第4章第三节复合材料

1、第三节复合材料第三节复合材料学习目标学习目标1.了解复合材料的形成和组成部分。了解复合材料的形成和组成部分。2.认识金属材料、无机非金属材料的优缺点。认识金属材料、无机非金属材料的优缺点。3.体会物质的元素组成与材料性能的关系。体会物质的元素组成与材料性能的关系。4.能够列举几种常见复合材料及其在生产、生能够列举几种常见复合材料及其在生产、生活中的重要应用。活中的重要应用。课堂互动讲练课堂互动讲练探究整合应用探究整合应用知能优化训练知能优化训练课前自主学案课前自主学案第三节第三节课前自主学案课前自主学案性质性质特殊加工特殊加工黏结黏结增强体增强体原有材料原有材料协同作用协同作用树脂基复合材料树

2、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思考感悟思考感悟1(1)在合金和复合材料的概念中均提及在合金和复合材料的概念中均提及“两种两种或两种以上或两种以上”的字眼，由此能说合金即为复合材的字眼，由此能说合金即为复合材料吗？料吗？(2)人们现在用钢筋混凝土来建造高楼，为什么放人们现在用钢筋混凝土来建造高楼，为什么放弃了以前的红砖？弃了以前的红砖？【提示提示】(1)不能。合金性能单一，它只能作复不能。合金性能单一，它只能作复合材料的基体或增强体。合材料的基体或增强体。(2)将

3、沙子、砾石和水泥混合在一起形成的混凝土将沙子、砾石和水泥混合在一起形成的混凝土，比单纯的水泥和红砖的强度大得多，人们将钢，比单纯的水泥和红砖的强度大得多，人们将钢筋嵌入混凝土中，更增加了其强度，故选用钢筋筋嵌入混凝土中，更增加了其强度，故选用钢筋混凝土建造高楼而放弃了红砖。混凝土建造高楼而放弃了红砖。二、形形色色的复合材料二、形形色色的复合材料1生产、生活中常用的复合材料生产、生活中常用的复合材料复合材料复合材料玻璃钢玻璃钢碳纤维增强复合材料碳纤维增强复合材料组组成成基体基体合成树脂合成树脂合成树脂合成树脂增强体增强体玻璃纤维玻璃纤维碳纤维碳纤维制造制造把玻璃纤维制成纱或织物把玻璃纤维制成纱或

4、织物或切成短纤维加到合成树或切成短纤维加到合成树脂中形成脂中形成合成树脂中加入碳纤合成树脂中加入碳纤维而形成维而形成特性特性密度小，质量轻，耐水，密度小，质量轻，耐水，耐磨，耐腐蚀性强，良好耐磨，耐腐蚀性强，良好的绝缘性和机械加工性能的绝缘性和机械加工性能韧性好、强度高、质韧性好、强度高、质量轻量轻用途用途大量用于制造游乐车、水大量用于制造游乐车、水上滑梯、运输罐、电话亭、上滑梯、运输罐、电话亭、餐桌椅、地下废水管道等餐桌椅、地下废水管道等高尔夫球杆、网球拍、高尔夫球杆、网球拍、羽毛球拍、钓鱼竿、羽毛球拍、钓鱼竿、赛车、滑雪板和冲浪赛车、滑雪板和冲浪板等体育用品板等体育用品2.航空、航天领域中

5、的复合材料航空、航天领域中的复合材料材料材料名称名称碳纤维增强金属基复合碳纤维增强金属基复合材料材料隔热陶瓷瓦隔热陶瓷瓦(纤维增强纤维增强陶瓷陶瓷)基体基体金属金属(Mg、Al、Ti等等)陶瓷陶瓷(Al2O3陶瓷、陶瓷、Si3N4陶瓷、陶瓷、SiO2陶瓷等陶瓷等)增强增强体体纤维纤维(碳纤维等碳纤维等)纤维纤维(碳纤维、碳化硅碳纤维、碳化硅纤维或氧化硅纤维等纤维或氧化硅纤维等)主要主要优点优点耐高温，强度高，导电、耐高温，强度高，导电、导热性好，不吸湿，不导热性好，不吸湿，不易老化等易老化等耐高温、有韧性耐高温、有韧性主要主要用途用途飞机、火箭的机翼和机飞机、火箭的机翼和机身，导弹的壳体、尾翼

