2019-2020年高一化学元素与材料世界 复合材料.doc

2019-2020年高一化学元素与材料世界 复合材料一. 教学内容： 第4章 第3节 复合材料二. 教学目的1、了解复合材料的形成和组成部分2、体会物质的元素组成与材料性能的关系3、能列举几种常见的复合材料及其在生产、生活中的重要应用三. 教学重点、难点复合材料的组成四. 知识分析科学技术是人类文明进步的基本推动力。20世纪的历史表明：科学技术的发展常常会超乎我们的想像，但科学技术的发展又离不开我们的想像。人类正面临着新科技革命的挑战。而新材料技术是技术的基础，它是文明大厦的基石，它包括对超导材料、高温材料、人工合成材料、陶瓷材料、非晶态材料、单晶材料、纤维材料、高性能材料等的开发和利用。 运动员在登山时用的保险绳、滑雪时用的滑雪板及钓鱼竿上的渔线等这些小巧、灵活而强度高的东西是用什么材料构成的呢？（一）认识复合材料1、材料科学的发展过程材料科学的发展经历了天然材料、无机非金属材料、金属材料、有机合成材料、复合材料这五个过程。 其中，无机非金属材料主要包括陶瓷材料、玻璃材料、无机非金属涂层材料等。此类材料一般耐高温、抗腐蚀，有些材料还有独特的光电特性。硅酸盐材料主要指水泥、玻璃、陶瓷等，是传统的无机非金属材料。而半导体材料、超硬耐高温材料、发光材料等是新型无机非金属材料。2、复合材料的定义及组成复合材料是将两种或两种以上性质不同的材料经特殊加工而制成的。复合材料由两部分组成，一部分称为基体，在复合材料中起黏结作用；另一部分称为增强体，在复合材料中起骨架作用。3、复合材料的分类 按基体分类，可分为树脂基复合材料、金属基复合材料和陶瓷基复合材料。 按增强体分，可分为颗粒增强复合材料、夹层增强复合材料和纤维增强复合材料。 发展较快、应用较广的是纤维做增强体的复合材料。4、复合材料的特点单一材料的优缺点如下：材料实例优点缺点金属材料钢铁硬度大、机械性能好易被腐蚀无机非金属材料普通玻璃性质稳定、熔点高易破碎有机合成材料塑料强度大、电绝缘，良好的热塑性、热固性易燃烧、易老化，废弃后不易分解复合材料既保持了原有材料的特点，又使各组分之间协同作用，形成了优于原材料的特性。单一材料的缺点都可以通过复合的方法予以改善和克服。（二）形形色色的复合材料1、生产、生活中的复合材料（1）玻璃钢玻璃钢是一种以玻璃纤维做增强体、合成树脂做基体的复合材料。在制造玻璃钢时，可以将玻璃纤维制成纱或织物加到合成树脂中，也可以把玻璃纤维切成短纤维加到合成树脂中。除了普通玻璃纤维外，还可以根据需要选用耐化学腐蚀、耐高温或强度高的特种玻璃纤维做玻璃钢的增强体。 玻璃钢的强度可以达到甚至超过合金钢的强度，而密度只有钢铁的1/5左右，同时，这种材料保持着较好的耐化学腐蚀、电绝缘性和机械加工性能，而且又不像普通玻璃那样硬、脆。玻璃钢目前以大量用于游乐车、水上滑梯、运输罐、电话亭、餐桌椅等产品的生产。这些产品充分发挥了玻璃钢重量轻、强度高、耐水、耐磨、耐撞、产品美观及制造方便等特点。此外，玻璃钢在排水管道工程中也得到了广泛的应用。（2）碳纤维增强复合材料在合成树脂中加入碳纤维做增强体的复合材料叫做碳纤维增强复合材料。其特点是韧性好，强度高，质轻。碳纤维增强复合材料被广泛用于制造高尔夫球杆、网球拍、钓鱼竿、赛车、赛艇、滑雪板和冲浪板等体育用品，也广泛用在纺织机械和化工机械的制造，以及医学上人体组织中韧带的制作等。2、航空、航天领域中的复合材料 飞机、火箭的机翼和机身以及导弹的壳体、尾翼中的复合材料大多以纤维为增强体、金属为基体的复合材料作为增强体的纤维是碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维和氧化铝纤维等耐热性好的纤维，作为基体的金属用得较多的是铝、镁、钛等密度小的轻金属。这类材料的特点是耐高温、强度高、导电性和导热性好，不吸湿，不易老化。 航天飞机机身上使用的隔热陶瓷瓦是由纤维和陶瓷复合而成的材料制成，其增强体多为碳纤维、碳化硅纤维和氧化硅纤维；基体的主要成分是各种陶瓷。这种纤维增强陶瓷保持了陶瓷耐高温的特性，又增强了陶瓷的韧性，使航天飞机能安全地穿越大气层返回地球。【典型例题】例题1. 下列关于复合材料的说法正确的是（ ）A. 将不同性质的材料经简单混合便成复合材料B. 合金就是复合材料C. 复合材料中的各部分作用相同D. 复合材料两种或两种以上不同性质的材料经特殊加工而制成的答案： D解析：复合材料两种或两种以上不同性质的材料经特殊加工而制成的，并不是简单的混合。复合材料的两部分作用是不同的，基体起连接作用，增强体起骨架作用。点评：本题考查复合材料的概念，它不同于混合物、不同于合金。例题2. 对下列材料的特征及用途的说法不正确的是（ ）A. 玻璃纤维柔软如丝，可像棉纱一样纺织，但拉伸强度低B. 光导纤维传导光的能力很强，是非常好的通讯材料C. 