新型材料的研制

第第2节节新型材料的研制新型材料的研制材材料料复复合合材材料料金属材料金属材料无机非金属材料无机非金属材料有机高分子材料有机高分子材料无机材料无机材料纯金属纯金属合金合金阅读讨论阅读讨论P P9999：1 1.生活中最常用的金属材料有哪些？它们生活中最常用的金属材料有哪些？它们有哪些优异性能？有哪些优异性能？2 2.人们在使用金属材料（例如：铁）时要人们在使用金属材料（例如：铁）时要注意哪些问题？注意哪些问题？3 3.你知道金属材料使用的历史过程吗？觉你知道金属材料使用的历史过程吗？觉得金属材料使用的早晚与哪些因素有关？得金属材料使用的早晚与哪些因素有关？1、金属材料：金属材料包括纯金属与合金。、金属材料：金属材料包括纯金属与合金。2 2、金属使用的历史过程：、金属使用的历史过程：青铜器是人类社会最先使用的金属材料；（青铜：主要为铜青铜器是人类社会最先使用的金属材料；（青铜：主要为铜（CuCu）、锡（）、锡（SnSn）的合金）的合金）青铜器（战国）错金犀牛尊青铜器（战国）错金犀牛尊青铜器（战国）司母戊方鼎青铜器（战国）司母戊方鼎钢铁的使用代表了中国进入了封建社会钢铁的使用代表了中国进入了封建社会 你知道怎么炼铁的？你知道怎么炼铁的？原料：原料：原理：原理：铁矿石、焦碳、石灰石铁矿石、焦碳、石灰石利用还原剂把铁矿石中的铁还原出来利用还原剂把铁矿石中的铁还原出来铝合金等新型合金的材料；铝合金等新型合金的材料；金属铝的冶炼方法：金属铝的冶炼方法：电解熔融状态的氧化铝电解熔融状态的氧化铝出土的铁制品出土的铁制品思考：思考：通过人类社会利用金属材料的顺序的分析，你觉通过人类社会利用金属材料的顺序的分析，你觉得与哪些因素有关？得与哪些因素有关？回答：回答：（1 1）与金属活动性顺序有关，）与金属活动性顺序有关，CuCu、FeFe、AlAl的金属的金属活动性依次增强，活动性弱的金属，先利用活动性依次增强，活动性弱的金属，先利用（2 2）与冶炼金属工艺的难易程度有关，）与冶炼金属工艺的难易程度有关，AlAl需要电需要电解，冶炼要求最高，所以后利用。解，冶炼要求最高，所以后利用。3 3、新型金属材料：、新型金属材料：铝铝钛钛合合金金：耐耐腐腐蚀蚀、质质轻轻、高高强强度度、高高韧韧性性，主要用于飞机制造工业；主要用于飞机制造工业；硬铝常用于制造飞机的外壳硬铝常用于制造飞机的外壳高压锅是用铝合金制造的高压锅是用铝合金制造的铝合金赛车铝合金赛车铝合金门窗铝合金门窗储氢合金主要由钛系储氢合金、锆系储主要由钛系储氢合金、锆系储主要由钛系储氢合金、锆系储主要由钛系储氢合金、锆系储氢合金、铁系储氢合金以及稀土氢合金、铁系储氢合金以及稀土氢合金、铁系储氢合金以及稀土氢合金、铁系储氢合金以及稀土系储氢合金系储氢合金系储氢合金系储氢合金重要应用重要应用 利用储氢利用储氢合金制造镍合金制造镍氢电池氢电池形状记忆合金全程全程Ti-NiTi-Ni记忆合金花记忆合金花 镍镍-钛合金（又钛合金（又称称NTNT合金）具合金）具有记忆功能。有记忆功能。能引起记忆合能引起记忆合金形状改变的金形状改变的条件是温度。条件是温度。