6、身，导弹的壳体、尾翼航天飞机机身航天飞机机身思考感悟思考感悟2.(1)以金属材料为基体，碳纤维为增强体形成的以金属材料为基体，碳纤维为增强体形成的复合材料具有什么性质？复合材料具有什么性质？(2)复合材料与各组分材料性能上有何异同？复合材料与各组分材料性能上有何异同？【提示提示】(1)金属具有良好的导电性、导热性，金属具有良好的导电性、导热性，碳纤维能耐高温，强度高，复合材料既保持了原碳纤维能耐高温，强度高，复合材料既保持了原材料的优点，又形成了优于原材料的特性。材料的优点，又形成了优于原材料的特性。(2)复合材料既保持了原材料的特点，又使各组分复合材料既保持了原材料的特点，又使各组分之间协同

7、作用，形成了优于原材料的特性。通常之间协同作用，形成了优于原材料的特性。通常具有强度高、化学稳定性好、密度小等优点，复具有强度高、化学稳定性好、密度小等优点，复合材料会因原材料的不同而表现出不同的性能。合材料会因原材料的不同而表现出不同的性能。1复合材料中往往由一种材料做基体，另一种复合材料中往往由一种材料做基体，另一种材料做材料做()A增强体增强体B发泡剂发泡剂C防老剂防老剂 D增塑剂增塑剂解析：解析：选选A。复合材料由两部分组成：一部分。复合材料由两部分组成：一部分称为基体，起黏结作用；另一部分称为增强体称为基体，起黏结作用；另一部分称为增强体，起骨架作用。，起骨架作用。2下列物质属于复合

8、材料的是下列物质属于复合材料的是()A玻璃玻璃 B生物陶瓷生物陶瓷C光导纤维光导纤维 D玻璃钢玻璃钢解析：解析：选选D。玻璃钢是一种以玻璃纤维做增强体。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、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材料。瓷、光导纤维均为无机非金属材料。3(2011年滨州高一检测年滨州高一检测)下列关于复合材料的说下列关于复合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，又有优于复合材料既保持了原有材料的特点，又有

9、优于原材料的特性原材料的特性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，增强体起骨架作用在复合材料中，增强体起骨架作用解析：解析：选选C。复合材料中一定含有两种或两种以上。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，这两种或两种以上的材料必须是性质不同的材料。在复合材料中起骨架作用的是增强体，起的材料。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。黏结作用的是基体。课堂互动讲练课堂互动讲练无机非金属材料、金属材料、复合材无机非金属材料、金属材料、复合材料的比较料的比较无机非金属材料、金属材料、复合材料是三无机非金属材

10、料、金属材料、复合材料是三种类型的材料，各自具有其独特的性能。种类型的材料，各自具有其独特的性能。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形成成传统无机非金属传统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烧质为原料高温烧制而成的制而成的(1)纯金属材料可纯金属材料可由金属单质经过由金属单质经过形状改变或表面形状改变或表面处理而成处理而成(2)合金由两种或合金由两种或两种以上的金属两种以上的金属(或金属跟非金或金属跟非金属属)熔合而成熔合而成将两种或两种将两种或两种以上性质不同以上性质不同的材料经特殊的材料经特殊加工而制成的加工而制成的材料，由基体材料，由基体和增强

