在学习的是第48页，共142页如果把如果把软磁材料软磁材料（例如（例如Fe-Si-A1合金）合金）制成粉末制成粉末，表面被，表面被极薄的极薄的A12O3层层或或高聚物高聚物分分隔绝缘隔绝缘，然后，然后热压或模压固化热压或模压固化成成块状软磁体块状软磁体，则则49现在学习的是第49页，共142页从图从图A、B、D曲线看出，它的曲线看出，它的 r值值在相当宽的驱动频率在相当宽的驱动频率范围内范围内不随交变场频率的升高而下降不随交变场频率的升高而下降不随交变场频率的升高而下降不随交变场频率的升高而下降，从而保持在一个，从而保持在一个较平稳的恒定值较平稳的恒定值。50现在学习的是第50页，共142页这种复合软磁材料的这种复合软磁材料的相对磁导率相对磁导率 r值可由下值可由下式描述式描述: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。51现在学习的是第51页，共142页显然，选择合适的显然，选择合适的金属粒子尺寸金属粒子尺寸和和包覆层包覆层厚度厚度即可获得即可获得所需的所需的相对磁导率相对磁导率 r值值，这对，这对电电感器和轭源圈的设计感器和轭源圈的设计是十分重要的。是十分重要的。52现在学习的是第52页，共142页由于由于绝缘物质的包覆绝缘物质的包覆，这类材料的，这类材料的电阻率电阻率比比其其母体合金母体合金高得多高得多(高高1011倍倍)，因此，因此在交变磁场在交变磁场下下具有具有低的磁损耗低的磁损耗PL。下图显示了在下图显示了在1MHz高频下，复合材料高频下，复合材料磁磁损耗损耗与与粉末颗粒尺寸粉末颗粒尺寸D的关系。的关系。53现在学习的是第53页，共142页磁磁损损耗耗PL/kW.m-3磁粉粒度磁粉粒度/um磁损耗与软磁粉粒度的关系磁损耗与软磁粉粒度的关系从图中可看从图中可看出，出，粉末尺寸越小粉末尺寸越小粉末尺寸越小粉末尺寸越小，损耗越低损耗越低损耗越低损耗越低。因此，可以通因此，可以通过过调整磁性粉末颗调整磁性粉末颗调整磁性粉末颗调整磁性粉末颗粒的尺寸粒的尺寸粒的尺寸粒的尺寸来调节损来调节损耗耗L值。值。54现在学习的是第54页，共142页 2.1.3 磁性记录与读出磁性记录与读出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)的的过程，如下图所示。过程，如下图所示。55现在学习的是第55页，共142页音光音光电气电气信号信号磁性磁性信号信号作为磁作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56现在学习的是第56页，共142页由由麦克风及摄像机麦克风及摄像机将将声音及光声音及光变成变成电信号电信号，再再由磁头由磁头变成变成磁信号磁信号，从而固定在，从而固定在磁记录介质磁记录介质上。上。读出时读出时，与记录过程相反，使，与记录过程相反，使声音和图声音和图像再生像再生。57现在学习的是第57页，共142页理想的理想的磁记录介质磁记录介质要尽可能地要尽可能地高密度高密度，能，能长长期保存记录期保存记录，再生时，再生时尽可能高输出尽可能高输出。在考虑能够实现在考虑能够实现高密度高密度、长期保存长期保存、高输出高输出时时，大致有，大致有两方面的考虑两方面的考虑，一是，一是磁性材料的种类磁性材料的种类，二是二是以磁性层为中心的叠层结构的构成以磁性层为中心的叠层结构的构成。58现在学习的是第58页，共142页2.2 磁性材料磁性材料作为记录介质的作为记录介质的强磁性材料强磁性材料，主要性能指主要性能指标标是是矫顽力矫顽力Hc和和剩余磁化强度剩余磁化强度Mr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磁性材料种类磁性材料种类的影的影啊，也受啊，也受颗粒的大小和形状颗粒的大小和形状的影响。的影响。59现在学习的是第59页，共142页下表列出了目前使用的下表列出了目前使用的磁记录介质材料磁记录介质材料磁记录介质材料磁记录介质材料的磁特性。的磁特性。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按发展的顺序按发展的顺序排列的。排列的。