化学 第4章 材料家族中的元素 第3节 复合材料2 鲁科版必修1 .ppt

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1、第第4章材料家族中的元素章材料家族中的元素第第3节节 复合材料复合材料21.1.了解复合材料的形成和组成部分以及它们的优了解复合材料的形成和组成部分以及它们的优缺点。缺点。（重点）（重点）2.2.知道常见复合材料在生产生活中的应用。知道常见复合材料在生产生活中的应用。玻璃钢材料在我们的生产生活玻璃钢材料在我们的生产生活中有着广泛的应用。采用玻璃钢材中有着广泛的应用。采用玻璃钢材料制造的垃圾桶产品外观鲜艳、抗料制造的垃圾桶产品外观鲜艳、抗老化，太阳暴晒下不变形，收集容老化，太阳暴晒下不变形，收集容量大，无盗用和回收价值。量大，无盗用和回收价值。你知道玻璃钢是如何制成的吗？你知道玻璃钢是如何制成的

2、吗？玻璃钢具有哪些性质？玻璃钢具有哪些性质？“神州八号神州八号”载人飞船载人飞船穿过大气层时，外壳和大穿过大气层时，外壳和大气层摩擦产生几千摄氏度气层摩擦产生几千摄氏度的高温，是什么材料经受的高温，是什么材料经受了这种考验而使飞船安然了这种考验而使飞船安然无恙呢？是金属、陶瓷，无恙呢？是金属、陶瓷，还是塑料？还是塑料？竹、木、茅草、贝壳、骨骼竹、木、茅草、贝壳、骨骼传统复合材料传统复合材料天然复合材料天然复合材料：麻刀（纸筋）石灰、麻刀（纸筋）石灰、土土柸（草秆、粘土）、（草秆、粘土）、钢筋混泥土钢筋混泥土 追根寻缘追根寻缘 【1】木材坚固、耐用，可作为建木材坚固、耐用，可作为建筑材料，它由木

3、质长纤维组成，筑材料，它由木质长纤维组成，靠被称为木质素的物质粘接起来靠被称为木质素的物质粘接起来木质长纤维比较柔软，木质素较木质长纤维比较柔软，木质素较脆，它们各自都不能承受重压，脆，它们各自都不能承受重压，但这两种物质复合后就构成了强但这两种物质复合后就构成了强壮的树干。壮的树干。骨骨肉肉骨骼（骨肉）骨骼（骨肉）粘接作用粘接作用骨架作用骨架作用B-2隐形轰炸机隐形轰炸机B-2隐形轰炸机 除主体结构是钛复合材料外，其它部分均由碳纤维和石墨等复合材料构成，不易反射。碳素跑车碳素跑车碳素笔记本碳素笔记本碳素自行车碳素自行车碳素建筑物碳素建筑物碳素消防衣碳素消防衣碳素隐形轰炸机碳素隐形轰炸机1.1

4、.定义：定义：由两种或两种以上性质不同的材料经特由两种或两种以上性质不同的材料经特殊加工而制成的材料。殊加工而制成的材料。一、复合材料一、复合材料基体基体起粘结作用起粘结作用增强体增强体起骨架作用起骨架作用复合材料复合材料2.2.组成组成注意注意:（1 1）由两种或两种以上的材料组成。（）由两种或两种以上的材料组成。（2 2）特殊）特殊加工不是简单的混合，而是复杂的加工不是简单的混合，而是复杂的物理、化学物理、化学变化。变化。3.3.复合材料的分类复合材料的分类颗粒增强复合材料颗粒增强复合材料夹层增强复合材料夹层增强复合材料纤维增强复合材料纤维增强复合材料（1 1）按基体分类）按基体分类（2

5、2）按增强体的）按增强体的 形状分类形状分类树脂基复合材料树脂基复合材料金属基复合材料金属基复合材料陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料4.4.复合材料的性质复合材料的性质 既保持了原有材料的特点，又使各组分间既保持了原有材料的特点，又使各组分间协同作用，形成了优于原材料的特性。协同作用，形成了优于原材料的特性。请与同学们讨论：下面给出的基体材料和增强材请与同学们讨论：下面给出的基体材料和增强材料经过一定的复合，得到的材料可能具备什么样的料经过一定的复合，得到的材料可能具备什么样的性能。在材料与性能之间建立相应的连线。性能。在材料与性能之间建立相应的连线。【思考与交流思考与交流】复合材料复合材料性能性

