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

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第4章 第3節(jié) 復(fù)合材料 【本講教育信息】 一. 教學(xué)內(nèi)容： 第4章 第3節(jié) 復(fù)合材料 二. 教學(xué)目的 1、了解復(fù)合材料的形成和組成部分 2、體會(huì)物質(zhì)的元素組成與材料性能的關(guān)系 3、能列舉幾種常見(jiàn)的復(fù)合材料及其在生產(chǎn)、生活中的重要應(yīng)用…… 三. 教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn) 復(fù)合材料的組成 四. 知識(shí)分析 科學(xué)技術(shù)是人類文明進(jìn)步的基本推動(dòng)力。20世紀(jì)的歷史表明：科學(xué)技術(shù)的發(fā)展常常會(huì)超乎我們的想像，但科學(xué)技術(shù)的發(fā)展又離不開(kāi)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(shù)是技術(shù)的基礎(chǔ)，它是文明大廈的基石，它包括對(duì)超導(dǎo)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(kāi)發(fā)和利用。 運(yùn)動(dòng)員在登山時(shí)用的保險(xiǎn)繩、滑雪時(shí)用的滑雪板及釣魚(yú)竿上的漁線等這些小巧、靈活而強(qiáng)度高的東西是用什么材料構(gòu)成的呢？ （一）認(rèn)識(shí)復(fù)合材料 1、材料科學(xué)的發(fā)展過(guò)程 材料科學(xué)的發(fā)展經(jīng)歷了天然材料、無(wú)機(jī)非金屬材料、金屬材料、有機(jī)合成材料、復(fù)合材料這五個(gè)過(guò)程。 其中，無(wú)機(jī)非金屬材料主要包括陶瓷材料、玻璃材料、無(wú)機(jī)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(dú)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(wú)機(jī)非金屬材料。而半導(dǎo)體材料、超硬耐高溫材料、發(fā)光材料等是新型無(wú)機(jī)非金屬材料。 2、復(fù)合材料的定義及組成 復(fù)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(fù)合材料由兩部分組成，一部分稱為基體，在復(fù)合材料中起黏結(jié)作用；另一部分稱為增強(qiáng)體，在復(fù)合材料中起骨架作用。 3、復(fù)合材料的分類 按基體分類，可分為樹(shù)脂基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料和陶瓷基復(fù)合材料。 按增強(qiáng)體分，可分為顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料、夾層增強(qiáng)復(fù)合材料和纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。 發(fā)展較快、應(yīng)用較廣的是纖維做增強(qiáng)體的復(fù)合材料。 4、復(fù)合材料的特點(diǎn) 單一材料的優(yōu)缺點(diǎn)如下： 材料 實(shí)例 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 金屬材料 鋼鐵 硬度大、機(jī)械性能好 易被腐蝕 無(wú)機(jī)非金屬材料 普通玻璃 性質(zhì)穩(wěn)定、熔點(diǎn)高 易破碎 有機(jī)合成材料 塑料 強(qiáng)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(fù)合材料既保持了原有材料的特點(diǎn)，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(diǎn)都可以通過(guò)復(fù)合的方法予以改善和克服。 （二）形形色色的復(fù)合材料 1、生產(chǎn)、生活中的復(fù)合材料 （1）玻璃鋼 玻璃鋼是一種以玻璃纖維做增強(qiáng)體、合成樹(shù)脂做基體的復(fù)合材料。 在制造玻璃鋼時(shí)，可以將玻璃纖維制成紗或織物加到合成樹(shù)脂中，也可以把玻璃纖維切成短纖維加到合成樹(shù)脂中。除了普通玻璃纖維外，還可以根據(jù)需要選用耐化學(xué)腐蝕、耐高溫或強(qiáng)度高的特種玻璃纖維做玻璃鋼的增強(qiáng)體。 玻璃鋼的強(qiáng)度可以達(dá)到甚至超過(guò)合金鋼的強(qiáng)度，而密度只有鋼鐵的1/5左右，同時(shí)，這種材料保持著較好的耐化學(xué)腐蝕、電絕緣性和機(jī)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(lè)車、水上滑梯、運(yùn)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(qiáng)度高、耐水、耐磨、耐撞、產(chǎn)品美觀及制造方便等特點(diǎn)。