2018年高中化學 第四章 元素與材料世界 第3節(jié) 復合材料學案 魯科版必修1.doc

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第4章 第3節(jié) 復合材料 【本講教育信息】 一. 教學內(nèi)容： 第4章 第3節(jié) 復合材料 二. 教學目的 1、了解復合材料的形成和組成部分 2、體會物質(zhì)的元素組成與材料性能的關系 3、能列舉幾種常見的復合材料及其在生產(chǎn)、生活中的重要應用…… 三. 教學重點、難點 復合材料的組成 四. 知識分析 科學技術是人類文明進步的基本推動力。20世紀的歷史表明：科學技術的發(fā)展常常會超乎我們的想像，但科學技術的發(fā)展又離不開我們的想像。人類正面臨著新科技革命的挑戰(zhàn)。而新材料技術是技術的基礎，它是文明大廈的基石，它包括對超導材料、高溫材料、人工合成材料、陶瓷材料、非晶態(tài)材料、單晶材料、纖維材料、高性能材料等的開發(fā)和利用。 運動員在登山時用的保險繩、滑雪時用的滑雪板及釣魚竿上的漁線等這些小巧、靈活而強度高的東西是用什么材料構(gòu)成的呢？ （一）認識復合材料 1、材料科學的發(fā)展過程 材料科學的發(fā)展經(jīng)歷了天然材料、無機非金屬材料、金屬材料、有機合成材料、復合材料這五個過程。 其中，無機非金屬材料主要包括陶瓷材料、玻璃材料、無機非金屬涂層材料等。此類材料一般耐高溫、抗腐蝕，有些材料還有獨特的光電特性。硅酸鹽材料主要指水泥、玻璃、陶瓷等，是傳統(tǒng)的無機非金屬材料。而半導體材料、超硬耐高溫材料、發(fā)光材料等是新型無機非金屬材料。 2、復合材料的定義及組成 復合材料是將兩種或兩種以上性質(zhì)不同的材料經(jīng)特殊加工而制成的。 復合材料由兩部分組成，一部分稱為基體，在復合材料中起黏結(jié)作用；另一部分稱為增強體，在復合材料中起骨架作用。 3、復合材料的分類 按基體分類，可分為樹脂基復合材料、金屬基復合材料和陶瓷基復合材料。 按增強體分，可分為顆粒增強復合材料、夾層增強復合材料和纖維增強復合材料。 發(fā)展較快、應用較廣的是纖維做增強體的復合材料。 4、復合材料的特點 單一材料的優(yōu)缺點如下： 材料 實例 優(yōu)點 缺點 金屬材料 鋼鐵 硬度大、機械性能好 易被腐蝕 無機非金屬材料 普通玻璃 性質(zhì)穩(wěn)定、熔點高 易破碎 有機合成材料 塑料 強度大、電絕緣，良好的熱塑性、熱固性 易燃燒、易老化，廢棄后不易分解 復合材料既保持了原有材料的特點，又使各組分之間協(xié)同作用，形成了優(yōu)于原材料的特性。單一材料的缺點都可以通過復合的方法予以改善和克服。 （二）形形色色的復合材料 1、生產(chǎn)、生活中的復合材料 （1）玻璃鋼 玻璃鋼是一種以玻璃纖維做增強體、合成樹脂做基體的復合材料。 在制造玻璃鋼時，可以將玻璃纖維制成紗或織物加到合成樹脂中，也可以把玻璃纖維切成短纖維加到合成樹脂中。除了普通玻璃纖維外，還可以根據(jù)需要選用耐化學腐蝕、耐高溫或強度高的特種玻璃纖維做玻璃鋼的增強體。 玻璃鋼的強度可以達到甚至超過合金鋼的強度，而密度只有鋼鐵的1/5左右，同時，這種材料保持著較好的耐化學腐蝕、電絕緣性和機械加工性能，而且又不像普通玻璃那樣硬、脆。玻璃鋼目前以大量用于游樂車、水上滑梯、運輸罐、電話亭、餐桌椅等產(chǎn)品的生產(chǎn)。這些產(chǎn)品充分發(fā)揮了玻璃鋼重量輕、強度高、耐水、耐磨、耐撞、產(chǎn)品美觀及制造方便等特點。