60现在学习的是第60页，共142页从表中可看出，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介质材料介质材料介质材料介质材料的磁性的磁性的磁性的磁性产生一次质的飞跃产生一次质的飞跃，与此同时，也使，与此同时，也使磁记录密度磁记录密度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)*10361现在学习的是第61页，共142页2.3 叠层结构对磁带性能的影叠层结构对磁带性能的影在现有材料基础上，为了在现有材料基础上，为了进一步提高记录进一步提高记录密度密度，就应考虑，就应考虑在叠层结构上在叠层结构上的优化。的优化。62现在学习的是第62页，共142页一般对于一般对于粉状磁性材料粉状磁性材料，先制造，先制造以适当高以适当高分子为粘结剂的涂料分子为粘结剂的涂料，然后把该涂料，然后把该涂料用适当的用适当的方法进行涂敷、干燥方法进行涂敷、干燥，制造出如下图所示的一，制造出如下图所示的一种种层压薄片层压薄片，这就是，这就是记录磁带记录磁带。显然，它属于。显然，它属于叠叠层型的功能复合材料层型的功能复合材料。63现在学习的是第63页，共142页磁粉磁粉磁粉磁粉粘结剂粘结剂粘结剂粘结剂添加剂添加剂添加剂添加剂磁层磁层磁层磁层下涂层下涂层下涂层下涂层背涂层背涂层背涂层背涂层基膜基膜基膜基膜记录磁带的结构记录磁带的结构64现在学习的是第64页，共142页到目前为止，为到目前为止，为提高涂敷型磁带的性能提高涂敷型磁带的性能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磁性材料的填充率磁性材料的填充率；(2)尽可能尽可能缩小磁性材料的颗粒缩小磁性材料的颗粒；(3)缩小磁头与磁带间的空隙缩小磁头与磁带间的空隙，防止磁损失。，防止磁损失。65现在学习的是第65页，共142页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，这些改进都是有限度的有限度的，超过一超过一定极限值定极限值会导致一些会导致一些负面作用负面作用出现。出现。因此，为了因此，为了进一步改善记录密度进一步改善记录密度，就需要，就需要有有新的叠层构思和技术新的叠层构思和技术，即要创造出，即要创造出以复合技以复合技术为中心术为中心的新功能。的新功能。66现在学习的是第66页，共142页目前，研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、尝试把现在单一的磁性层单一的磁性层变成变成双磁双磁性层性层。二、不是用二、不是用涂敷磁性粉末和粘结剂混涂敷磁性粉末和粘结剂混合成的涂料的方法合成的涂料的方法来制造来制造磁性层磁性层，而是依，而是依靠靠真空镀敷真空镀敷Co/Ni合金薄膜合金薄膜的方法，来制造磁的方法，来制造磁带。带。67现在学习的是第67页，共142页把把单一磁性层单一磁性层变成变成双磁性层双磁性层的尝试是采用的尝试是采用上上层使用高娇顽力的微颗粒金属磁性材料层使用高娇顽力的微颗粒金属磁性材料，厚度为，厚度为0.4um，下层使用低矫顽力的钴改性的氧化铁磁性下层使用低矫顽力的钴改性的氧化铁磁性材料材料，厚度为，厚度为2.5um。这样，。这样，上层能够高效率地上层能够高效率地记录记录，再生用，再生用高频和较强磁场记录的亮度信号高频和较强磁场记录的亮度信号。68现在学习的是第68页，共142页另一方面，因为另一方面，因为色调信号色调信号和和声音信号声音信号是低频，是低频，在磁性层深部在磁性层深部才变弱。所以适当地搭配才变弱。所以适当地搭配上层与下上层与下层的厚度层的厚度及及矫顽力矫顽力可得到比可得到比只使用一种磁性材料只使用一种磁性材料的磁性层的磁性层更高的输出功率。更高的输出功率。这样，这样，不同波长都提高了输出功率不同波长都提高了输出功率，可获得，可获得更清晰的图像和声音更清晰的图像和声音。然而这种然而这种双层结构双层结构给涂敷技术给涂敷技术提出更高的要提出更高的要求，不是求，不是常规涂敷方法常规涂敷方法能实现的。能实现的。69现在学习的是第69页，共142页Co-Ni合金薄膜磁带合金薄膜磁带是基于将来是基于将来需记录信号的需记录信号的波长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设计和的角度出发而设计和构思的。构思的。短波长的磁场短波长的磁场由于由于波及的深度浅波及的深度浅，考虑到厚度，考虑到厚度损失的问题，那么损失的问题，那么0.2um程度的超薄膜程度的超薄膜是最理想的。是最理想的。要制造这样的超薄膜，要制造这样的超薄膜，真空蒸镀法真空蒸镀法是适合的。是适合的。70现在学习的是第70页，共142页此外，此外，磁性材料磁性材料具有较好的性能，本身具有较好的性能，本身就可以就可以提高记录密度提高记录密度。