4 4、金属材料的优点及缺点：、金属材料的优点及缺点：强度大，但不耐腐蚀强度大，但不耐腐蚀阅读讨论阅读讨论P100-101：常见无机非金属材料有哪些？有什么优缺点？常见无机非金属材料有哪些？有什么优缺点？1 1 1 1、无机非金属材料、无机非金属材料、无机非金属材料、无机非金属材料主要包括：陶瓷、玻璃、水泥等主要包括：陶瓷、玻璃、水泥等主要包括：陶瓷、玻璃、水泥等主要包括：陶瓷、玻璃、水泥等 优点：耐高温；缺点：脆性大优点：耐高温；缺点：脆性大优点：耐高温；缺点：脆性大优点：耐高温；缺点：脆性大古代的陶瓷古代的陶瓷新型陶瓷材料新型陶瓷材料古代的陶瓷 陶器新石器时代马家窑文化新石器时代马家窑文化 螺旋纹彩陶双耳瓮螺旋纹彩陶双耳瓮 新石器时代半坡文化新石器时代半坡文化 陶俑壶陶俑壶 新石器时代新石器时代 彩陶人面纹钵彩陶人面纹钵 古代的陶瓷 瓷器清光绪清光绪 青花云纹瓶青花云纹瓶 唐唐 骆驼载乐俑骆驼载乐俑 北宋北宋 白釉刻花梅瓶白釉刻花梅瓶 某些新型陶瓷能承受高温、强度高 氮化硅氮化硅(Si3N4)陶瓷在陶瓷在12001200左右的高温下，左右的高温下，仍具有很高的强度，可用来制造汽轮机叶仍具有很高的强度，可用来制造汽轮机叶片、轴承、永久性模具等。片、轴承、永久性模具等。某些新型陶瓷具有生物特性 据新华社墨西哥城据新华社墨西哥城20042004年年1 1月月2020日电墨西哥日电墨西哥科学院日前发表的一份材料说，该国科研人员科学院日前发表的一份材料说，该国科研人员经过经过1010年的努力，成功开发出一种年的努力，成功开发出一种可供移植的可供移植的新型陶瓷骨。新型陶瓷骨。研究者强调说，这种陶瓷骨具有组织相容研究者强调说，这种陶瓷骨具有组织相容性和生物稳定性好等特点。它不会导致排异反性和生物稳定性好等特点。它不会导致排异反应，有利于诱导骨质的生长。这种人工骨富含应，有利于诱导骨质的生长。这种人工骨富含钙、锌，有利于手术后伤口皮肤更快愈合钙、锌，有利于手术后伤口皮肤更快愈合其他无机非金属材料 玻璃制造普通的原料是制造普通的原料是制造普通的原料是制造普通的原料是纯碱纯碱纯碱纯碱 (Na(Na2 2COCO3 3)、石灰石（石灰石（石灰石（石灰石（CaCOCaCO3 3）、）、）、）、石英石英石英石英 （SiOSiO2 2）以及一些辅料。以及一些辅料。以及一些辅料。以及一些辅料。玻璃包括玻璃包括 普通玻璃、普通玻璃、有色玻璃、有色玻璃、特殊玻璃。特殊玻璃。新型无机非金属材料光导纤维一、一、无机材料：无机材料：1.1.金属材料金属材料纯金属纯金属合金合金：生铁、钢生铁、钢等等2.2.无机非金属材料无机非金属材料古代陶瓷：陶器、瓷器古代陶瓷：陶器、瓷器新型陶瓷：新型陶瓷：二氧化硅陶瓷、二氧化硅陶瓷、氮化硼陶瓷、氮化硼陶瓷、烤瓷假牙烤瓷假牙玻璃玻璃陶瓷陶瓷水泥水泥光导纤维光导纤维（三）（三）阅读讨论阅读讨论P101-104P101-104：1.1.合成材料一般包括合成材料一般包括 、2 2.纤维包括纤维包括 、。天然纤维包括天然纤维包括 _ 3 3.塑料塑料塑料的种类：塑料的种类：（PE）：只含）：只含C、H元素，无毒，薄膜可包装食元素，无毒，薄膜可包装食品。