此外，玻璃鋼在排水管道工程中也得到了廣泛的應(yīng)用。 （2）碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料 在合成樹(shù)脂中加入碳纖維做增強(qiáng)體的復(fù)合材料叫做碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。其特點(diǎn)是韌性好，強(qiáng)度高，質(zhì)輕。碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料被廣泛用于制造高爾夫球桿、網(wǎng)球拍、釣魚(yú)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(jī)械和化工機(jī)械的制造，以及醫(yī)學(xué)上人體組織中韌帶的制作等。 2、航空、航天領(lǐng)域中的復(fù)合材料 飛機(jī)、火箭的機(jī)翼和機(jī)身以及導(dǎo)彈的殼體、尾翼中的復(fù)合材料大多以纖維為增強(qiáng)體、金屬為基體的復(fù)合材料作為增強(qiáng)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(diǎn)是耐高溫、強(qiáng)度高、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性好，不吸濕，不易老化。 航天飛機(jī)機(jī)身上使用的隔熱陶瓷瓦是由纖維和陶瓷復(fù)合而成的材料制成，其增強(qiáng)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(qiáng)陶瓷保持了陶瓷耐高溫的特性，又增強(qiáng)了陶瓷的韌性，使航天飛機(jī)能安全地穿越大氣層返回地球。 【典型例題】 例題1. 下列關(guān)于復(fù)合材料的說(shuō)法正確的是（ ） A. 將不同性質(zhì)的材料經(jīng)簡(jiǎn)單混合便成復(fù)合材料 B. 合金就是復(fù)合材料 C. 復(fù)合材料中的各部分作用相同 D. 復(fù)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(fù)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(jiǎn)單的混合。復(fù)合材料的兩部分作用是不同的，基體起連接作用，增強(qiáng)體起骨架作用。 點(diǎn)評(píng)：本題考查復(fù)合材料的概念，它不同于混合物、不同于合金。 例題2. 對(duì)下列材料的特征及用途的說(shuō)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(qiáng)度低 B. 光導(dǎo)纖維傳導(dǎo)光的能力很強(qiáng)，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(jī) D. 玻璃鋼強(qiáng)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(xì)如絲，但其拉伸強(qiáng)度大，其拉伸強(qiáng)度接近于鋼。顯然A項(xiàng)錯(cuò)誤。 點(diǎn)評(píng)：玻璃纖維不同于植物纖維，是一種高強(qiáng)度的新型材料。 例題3. 復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)是（ ） ①?gòu)?qiáng)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(fù)合材料既能保持原來(lái)材料的長(zhǎng)處，又能彌補(bǔ)它們的不足，具有強(qiáng)度高，質(zhì)量輕，耐高溫，耐腐蝕等特性。 點(diǎn)評(píng)：復(fù)合材料繼承了原來(lái)天然材料、無(wú)機(jī)非金屬材料、金屬材料、有機(jī)合成材料等優(yōu)點(diǎn)，極大改善了材料各種性能。 例題4. 下列對(duì)玻璃鋼的敘述正確的是（ ） A. 玻璃鋼是由普通玻璃加強(qiáng)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(qiáng)體的復(fù)合材料 C. 玻璃鋼的基體是合成樹(shù)脂，增強(qiáng)體是玻璃纖維 D. 玻璃的強(qiáng)度和機(jī)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(fù)合材料的基體組成結(jié)構(gòu)和性能特征，應(yīng)對(duì)復(fù)合材料的基體和增強(qiáng)體的功能有清楚的認(rèn)識(shí)，需通過(guò)分析各組與復(fù)合材料在性能上的關(guān)系，進(jìn)行比較判斷，方能得出結(jié)論。故答案是C。 點(diǎn)評(píng)：本題全面考查玻璃鋼的概念、性能。