各种磁性粉末的特性如下各种磁性粉末的特性如下表所示表所示磁性材料磁性材料 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)*10371现在学习的是第71页，共142页由表中可见，由表中可见，剩磁最大剩磁最大的是的是Co-Ni合金，合金，如果镀成薄膜，如果镀成薄膜，磁性材料的填充率磁性材料的填充率几乎接近几乎接近100。无论是。无论是剩磁大剩磁大，还是，还是填充率大填充率大都对都对提提高输出功率高输出功率有好处。有好处。磁性材料磁性材料 Mr/T Hc/A.m-1-Fe2O3(14001800)*10-4(15.9231.83)*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)*10372现在学习的是第72页，共142页2.4 磁流体磁流体磁流体磁流体是是强磁性强磁性(铁磁性和亚铁磁性铁磁性和亚铁磁性)细微颗细微颗粒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胶状液体胶状液体。它既具有强磁性材料的它既具有强磁性材料的多种磁特性多种磁特性，又具，又具有有液体的特性液体的特性。73现在学习的是第73页，共142页磁性液体磁性液体由强磁性由强磁性单畴颗粒单畴颗粒(磁粉磁粉)、基质液体基质液体(基液基液)和和分散剂分散剂(表面活性剂表面活性剂)组成。组成。74现在学习的是第74页，共142页为了防止为了防止磁粉沉淀和凝聚磁粉沉淀和凝聚，使磁性液体，使磁性液体稳定，必须选择适当的稳定，必须选择适当的磁粉粒径磁粉粒径、分散剂分散剂物性物性参量和用量参量和用量以及以及基液基液物性参量物性参量，使磁粉磁偶极，使磁粉磁偶极矩间矩间作用力和热作用力作用力和热作用力的的综合效应产生势垒综合效应产生势垒，以利于以利于磁性液体稳定磁性液体稳定。75现在学习的是第75页，共142页组成中的组成中的磁粉磁粉采用采用金属或非金属强磁材料金属或非金属强磁材料，通过通过化学沉淀法化学沉淀法、热分解法热分解法、机械研磨法机械研磨法、电解电解等方法制成，粒径约等方法制成，粒径约1 100 nm的的单畴颗单畴颗粒粒。76现在学习的是第76页，共142页基质液体基质液体的种类很多，常根据用途的种类很多，常根据用途选用。目前多采用选用。目前多采用非金属基液非金属基液，主要有，主要有以下六种。以下六种。77现在学习的是第77页，共142页(1)水水一种一种常用和经济常用和经济的基液，可在较宽范围内的基液，可在较宽范围内调节调节pH值；但容易蒸发，适于制备值；但容易蒸发，适于制备在选矿和磁在选矿和磁印刷等方面印刷等方面应用的应用的磁性液体磁性液体。78现在学习的是第78页，共142页(2)酯酯类和类和二酯二酯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，适于制备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磁性液应用的磁性液体。体。79现在学习的是第79页，共142页(3)烃烃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，适于制备在要求于制备在要求电绝缘好、粘滞性低的情况电绝缘好、粘滞性低的情况下下应用的磁性液体。应用的磁性液体。80现在学习的是第80页，共142页(4)氯碳氯碳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。应用的磁性液体。81现在学习的是第81页，共142页(5)聚苯醚聚苯醚类类蒸气压低蒸气压低，抗辐射性好抗辐射性好，适于制备，适于制备在高在高真空或辐照环境中真空或辐照环境中应用的磁性液体。应用的磁性液体。82现在学习的是第82页，共142页(6)水银水银和和低熔点金属合金低熔点金属合金导热性和导电性高导热性和导电性高，适于制备在需要，适于制备在需要高高传热或导电的情况下传热或导电的情况下应用的磁性液体。应用的磁性液体。83现在学习的是第83页，共142页分散剂分散剂使使磁粉表面磁粉表面吸附一层吸附一层长链分长链分子子，构成，构成缓冲层缓冲层，并使磁粉在，并使磁粉在磁场和磁场和电场作用下电场作用下不会凝聚不会凝聚。84现在学习的是第84页，共142页因此，要求因此，要求分散剂的分子链分散剂的分子链一端一端吸附在吸附在磁粉表面磁粉表面，另一端，另一端与基液胶溶吸附与基液胶溶吸附；另外，还要求分子链另外，还要求分子链有一定链长有一定链长，以，以获得有效的获得有效的防凝聚作用防凝聚作用。