此外，玻璃鋼在排水管道工程中也得到了廣泛的應用。 （2）碳纖維增強復合材料 在合成樹脂中加入碳纖維做增強體的復合材料叫做碳纖維增強復合材料。其特點是韌性好，強度高，質(zhì)輕。碳纖維增強復合材料被廣泛用于制造高爾夫球桿、網(wǎng)球拍、釣魚竿、賽車、賽艇、滑雪板和沖浪板等體育用品，也廣泛用在紡織機械和化工機械的制造，以及醫(yī)學上人體組織中韌帶的制作等。 2、航空、航天領域中的復合材料 飛機、火箭的機翼和機身以及導彈的殼體、尾翼中的復合材料大多以纖維為增強體、金屬為基體的復合材料作為增強體的纖維是碳纖維、硼纖維、碳化硅纖維和氧化鋁纖維等耐熱性好的纖維，作為基體的金屬用得較多的是鋁、鎂、鈦等密度小的輕金屬。這類材料的特點是耐高溫、強度高、導電性和導熱性好，不吸濕，不易老化。 航天飛機機身上使用的隔熱陶瓷瓦是由纖維和陶瓷復合而成的材料制成，其增強體多為碳纖維、碳化硅纖維和氧化硅纖維；基體的主要成分是各種陶瓷。這種纖維增強陶瓷保持了陶瓷耐高溫的特性，又增強了陶瓷的韌性，使航天飛機能安全地穿越大氣層返回地球。 【典型例題】 例題1. 下列關于復合材料的說法正確的是（ ） A. 將不同性質(zhì)的材料經(jīng)簡單混合便成復合材料 B. 合金就是復合材料 C. 復合材料中的各部分作用相同 D. 復合材料兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料經(jīng)特殊加工而制成的 答案： D 解析：復合材料兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料經(jīng)特殊加工而制成的，并不是簡單的混合。復合材料的兩部分作用是不同的，基體起連接作用，增強體起骨架作用。 點評：本題考查復合材料的概念，它不同于混合物、不同于合金。 例題2. 對下列材料的特征及用途的說法不正確的是（ ） A. 玻璃纖維柔軟如絲，可像棉紗一樣紡織，但拉伸強度低 B. 光導纖維傳導光的能力很強，是非常好的通訊材料 C. 氮化硅陶瓷耐高溫且不易傳熱，可用于制造柴油機 D. 玻璃鋼強度高，密度小，耐腐蝕，可用于廢水處理系統(tǒng)的管道 答案： A 解析：玻璃纖維雖然極細如絲，但其拉伸強度大，其拉伸強度接近于鋼。顯然A項錯誤。 點評：玻璃纖維不同于植物纖維，是一種高強度的新型材料。 例題3. 復合材料的優(yōu)點是（ ） ①強度高 ②質(zhì)量輕 ③耐高溫 ④耐腐蝕 A. 僅 ①④ B. 僅 ②③ C. 除③外 D. ①②③④ 答案：D 解析： 復合材料既能保持原來材料的長處，又能彌補它們的不足，具有強度高，質(zhì)量輕，耐高溫，耐腐蝕等特性。 點評：復合材料繼承了原來天然材料、無機非金屬材料、金屬材料、有機合成材料等優(yōu)點，極大改善了材料各種性能。 例題4. 下列對玻璃鋼的敘述正確的是（ ） A. 玻璃鋼是由普通玻璃加強熱然后驟冷而得到的，所以其成分與普通玻璃相同 B. 玻璃鋼是以玻璃為基體，鋼纖維做增強體的復合材料 C. 玻璃鋼的基體是合成樹脂，增強體是玻璃纖維 D. 玻璃的強度和機械加工性能比合金鋼稍差，但耐腐蝕性和絕緣性比合金鋼好 答案： C 解析：該題主要考查玻璃鋼這種復合材料的基體組成結(jié)構(gòu)和性能特征，應對復合材料的基體和增強體的功能有清楚的認識，需通過分析各組與復合材料在性能上的關系，進行比較判斷，方能得出結(jié)論。故答案是C。 點評：本題全面考查玻璃鋼的概念、性能。