6、能金属金属 C C陶瓷陶瓷 SiOSiO2 2合成树脂合成树脂 SiOSiO2 2、AlAl2 2O O3 3、MgOMgO合成树脂合成树脂 C C耐酸碱，化学稳定性好，强耐酸碱，化学稳定性好，强度高，密度小，韧性好度高，密度小，韧性好强度高，抗冲击，绝缘性好，强度高，抗冲击，绝缘性好，耐热温度低于耐热温度低于300300耐高温，强度高，导电性耐高温，强度高，导电性好，导热性好好，导热性好耐耐16001600以上的高温，强度以上的高温，强度高，密度小高，密度小预测预测基体材基体材料的类型料的类型增强体材料增强体材料的化学组成的化学组成二、形形色色的复合材料二、形形色色的复合材料优点：优点：玻璃

7、钢的强度可达到甚至超过合金钢的强度，而玻璃钢的强度可达到甚至超过合金钢的强度，而密度只有钢铁的密度只有钢铁的1/51/5左右；同时，这种材料保持着较好的左右；同时，这种材料保持着较好的耐化学腐蚀性、电绝缘性和机械加工性能，而且又不像耐化学腐蚀性、电绝缘性和机械加工性能，而且又不像普通玻璃那样硬脆。普通玻璃那样硬脆。基体：基体：合成树脂合成树脂增强体：增强体：玻璃纤维玻璃纤维 玻璃钢玻璃钢1.1.生产生产 生活中常用的复合材料生活中常用的复合材料（1 1）玻璃钢）玻璃钢玻璃钢盐酸罐玻璃钢盐酸罐玻璃钢电缆保护管玻璃钢电缆保护管玻璃钢化粪池玻璃钢化粪池玻璃钢电表箱玻璃钢电表箱玻璃钢桌椅玻璃钢桌椅玻璃

8、钢雕塑玻璃钢雕塑玻璃钢制品玻璃钢制品 你经常打羽毛球吗？现在使用的大多是碳素你经常打羽毛球吗？现在使用的大多是碳素球拍，但几年前用的多是铝合金球拍，人们还曾球拍，但几年前用的多是铝合金球拍，人们还曾使用过木制球拍。使用过木制球拍。请与同学们讨论：用于制造碳素球拍的材料请与同学们讨论：用于制造碳素球拍的材料有哪些优越性？它为什么会具有这些优越性？有哪些优越性？它为什么会具有这些优越性？【思考与交流思考与交流】碳纤维复合材料广泛应用于纺织机械和化工机碳纤维复合材料广泛应用于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。械的制造以及医学上人体组织中韧带的制作等。具有韧性好，强度高而质轻的

9、特点。具有韧性好，强度高而质轻的特点。碳纤维碳纤维复合材料复合材料基体：合成树脂基体：合成树脂增强体：碳纤维增强体：碳纤维（2 2）碳纤维复合材料）碳纤维复合材料用途用途：优点：优点：组成：组成：纤维为增强体纤维为增强体金属为基体金属为基体2.2.航空、航天领域中的复合材料航空、航天领域中的复合材料组成组成性能：性能：耐高温、强度高、导电导热性好、不吸湿耐高温、强度高、导电导热性好、不吸湿和不易老化、密度小。和不易老化、密度小。（1 1）机翼、机身、导弹壳体和尾翼的复合材料的组成）机翼、机身、导弹壳体和尾翼的复合材料的组成碳纤维、硼纤维、碳化硅纤碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维和氧化铝纤维等耐热性能

10、维和氧化铝纤维等耐热性能好的纤维好的纤维铝、镁、钛等密度小的金属铝、镁、钛等密度小的金属机翼、机身、导弹壳体和尾翼的复合材料组成机翼、机身、导弹壳体和尾翼的复合材料组成全复合材料全复合材料机身：轻型机的价格，中型机的宽机身：轻型机的价格，中型机的宽敞客舱，客舱内站立高度为敞客舱，客舱内站立高度为1.65米。米。目前商用目前商用飞机上复合材料机上复合材料仅占全机重量的占全机重量的50%，而某些直升机早已达到而某些直升机早已达到90%荷兰计划研发新型荷兰计划研发新型绿色环保飞机绿色环保飞机 外形将酷似飞碟外形将酷似飞碟,另一个设想就是使用复合材料，如另一个设想就是使用复合材料，如纤维增强塑料纤维增