85现在学习的是第85页，共142页分散剂分散剂主要有主要有阴离子分散剂阴离子分散剂、阳离子阳离子分散剂分散剂、两性分散剂两性分散剂和和中性中性(非离子非离子)分散分散剂剂。分散剂用量分散剂用量一般约为一般约为磁粉重量磁粉重量的的510。86现在学习的是第86页，共142页 2.4.1 磁流体的种类磁流体的种类根据组成、特性和应用要求，磁性液体可分为根据组成、特性和应用要求，磁性液体可分为三类。三类。(1)非金属非金属磁磁(粉粉)性液体：性液体：(2)金属金属磁磁(粉粉)性液体性液体(3)纯金属纯金属磁性液体磁性液体87现在学习的是第87页，共142页(1)非金属磁非金属磁(粉粉)性液体性液体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胶状液体胶状液体，是目前应，是目前应用最多的一类。用最多的一类。88现在学习的是第88页，共142页(2)金属磁金属磁(粉粉)性液体性液体以以铁铁(Fe)、钴、钴(Co)或其合金磁粉或其合金磁粉与与非金属非金属基液基液均匀混合成的均匀混合成的胶状液体胶状液体，其磁化强度高，其磁化强度高，磁性强。目前尚处干研究阶段。磁性强。目前尚处干研究阶段。89现在学习的是第89页，共142页(3)纯金属磁性液体纯金属磁性液体以以金属磁粉金属磁粉和和金属基液金属基液均勾混合成的均勾混合成的胶状胶状液体液体。其。其磁性、导热性磁性、导热性和和导电性好导电性好，适于制造一，适于制造一些特殊装置如些特殊装置如磁流体发电机磁流体发电机。目前多处于研究。目前多处于研究阶段，应用较少。阶段，应用较少。90现在学习的是第90页，共142页2.4.2 磁流体的特性和应用磁流体的特性和应用磁性液体磁性液体与与固态磁性材料固态磁性材料相比具有以下相比具有以下四个方面的特点四个方面的特点:91现在学习的是第91页，共142页(1)高度的稳定性高度的稳定性。能长期保持均匀状态，。能长期保持均匀状态，在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团现象凝聚和成团现象。(2)可控的粘滞性可控的粘滞性。可由。可由外加磁场外加磁场控制其控制其粘度，并使粘度，并使粘度对磁场表现各向异性粘度对磁场表现各向异性。92现在学习的是第92页，共142页(3)典型的超顺磁性典型的超顺磁性。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)可调节的磁浮力可调节的磁浮力。即可用。即可用外加磁场外加磁场改改变磁性液体的变磁性液体的表观密度和浮力表观密度和浮力。93现在学习的是第93页，共142页由于由于磁性液体磁性液体兼有兼有强磁性强磁性和和液态性质液态性质，因而在因而在电子、电机、仪表、石油化工和科电子、电机、仪表、石油化工和科学研究学研究中得到应用。中得到应用。94现在学习的是第94页，共142页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，不同密度物体的同密度物体的分选和分离分选和分离，失重状态下用的磁性，失重状态下用的磁性燃料和磁性笔，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，由磁性液体作为工作物质的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。95现在学习的是第95页，共142页3、电性复合材料电性复合材料作为作为复合材料的电导率复合材料的电导率没有没有明确的数值明确的数值来划分来划分导体、半导体和绝缘体导体、半导体和绝缘体。96现在学习的是第96页，共142页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材料显形成的复合材料显然是然是导体导体；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成形成的复合材料的复合材料电导率不会很高电导率不会很高。97现在学习的是第97页，共142页但是，复合材料中如果含有但是，复合材料中如果含有导电导电和和绝缘两种绝缘两种材料材料，那么它的，那么它的电导率电导率或是或是极端极端或是一些或是一些中间中间值值，这取决于，这取决于导体和绝缘体的导体和绝缘体的相对含量相对含量、几何几何分布分布和和组元本身特性组元本身特性。98现在学习的是