11、体组成和增强体组成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性性能能(1)传统无机非金属材料大传统无机非金属材料大多具有稳定性强、硬度高、多具有稳定性强、硬度高、熔点高、难溶于水，绝缘、熔点高、难溶于水，绝缘、耐腐蚀等特点，但质脆，耐腐蚀等特点，但质脆，抗冲击性差抗冲击性差(2)新型无机非金属材料能新型无机非金属材料能承受高温，强度高；具有承受高温，强度高；具有电学特性、光学特性、生电学特性、光学特性、生物功能等特性物功能等特性(1)纯金属具有良好的可塑纯金属具有良好的可塑性，较好的导电性和导热性，较好的导电性和导热性，抗腐蚀性能差性，抗腐蚀性能差(2)合金具有良好的物理、合

12、金具有良好的物理、化学和机械性能，在许多化学和机械性能，在许多方面优于各组分金属，如方面优于各组分金属，如硬度大、熔点低等。改变硬度大、熔点低等。改变原料的配比以及改变生成原料的配比以及改变生成合金的条件等，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既保持了原材料的特点，又料的特点，又使各组分之间使各组分之间协同作用，形协同作用，形成了优于原材成了优于原材料的特性。根料的特性。根据原材料的不据原材料的不同会表现出不同会表现出不同的性能同的性能实实例例(1)传统无机非金属材料主传统无机非金属材料主要有玻璃、水泥、陶瓷等要有玻璃、水泥、陶瓷等(2)新型无机非金属

13、材料包新型无机非金属材料包括光导纤维、高温结构陶括光导纤维、高温结构陶瓷、生物陶瓷、压电陶瓷瓷、生物陶瓷、压电陶瓷等等(1)金、银、铜、钛等金、银、铜、钛等(2)铝合金、钢铁、不锈钢铝合金、钢铁、不锈钢等等玻璃钢、碳纤玻璃钢、碳纤维增强复合材维增强复合材料、纤维增强料、纤维增强陶瓷等陶瓷等 (2011年北京海淀区高一检测年北京海淀区高一检测)下列说法正下列说法正确的是确的是()A所有复合材料都由基体和增强体两部分组成所有复合材料都由基体和增强体两部分组成B复合材料的化学成分可能只有一种也可能含复合材料的化学成分可能只有一种也可能含有多种有多种C基体在复合材料中起骨架作用基体在复合材料中起骨架作

14、用D复合材料按基体材料分类可分为树脂基复合复合材料按基体材料分类可分为树脂基复合材料、金属基复合材料和纤维增强复合材料材料、金属基复合材料和纤维增强复合材料【解析解析】因为复合材料都由基体和增强体两部因为复合材料都由基体和增强体两部分组成，所以其化学成分至少有两种，分组成，所以其化学成分至少有两种，B项错；项错；基体在复合材料中起黏结作用，基体在复合材料中起黏结作用，C项错；树脂基项错；树脂基复合材料和金属基复合材料是按基体材料分类的复合材料和金属基复合材料是按基体材料分类的，而纤维增强复合材料是按增强体形状分类的，而纤维增强复合材料是按增强体形状分类的，分类标准不统一，分类标准不统一，D项错

15、。项错。【答案答案】A【易误警示易误警示】在解答复合材料时注意以下几点：在解答复合材料时注意以下几点：(1)复合材料为混合物，没有固定的熔、沸点；复合材料为混合物，没有固定的熔、沸点；(2)合金不是复合材料，二者体现的性质不同；合金不是复合材料，二者体现的性质不同；(3)明确基体、增强体各自的作用；明确基体、增强体各自的作用；(4)明确复合材料的分类标准；明确复合材料的分类标准；(5)清楚常见复合材料的基体、增强体及特性；清楚常见复合材料的基体、增强体及特性；(6)注意材料的元素组成与材料性能的关系。注意材料的元素组成与材料性能的关系。解析：解析：选选AC。该材料具有特殊的性能，因而应。该材料