11、强塑料。这种复。这种复合材料合材料强度强度可与金属媲美，而可与金属媲美，而重量重量却比金属轻得多，因此可以却比金属轻得多，因此可以节省燃油节省燃油。中国自研大飞机面临发动机与复合材料两大难题中国自研大飞机面临发动机与复合材料两大难题哥伦比亚号航天飞机坠毁哥伦比亚号航天飞机坠毁 哥伦比亚号在哥伦比亚号在2003年年2月月1日，在代号日，在代号STS-107的第的第28次任务重返次任务重返大气层的阶段中与控制中大气层的阶段中与控制中心失去联系，并且在不久心失去联系，并且在不久後被发现在德克萨斯州上後被发现在德克萨斯州上空爆炸解体，机上空爆炸解体，机上7名太名太空人全数罹难。超高温空空人全数罹难。超

12、高温空气从机体表面缝隙入侵隔气从机体表面缝隙入侵隔热瓦下部，最终造成航天热瓦下部，最终造成航天飞机在返航途中解体坠毁。飞机在返航途中解体坠毁。（2 2）机身隔热复合材料）机身隔热复合材料组成组成陶瓷陶瓷碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维耐高温、韧性好耐高温、韧性好增强体：增强体：基体：基体：性能：性能：航天飞机机身上使用的隔热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陶瓷瓦是由纤维和陶瓷复合而成的材料制成的。在这种复合材料的材料制成的。在这种复合材料中，增强体多为碳纤维、碳化硅中，增强体多为碳纤维、碳化硅纤维或氧化纤维，基体的主要成纤维或氧化纤维，基体的主要

13、成分有氧化铝陶瓷、氧化镁陶瓷、二氧化硅陶瓷、氮化硅陶瓷、分有氧化铝陶瓷、氧化镁陶瓷、二氧化硅陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷等。碳化硅陶瓷等。纤维增强陶瓷保持了陶瓷耐高温的特性，增加了陶瓷纤维增强陶瓷保持了陶瓷耐高温的特性，增加了陶瓷的韧性，使航天飞机能安全地穿越大气层返回地球。的韧性，使航天飞机能安全地穿越大气层返回地球。现在，材料的复合正向着精细化方向发展，出现在，材料的复合正向着精细化方向发展，出现了诸如仿生复合、纳米复合、分子复合、智能复现了诸如仿生复合、纳米复合、分子复合、智能复合等新方法，使得复合材料大家族中增添了许多性合等新方法，使得复合材料大家族中增添了许多性能优异、功能独特的新成

14、员。随着科学技术的进步，能优异、功能独特的新成员。随着科学技术的进步，复合材料展现出不可估量的应用前景。材料科学专复合材料展现出不可估量的应用前景。材料科学专家普遍认为，当前人类已经从合成材料时代进入复家普遍认为，当前人类已经从合成材料时代进入复合材料时代。合材料时代。4 4生生产生活中常用的复合材料生活中常用的复合材料(1)(1)玻璃玻璃钢：以：以 做增做增强强体、体、做基体的做基体的复合材料。复合材料。(2)(2)碳碳纤维增增强强复合材料：在复合材料：在 的基体中加入的基体中加入了了 做增做增强强体，具有体，具有韧性好、性好、强强度高而度高而质轻的特的特点。点。纤维纤维合成树脂合成树脂合成

15、树脂合成树脂碳纤维碳纤维 认识复合材料认识复合材料 形形色色的复合材料形形色色的复合材料 玻璃纤维增强树脂基复合材料玻璃纤维增强树脂基复合材料碳纤维增强树脂基复合材料碳纤维增强树脂基复合材料基基 体体增强体增强体复复合合材材料料生产、生活中常用的复合材料生产、生活中常用的复合材料航空、航天领域中的复合材料航空、航天领域中的复合材料纤维增强金属基复合材料纤维增强金属基复合材料纤维增强陶瓷基复合材料纤维增强陶瓷基复合材料比比较项目目无机非金属材料无机非金属材料金属材料金属材料复合材料复合材料形成形成传统无机非金属无机非金属材料是以含硅物材料是以含硅物质为原料高温原料高温烧制而成的制而成的纯金属材料

