高中化学 专题四 材料加工与性能优化 第三单元 复合材料的制造学案 苏教版选修2.doc

第三单元复合材料的制造1知道什么是复合材料，认识复合材料是新材料一个重要的发展方向。2了解复合材料的分类、组成与性能特点，了解其应用。据美国时代周刊报道，2010年时代周刊揭晓了“50个最佳发明”，其中一项发明为马丁喷气背包。马丁喷气背包的自我定位是世界上第一款实用的喷气背包它就像是空中“速易洁”(清洁产品品牌)。新西兰设计师格伦马丁花费近30年心血发明了这款喷气背包。但马丁喷气背包看上去并不实用：它将两个巨大的鼓风机焊接在一起，绑在安全带上面；碳纤维合成材料框架里面有一台以汽油为燃料的发动机，驱动两台用碳纤维与凯夫拉尔纤维材料制造的转子。从理论上讲，马丁喷气背包可以将使用者送上距地面约为2 430米的高空。由于只能放下够飞30分钟的燃料，你当然不能在空中多做逗留。据悉，马丁喷气背包售价在10万美元左右，实地测试将从2011年开始。一、复合材料的组成通常复合材料由基体材料和分散于其中的增强材料两部分组成。例如混凝土中的水和水泥是基体材料，沙和砾石则是增强材料。玻璃钢是用酚醛树脂作为基体材料，玻璃纤维作为增强材料，由酚醛树脂把玻璃纤维一层一层黏结而成的。二、常见复合材料的制造1钢筋混凝土钢筋混凝土是最常见的复合材料。混凝土以钢筋为结构，形成最常见的建筑用复合材料钢筋混凝土。2搪瓷搪瓷也是常见的复合材料，是金属与无机材料结合而成的复合材料。它是在金属表面涂上类似于玻璃的瓷釉，在高温下烧结而成的。它的基体材料是钢板、铁、铝、铜、银等金属材料制成的胚体，外层有瓷釉。三、应用广泛的纤维增强复合材料1碳纤维增强酚醛树脂碳纤维增强酚醛树脂的耐热性好，可作为宇宙飞行器外表面的防热层、火箭喷嘴等。2碳化硅纤维增强铝复合材料碳化硅纤维增强铝复合材料的密度只有钢的1/3，钛的2/3，与铝相近；强度比中碳钢好，与钛相近，比铝略高；耐磨性也比钛、铝好，现已经批量应用于汽车工业和机械工业。3纤维增强陶瓷用纤维增强陶瓷做成的瓦片粘贴在航天飞机的机身上，使航天飞机能安全穿越大气层返回地球。思考：如何理解复合材料？提示：复合材料是由金属材料、陶瓷材料或高分子材料等两种或两种以上的材料经过复合工艺而制备的多相材料。复合材料由连续相的基体和被基体包容的增强体组成，如玻璃钢就是由玻璃纤维作增强体，合成树脂作基体的复合材料。一、复合材料的分类1聚合物基复合材料主要是指纤维增强聚合物材料。如将碳纤维包埋在环氧树脂中使复合材料强度增加，用于制造网球拍、高尔夫球棍和滑雪橇等。玻璃纤维复合材料是玻璃纤维与聚酯的复合体，可以用于结构材料，如汽车和飞机中的某些部件、桥体的结构材料和船体等，其强度可与钢材相比。增强的聚酰亚胺树脂可用于汽车塑料发动机，使发动机质量减小，节约燃料。2陶瓷基复合材料为改变陶瓷的脆性，将石墨或聚合物纤维包埋在陶瓷中，制成的复合材料有一定的韧性，不易碎裂，而且可以在极高的温度下使用。这类陶瓷基复合材料可成为汽车、火箭发动机的新型结构材料。金属网陶瓷基材料具有超强刚性，可作为防弹衣的材料。3金属基复合材料在金属表面涂层，可以保护金属表面或赋予金属表面某种特殊功能，如金属表面涂油漆可以抗腐蚀；金属表面做搪瓷内衬可制造化学反应釜；金属表面镀铬可使表面光亮；金属表面涂以高分子弹性体赋予表面韧性，可作为抗气蚀材料用于水轮机、汽轮机的不锈钢叶片上，延长其使用年限；在纯的硅晶片上复合多层有专门功能的物质可用于计算机的集成电路片。二、常见的无机非金属材料、金属材料与复合材料的比较材料无机非金属材料金属材料复合材料含义以黏土、石英和长石等为原料生产的硅酸盐制品金属及其合金两种或两种以上性质不同的材料经特殊加工而制成的主要成分各种硅酸盐的混合物各种金属及硅等少量非金属由基体(黏结作用)和增强体(骨架作用)组成特性抗腐蚀、耐高温、硬度大、耐磨损，新型无机非金属材料还具有电学、光学特性、生物功能等强度高、坚韧、塑性好、易于成型、有良好的延展性、导电性、导热性，合金抗腐蚀性强耐酸碱、化学稳定性好、密度小、强度高、韧性好、耐高温、导电导热、热性能好；性能保持原材料特点又优于原材料品种示例玻璃、水泥、各种陶瓷(黏土质陶瓷、高温结构陶瓷、生物陶瓷、电压陶瓷等)、光导纤维黑色金属材料(铁、铬、锰及它们的合金)：钢铁；有色金属材料(铁、铬、锰以外的金属及合金)：金、银、铜及合金生产生活中的复合材料(玻璃钢：玻璃纤维增强树脂基复合材料、碳纤维：碳纤维增强树脂基复合材料)；航空航天中的复合材料(飞机、火箭：纤维增强金属基复合材料；航天飞机：纤维增强陶瓷基复合材料)知识点复合材料的性能及其应用【例题】下列物质不属于复合材料的是()。a碳化硅纤维b生物陶瓷c钢化玻璃d氮化硅陶瓷解析：复合材料具备的特征是：能够承受高温、高强度，具备电学、光学特性，具有生物功能。而传统的非金属材料主要是指以硅酸盐为原料而制备的材料，如水泥、玻璃、传统陶瓷等。选项c中的钢化玻璃跟普通玻璃的成分是一样的，只是制作工艺稍有差别，钢化玻璃是将玻璃熔融体经过急速冷却而制得的。答案：c点拨：传统非金属材料主要是指硅酸盐材料(即水泥、玻璃和陶瓷)；复合材料有其特征，所以二者区别明显。1磷酸钙是陶瓷，也是一种复合材料，它可用于制人造骨骼，这是利用了这类材料的()。a耐高温的特性b电学特性c光学特性d生物功能解析：根据复合材料特性及其应用进行判断。植入的陶瓷和人体组织有很好的亲和性，在体内能长期发挥功能。答案：d2材料科学是近年来与化学有关的科学研究的重点，某新型无机非金属材料k由两种非金属元素组成，它是一种超硬物质，具有耐磨、耐腐蚀、抗冷热冲击、抗氧化等特性。它是以中学化学中的常见物质为原料来生产的。下图所示为其生产过程，其中虚线框内转化是为探究c的组成而设。已知a、b均为非金属单质，g、f、h均为难溶于水的白色沉淀；图中除d、k(均含a元素)外均为中学化学常见的物质。请回答下列问题：(1)指出k所属的晶体类型_，k晶体中a原子周围化学键的键角均相等，则其键角值为_。(2)写出化学式：单质b_，化合物f_。(3)写出反应的化学方程式：_。解析：正确解答该题的关键是探究化合物c的化学式，