品。（PVC）：除含）：除含C、H元素外还含元素外还含 元元素，使用中会分解出有毒物质，因而不宜包装食品。素，使用中会分解出有毒物质，因而不宜包装食品。其它塑料：聚苯乙烯（其它塑料：聚苯乙烯（PS）、有机玻璃（）、有机玻璃（PMMA）、电）、电木塑料等。木塑料等。(3)(3)白色污染有哪些危害？有哪些解决的方法？白色污染有哪些危害？有哪些解决的方法？(4)(4)橡胶可分为橡胶可分为 、。有着哪。有着哪些优缺点？些优缺点？聚乙烯膜与聚氯乙烯膜的鉴别方法：聚乙烯膜与聚氯乙烯膜的鉴别方法：1 1、主要包括：、主要包括：塑料、合成橡胶、合成纤维优点：强度大、密度小；优点：强度大、密度小；缺点：不耐高温缺点：不耐高温2 2、塑料、塑料 当当今今世世界界塑塑料料制制品品之之多多,是是人人们们难难以以想想象象的的。虽虽然然不不同同的的塑塑料料有有不不同同的的性性能能，但但它它们们都都在在一一定定条条件件下下塑塑造造成成型型的的高高分分子子材材料料。它它们们可可以以制制成成薄薄膜膜、日日用用品品、管管道道、塑塑料料板板材材、泡泡沫沫包包装装材材料料、电电器器绝绝缘缘体体和外壳等。和外壳等。（1 1）常见的塑料：）常见的塑料：聚乙烯（聚乙烯（PEPE）聚氯乙烯（聚氯乙烯（PVCPVC）聚苯乙烯（聚苯乙烯（PSPS）有机玻璃（有机玻璃（PMMAPMMA）电木塑料；电木塑料；聚氯乙烯产品聚氯乙烯产品聚乙烯塑料薄膜大棚聚乙烯塑料薄膜大棚聚苯乙烯产品聚苯乙烯产品塑料光纤塑料光纤包装膜包装膜PVC高发泡管材高发泡管材有机玻璃有机玻璃（2 2）实验：点燃聚乙烯及聚氯乙烯，观察现象）实验：点燃聚乙烯及聚氯乙烯，观察现象P102P102活动与探究活动与探究实验样品实验样品实实 验验 现现 象象 燃烧情况燃烧情况是否有黑是否有黑烟烟是否有气味是否有气味聚乙烯聚乙烯聚氯乙烯聚氯乙烯易燃易燃不断滴落不断滴落没有气味没有气味不易燃烧不易燃烧大量黑烟大量黑烟产生刺鼻气味产生刺鼻气味解释与结论解释与结论：组组成成元元素素为为C C、H H，生生成成物物为为COCO2 2、H H2 2O O，故故聚聚乙乙烯烯无无毒毒，可用于包装食品。可用于包装食品。组组成成元元素素为为C C、H H、ClCl，生生成成物物除除了了COCO2 2、H H2 2O O外外，还还有有HClHCl或其他含氯物质。故或其他含氯物质。故聚氯乙烯聚氯乙烯有毒，不宜用于包装食品。有毒，不宜用于包装食品。（3 3）塑塑料料的的应应用用带带来来的的负负面面影影响响“白白色色污污染染”（废弃塑料的增加，带来的环境污染）（废弃塑料的增加，带来的环境污染）（4 4）解决）解决“白色污染白色污染”问题：问题：A A尽可能的减少使用塑料制品；尽可能的减少使用塑料制品；B B回收废旧塑料；回收废旧塑料；C C研制和推广可降解塑料研制和推广可降解塑料3 3、合成橡胶：、合成橡胶：P104P104（1 1）向橡胶中添加炭黑，为了增加其耐磨性；）向橡胶中添加炭黑，为了增加其耐磨性；（2 2）向向橡橡胶胶中中添添加加硫硫元元素素，为为了了增增加加其其强强度度，但但会减弱其弹性。