16、可由金属金属材料可由金属单质经过形状改形状改变或表面或表面处理而理而成；成；合金由两种或两种以上的合金由两种或两种以上的金属金属(或金属和非金属或金属和非金属)熔合而熔合而成成将两种或两种以将两种或两种以上性上性质不同的材不同的材料料经特殊加工而特殊加工而制成的材料，由制成的材料，由基体和增基体和增强强体体组成成无机非金属材料、金属材料、复合材料有哪些区别？无机非金属材料、金属材料、复合材料有哪些区别？性能性能传统无机非金属材料无机非金属材料大多具有大多具有稳定性定性强强、硬、硬度高、熔点高、度高、熔点高、难溶于溶于水、水、绝缘性好、耐腐性好、耐腐蚀等特点，但等特点，但质脆抗冲脆抗冲击性差；性

17、差；新型无机非金新型无机非金属材料能承受高温，属材料能承受高温，强强度高，具有度高，具有电学特性、学特性、光学特性、生物功能等光学特性、生物功能等特性特性纯金属具有良好的延展金属具有良好的延展性、性、较好的好的导电性和性和导热性，抗腐性，抗腐蚀性能差；性能差；合金具有良好的物理、合金具有良好的物理、化学或机械性能，在化学或机械性能，在许多多方面方面优于各成分金属，如于各成分金属，如硬度大、熔点低等，改硬度大、熔点低等，改变原料的配比以及改原料的配比以及改变生成生成合金的条件等，可以制得合金的条件等，可以制得具有不同性能的合金具有不同性能的合金既保持了原材料既保持了原材料的特点，又使各的特点，又

18、使各组分之分之间协同作同作用，形成了用，形成了优于于原材料的特性。原材料的特性。根据原材料的不根据原材料的不同会表同会表现不同的不同的性能性能实例例传统无机非金属材料无机非金属材料主要有玻璃、水泥、陶主要有玻璃、水泥、陶瓷等；瓷等；新型无机非金新型无机非金属材料包括光属材料包括光导纤维、高温高温结构陶瓷、生物陶构陶瓷、生物陶瓷等瓷等金、金、银、铜、钛等；等；铝合金、合金、钢铁、不不锈钢等等玻璃玻璃钢、碳、碳纤维增增强强复合材复合材料、料、纤维增增强强陶瓷等陶瓷等材料名称材料名称基体基体增增强强体体主要性能主要性能主要用途主要用途玻璃玻璃钢合成合成树脂脂玻璃玻璃纤维强强度高，密度小，耐度高，密度

19、小，耐化学腐化学腐蚀，绝缘性和性和机械加工性能好机械加工性能好娱乐设施、运施、运输罐、罐、电话亭、亭、餐桌椅等餐桌椅等碳碳纤维增增强强复合材料复合材料合成合成树脂脂碳碳纤维韧性好，性好，强强度高，度高，质轻高高尔尔夫球杆、夫球杆、球拍、球拍、钓鱼竿、竿、赛车等等常见复合材料有哪些？常见复合材料有哪些？航空复合材料航空复合材料金属金属最广泛的是碳最广泛的是碳纤维，还有硼有硼纤维、碳化硅碳化硅纤维和氧和氧化化铝纤维等等耐高温，耐高温，强强度度高，高，导电性好，性好，不吸湿和不易不吸湿和不易老化老化飞机、火箭的机翼机、火箭的机翼和机身，和机身，导弹的壳的壳体、尾翼体、尾翼航天复合材料航天复合材料陶瓷