氮化硅陶瓷耐高温且不易传热，可用于制造柴油机D. 玻璃钢强度高，密度小，耐腐蚀，可用于废水处理系统的管道答案： A 解析：玻璃纤维虽然极细如丝，但其拉伸强度大，其拉伸强度接近于钢。显然A项错误。点评：玻璃纤维不同于植物纤维，是一种高强度的新型材料。例题3. 复合材料的优点是（ ）强度高 质量轻 耐高温 耐腐蚀A. 仅 B. 仅 C. 除外D. 答案：D解析： 复合材料既能保持原来材料的长处，又能弥补它们的不足，具有强度高，质量轻，耐高温，耐腐蚀等特性。点评：复合材料继承了原来天然材料、无机非金属材料、金属材料、有机合成材料等优点，极大改善了材料各种性能。例题4. 下列对玻璃钢的叙述正确的是（ ） A. 玻璃钢是由普通玻璃加强热然后骤冷而得到的，所以其成分与普通玻璃相同 B. 玻璃钢是以玻璃为基体，钢纤维做增强体的复合材料 C. 玻璃钢的基体是合成树脂，增强体是玻璃纤维 D. 玻璃的强度和机械加工性能比合金钢稍差，但耐腐蚀性和绝缘性比合金钢好 答案： C 解析：该题主要考查玻璃钢这种复合材料的基体组成结构和性能特征，应对复合材料的基体和增强体的功能有清楚的认识，需通过分析各组与复合材料在性能上的关系，进行比较判断，方能得出结论。故答案是C。点评：本题全面考查玻璃钢的概念、性能。【模拟试题】一、选择题（每题有1或2个正确答案）1. 随着社会的发展，复合材料是一种新型的有前途的发展材料。目前复合材料最主要的应用领域是（ ）A. 高分子分离膜B. 人类的人工器官C. 宇宙航空工业D. 新型药物2. 下列复合材料的类别中，有一种与其他三种不同，这一种是（）A金属基复合材料B. 树脂基复合材料C. 颗粒增强复合材料D. 绝缘基复合材料3. 航天飞机机身上使用的隔热陶瓷瓦是（ ）A. 仿生复合材料B. 陶瓷和纤维复合而成的材料C. 纳米复合材料D. 分子复合材料4. 飞机，火箭的机翼和机身以及导弹的壳体，尾翼中的复合材料是（ ）A. 金属基复合材料B. 树脂基复合材料 C. 绝缘基复合材料D. 智能复合材料5. 纤维复合材料中的增强体为纤维状，其中应用比较广泛的有碳纤维，玻璃纤维等。对纤维的说法中，不正确的是（ ）A. 玻璃在一定条件下拉成极细的丝，可用于纺织宇航服等，但其拉伸强度却接近同强度的钢 B. 玻璃纤维易断，不能用于纺织 C. 碳纤维化学性能好，耐酸碱腐蚀，有良好的耐低温性能 D. 氧化铝、氧化硅、碳化硼等也可拉成纤维，做复合材料的增强体6. 据报道，目前射程最远的导弹是俄罗斯的“白杨一号”，正是复合材料的使用使导弹的射程更远。 复合材料使导弹射程有了更大提高的原因是（ ）A. 复合材料的使用可以使导弹能承受超高温B. 复合材料的使用可以使导弹能质量变轻C. 复合材料的使用可以使导弹能承受超高强度的改变D. 复合材料的使用可以使导弹能承受温度的剧烈变化7. 下列产品或材料属于复合材料的是（ ） 玻璃钢 采用碳纤维增强复合材料制的钓鱼竿 飞机机身 航天飞机隔热陶瓷片 纳米高分子复合材料 A. B. C. D. 全部8. 碳纤维增强复合材料是在合成树脂的基体中加入了碳纤维做增强体，具有韧性好，强度高而质轻的特点，下列物质中可用其制造的是（ ） A. 游乐车，游乐船B. 电话亭，餐桌椅 C. 网球排，钓鱼竿D. 飞机用隔热瓦9. 复合材料制成的防弹头盔能抵御多种手枪子弹的射击，最大限度的保护使用人员的安全，这利用了复合材料的（ ） A. 高强质轻 B. 耐热抗高温C. 耐腐蚀稳定性好D. 导电导热性好10. 美国的哥伦比亚号航天飞机在制造过程中应用了大量的先进复合材料，其中被覆在整个机身上的防热瓦片，使航天飞机能安全穿越大气层，是耐高温的（ ） A. 陶瓷基复合材料 B. 碳纤维复合材料 C. 玻璃钢 D. 金属基复合材料二、填空题11. 普通玻璃、普通钢和玻璃钢是三种不同的材料，它们在性能方面差别很大。请根据学过的知识，完成下面的表格。12. 完成下面表格，体会复合材料与合金的异同。参考答案一、选择题（每题有1或2个正确答案）1. C2. C3. B4. A5. B6. BC7. D8. C9. A10. A 二、填空题11. 普通玻璃普通钢玻璃钢主要组成元素或物质Na2SiO3、CaSiO3、SiO2Fe、C、Mn、Si等玻璃纤维和合成树脂材料类别无机非金属材料合金复合材料性质特点无固定熔点、易软化、易破碎坚硬、有韧性、有弹性重量轻、强度高、耐水、耐磨、耐腐蚀、产品美观用途窗玻璃、玻璃器皿等机器零件、刀具建筑工业、化工生产、医疗器械制造船体、汽车车身、印刷电路板、排水管道12.举例复合材料合金成分玻璃钢：玻璃纤维和合成树脂碳纤维：合成树脂和碳纤维铝加入其它元素如：Cu、Mg、Si、Zn、Li用途船体、汽车车身、排水管道、纺织、机械、化工机械、宇宙工业等铝合金建筑业、容器和包装业、交通运输、以及电子行业、飞机构件等