会减弱其弹性。（3 3）合合成成橡橡胶胶与与天天然然橡橡胶胶相相比比，优优点点为为良良好好的的弹弹性、绝缘性及耐高温性。性、绝缘性及耐高温性。天然橡胶天然橡胶合成橡胶合成橡胶合成橡胶的用途合成橡胶的用途天然纤维天然纤维合成纤维合成纤维例举例举棉花、羊毛等棉花、羊毛等涤纶（的确良）、锦纶、腈纶涤纶（的确良）、锦纶、腈纶等等性质性质吸水性、吸水性、透气性好透气性好强度高、弹性好、耐磨和耐化强度高、弹性好、耐磨和耐化学腐蚀学腐蚀4 4合成纤维：合成纤维：（1 1）合合成成原原料料：主主要要为为石石油油、煤煤、石灰石、水、空气等；石灰石、水、空气等；（2 2）几种纤维的性质比较实验：）几种纤维的性质比较实验：晴纶晴纶化纤面料化纤面料课本课本P103P103 实验实验11和和 实验实验22性质性质纤维种类纤维种类灼烧情况灼烧情况受酸溶液的受酸溶液的影响影响受碱溶液受碱溶液的影响的影响棉花、麻棉花、麻动物的毛动物的毛化纤布料化纤布料迅速燃烧，产生迅速燃烧，产生黄色火焰，黄色火焰，有烧有烧纸的气味纸的气味，固体，固体剩余物松脆剩余物松脆 燃烧，并产生燃烧，并产生烧烧焦羽毛焦羽毛的气味，的气味，固体剩余物松脆固体剩余物松脆 燃烧时先卷曲、燃烧时先卷曲、融化，后燃烧，融化，后燃烧，冷却后固体剩余冷却后固体剩余物变硬物变硬 变脆变脆几乎无变化几乎无变化几乎无变化几乎无变化稍微膨胀稍微膨胀变脆变脆几乎无变化几乎无变化棉花（天然植物纤维）棉花（天然植物纤维）植物纤维主要是由纤维素组成，在酸性或者碱性溶植物纤维主要是由纤维素组成，在酸性或者碱性溶液中容易水解为葡萄糖液中容易水解为葡萄糖 羊毛线（天然动物纤维）羊毛线（天然动物纤维）动物纤维中含有蛋白质，在碱性溶液中容易被溶解。动物纤维中含有蛋白质，在碱性溶液中容易被溶解。尼龙线（合成纤维）尼龙线（合成纤维）合成纤维耐酸碱溶液的腐蚀合成纤维耐酸碱溶液的腐蚀（3 3）合成纤维的优点与缺点）合成纤维的优点与缺点A A优点：强度高、耐磨、弹性好、耐化学腐蚀性；优点：强度高、耐磨、弹性好、耐化学腐蚀性；B B缺点：吸水性和透水性差缺点：吸水性和透水性差二、二、合成材料合成材料有机高分有机高分子子材料材料 天然纤维天然纤维棉、麻棉、麻 毛、丝毛、丝 合成高分子合成高分子材材料料（简称：（简称：合成材料合成材料）合成纤维合成纤维塑料塑料合成橡胶合成橡胶天然高分子天然高分子材料材料 天然橡胶天然橡胶灼烧，有烧焦羽毛气味灼烧，有烧焦羽毛气味的是毛、丝制品的是毛、丝制品。聚乙烯聚乙烯(C(C、H)H)有机玻璃有机玻璃：电木材料电木材料：聚氯乙烯聚氯乙烯(C(C、H H、ClCl)聚苯乙烯：聚苯乙烯：(涤纶、锦纶、腈纶、尼龙、人造羊毛、渔网涤纶、锦纶、腈纶、尼龙、人造羊毛、渔网)无毒，可包装食品无毒，可包装食品二者鉴别方法：二者鉴别方法：点燃，产生刺激点燃，产生刺激性气味气体的是性气味气体的是聚氯乙烯。聚氯乙烯。废弃塑料造成废弃塑料造成“白色污染白色污染”，解决办法：解决办法：减减少少使使用用塑料制品；塑料制品；回收回收废旧塑料；废旧塑料；研制推广研制推广可降解可降解塑料塑料.