20、陶瓷多多为碳碳纤维、碳、碳化硅化硅纤维或氧化或氧化硅硅纤维耐高温，耐高温，韧性性强强航天航天飞机机身机机身同步练习同步练习1.硅酸盐材料是传统无机非金属材料硅酸盐材料是传统无机非金属材料,下列属于硅酸盐产品的是下列属于硅酸盐产品的是()玻璃玻璃陶瓷陶瓷石英玻璃石英玻璃硅芯片硅芯片砖瓦砖瓦水泥水泥A.B.C.D.解析：玻璃、水泥、陶瓷、砖瓦的主要成分均为硅酸盐玻璃、水泥、陶瓷、砖瓦的主要成分均为硅酸盐;石英玻石英玻璃的主要成分为璃的主要成分为SiO2;硅芯片的主要成分为高纯度硅硅芯片的主要成分为高纯度硅,故应选故应选。C2.下列有关材料的叙述中不正确的是下列有关材料的叙述中不正确的是()A.传统

21、无机非金属材料具有耐高温、抗腐无机非金属材料具有耐高温、抗腐蚀、耐冲、耐冲击的的优点点B.玻璃是常玻璃是常见的硅酸的硅酸盐材料材料C.唐三彩、砂唐三彩、砂锅、蒸、蒸发皿都属于陶瓷制品皿都属于陶瓷制品D.玻璃、水泥均无固定的熔点玻璃、水泥均无固定的熔点解析：A项,耐高温、抗腐蚀、耐冲击是新型无机非金属材料的优点,A项不正确。A3.以Y2O3、BaCO3、CuO为原料,经研磨烧结可合成一种高温超导物质YBa2Cu3Ox。现欲合成0.5 mol此物质,理论上需取Y2O3、BaCO3、CuO的物质的量(mol)分别是()A.0.500.500.50B.0.501.01.5C.0.251.01.5D.1

22、.00.250.17解析：根据化学式“YBa2Cu3Ox”可知,欲合成0.5 mol该物质需0.5 mol Y、1 mol Ba、1.5 mol Cu,故需0.25 mol Y2O3、1.0 mol BaCO3、1.5 mol CuO。C4下列物下列物质属于复合材料的是属于复合材料的是()A玻璃玻璃 B生物陶瓷生物陶瓷C光光导纤维 D玻璃玻璃钢解析：解析：玻璃钢是一种以玻璃纤维做增强体、合成树脂做基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，而玻璃、生物陶瓷、光导纤维均为无机非金属体的复合材料，而玻璃、生物陶瓷、光导纤维均为无机非金属材料。材料。D5下列关于复合材料的下列关于复合

23、材料的说法不正确的是法不正确的是()A复合材料一定是由两种或两种以上材料制成的复合材料一定是由两种或两种以上材料制成的B复合材料既保持了原有材料的特点，又有复合材料既保持了原有材料的特点，又有优于原材料于原材料的特性的特性C在复合材料中，基体起骨架作用在复合材料中，基体起骨架作用D在复合材料中，增在复合材料中，增强强体起骨架作用体起骨架作用解析：解析：复合材料中一定含有两种或两种以上的材料，这复合材料中一定含有两种或两种以上的材料，这两种或两种以上的材料必须是性质不同的材料。在复合材料中两种或两种以上的材料必须是性质不同的材料。在复合材料中起骨架作用的是增强体，起黏结作用的是基体。起骨架作用的

24、是增强体，起黏结作用的是基体。C6.6.复合材料中往往由一种材料作为基体，另一复合材料中往往由一种材料作为基体，另一种材料作（种材料作（）A.A.增塑剂增塑剂 B.B.发泡剂发泡剂 C.C.防老剂防老剂 D.D.增强体增强体D D7.7.下列关于复合材料的说法正确的是（下列关于复合材料的说法正确的是（）A.A.将不同性质的材料经简单混合便成复合材料将不同性质的材料经简单混合便成复合材料B.B.合金就是复合材料合金就是复合材料C.C.复合材料中的各部分作用相同复合材料中的各部分作用相同D.D.复合材料是两种或两种以上不同性质的材料经复合材料是两种或两种以上不同性质的材料经特殊加工而制成的特殊加工而制成的D D8.8.碳纤维增强复合材料是在合成树脂的基体中加入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作增强体，具有韧性好，强度高而质轻的了碳纤维作增强体，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（特点，下列物质中可用其制造的是（）A.A.游乐车，游乐船游乐车，游乐船 B.B.电话亭，餐桌椅电话亭，餐桌椅C.C.网球拍，钓鱼竿网球拍，钓鱼竿 D.D.航天飞机用隔热瓦航天飞机用隔热瓦C C2012年2月28日本课结束