不同的材料具有不同的性能；不同的材料具有不同的性能；金属材料金属材料强度大，但不耐腐蚀；强度大，但不耐腐蚀；陶瓷材料陶瓷材料耐高温、但脆性大；耐高温、但脆性大；合成材料合成材料强度大、密度小，但不耐高温。强度大、密度小，但不耐高温。而航天、航空工业需要密度小、耐高温、高强而航天、航空工业需要密度小、耐高温、高强度的特殊材料。那么，怎么才能获得航天工业度的特殊材料。那么，怎么才能获得航天工业所需要的各种特殊材料呢？所需要的各种特殊材料呢？阅读课本阅读课本P105第一自然段第一自然段1 1定定义义：是是将将两两种种或或者者两两种种以以上上的的材材料料复复合合成成一一体而形成的材料，具有更优异的综合性能。体而形成的材料，具有更优异的综合性能。复合材料制成的船体复合材料制成的船体2 2主要集中复合材料主要集中复合材料（1 1）钢筋混凝土：钢筋（金属材料）钢筋混凝土：钢筋（金属材料）和混凝土（无机非金属材料）的复和混凝土（无机非金属材料）的复合材料；合材料；（3 3）玻璃钢：塑料（合成纤维）和玻璃纤维（无机非）玻璃钢：塑料（合成纤维）和玻璃纤维（无机非金属材料）的复合材料；金属材料）的复合材料；（2 2）机动车轮胎：合金钢（金属材料）和合成橡胶）机动车轮胎：合金钢（金属材料）和合成橡胶（合成材料）的复合材料；（合成材料）的复合材料；20082008年年9 9月和月和20112011年年1111月，月，“神舟七号神舟七号”和和“神神舟八号舟八号”飞船分别成功完成太空航行。飞船的制造，飞船分别成功完成太空航行。飞船的制造，需要多种具有特殊性能的复合材料。复合材料通常需要多种具有特殊性能的复合材料。复合材料通常是由搭建作用的基本材料和分散于其中的增强材料是由搭建作用的基本材料和分散于其中的增强材料两部分组成。以金属为基体的金属基复合材料，由两部分组成。以金属为基体的金属基复合材料，由于金属和增强材料的共同作用，使其有强度高、密于金属和增强材料的共同作用，使其有强度高、密度小、耐摩擦、耐高温等性能，成为航天、航空等度小、耐摩擦、耐高温等性能，成为航天、航空等尖端领域的常用材料之一。尖端领域的常用材料之一。基体增强材料应用铝、镁石墨石墨卫星、导弹、飞机的结构卫星、导弹、飞机的结构部件部件镁、钛硼硼天线结构、发电机叶片天线结构、发电机叶片铝、钴金属炭化硅炭化硅高温发动机零件高温发动机零件自来水管：镀锡管自来水管：镀锡管水槽、水龙头：不锈钢水槽、水龙头：不锈钢金属材料金属材料餐台、橱窗：玻璃餐台、橱窗：玻璃墙壁：瓷砖墙壁：瓷砖无机非金属材料无机非金属材料抽油烟机外壳、餐具、抽油烟机外壳、餐具、餐椅：是塑料餐椅：是塑料地毯：是合成纤维地毯：是合成纤维厨房桌台面：是人造大理石厨房桌台面：是人造大理石合成合成材料材料橱门外层：是涂料、漆橱门外层：是涂料、漆复合材料复合材料三、复合三、复合材料材料复合材料：复合材料：将两种或两种以上材料复合将两种或两种以上材料复合成一体而形成的材料。成一体而形成的材料。如：如：钢筋混凝土、钢筋混凝土、机动车机动车轮胎、轮胎、玻璃钢玻璃钢、碳纤维复合材料等碳纤维复合材料等