16、具有特殊的性能，因而应属于新型无机非金属材料，故属于新型无机非金属材料，故A错误；抗氧化陶错误；抗氧化陶瓷复合材料，耐高温是因为基体瓷复合材料，耐高温是因为基体(陶瓷陶瓷)和增强体和增强体(SiO2)均耐高温，由于该复合材料中没有金属，均耐高温，由于该复合材料中没有金属，因而因而C错。错。探究整合应用探究整合应用高温结构陶瓷的性能高温结构陶瓷的性能所谓新型无机非金属材料是相对传统无机非金属所谓新型无机非金属材料是相对传统无机非金属材料而言的，是指一些具有特殊结构、特殊功能材料而言的，是指一些具有特殊结构、特殊功能的新材料，如半导体材料、超导耐高温材料、发的新材料，如半导体材料、超导耐高温材料、

17、发光材料等。光材料等。高温结构陶瓷：具有抗氧化性，抗酸碱腐蚀，耐高温结构陶瓷：具有抗氧化性，抗酸碱腐蚀，耐高温，绝缘，易成型、硬度大、耐磨损、密度小高温，绝缘，易成型、硬度大、耐磨损、密度小等优良性能。典型的高温结构陶瓷有：氧化铝陶等优良性能。典型的高温结构陶瓷有：氧化铝陶瓷瓷(俗称人造刚玉俗称人造刚玉)、氮化硅陶瓷、碳化硼陶瓷。、氮化硅陶瓷、碳化硼陶瓷。 美国航天飞机美国航天飞机“哥伦比亚号哥伦比亚号”爆炸，是震爆炸，是震惊世界的航天惨案。专家推测惊世界的航天惨案。专家推测“哥伦比亚号哥伦比亚号”航航天飞机的失事原因之一是覆盖在航天飞机外层的天飞机的失事原因之一是覆盖在航天飞机外层的一片微不

18、足道的隔热瓦脱离，引起飞机外表金属一片微不足道的隔热瓦脱离，引起飞机外表金属温度迅速升高而熔化解体。温度迅速升高而熔化解体。(1)其中照片显示，在其中照片显示，在“哥伦比亚号哥伦比亚号”机翼下方有机翼下方有几片小瓷片脱落，引起了科学家的注意，这是一几片小瓷片脱落，引起了科学家的注意，这是一种覆盖在航天飞机表面的特殊的陶瓷片，其主要种覆盖在航天飞机表面的特殊的陶瓷片，其主要作用是作用是_。A增加航天飞机的强度，防止流星和太空垃圾增加航天飞机的强度，防止流星和太空垃圾撞击而损坏航天飞机撞击而损坏航天飞机B将太阳能转化为电能供航天飞机使用将太阳能转化为电能供航天飞机使用C便于雷达跟踪，接受地面指挥中

19、心的指令便于雷达跟踪，接受地面指挥中心的指令D在返回大气层时，陶瓷耐高温隔热，有效地在返回大气层时，陶瓷耐高温隔热，有效地保护航天飞机平安返回地面保护航天飞机平安返回地面(2)隔热瓦是一种金属陶瓷，金属陶瓷是由陶瓷和隔热瓦是一种金属陶瓷，金属陶瓷是由陶瓷和黏结金属组成的非匀质的复合材料。陶瓷主要是黏结金属组成的非匀质的复合材料。陶瓷主要是Al2O3、ZrO2等耐高温氧化物，黏结金属主要是等耐高温氧化物，黏结金属主要是Cr、Mo、W、Ti等高熔点金属。下列关于复合材等高熔点金属。下列关于复合材料的说法不正确的是料的说法不正确的是_。A由两种或两种以上金属由两种或两种以上金属(或金属与非金属或金属与非金属)熔合熔合而成的物质叫复合材料而成的物质叫复合材料B复合材料一般具有强度高、质量轻、耐高温、复合材料一般具有强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀等优异功能，在综合性能上超过了单一材料耐腐蚀等优异功能，在综合性能上超过了单一材料C玻璃钢是以玻璃纤维和合成树脂组成的复合材玻璃钢是以玻璃纤维和合成树脂组成的复合材料，它可用于游乐车、水上滑梯、餐桌椅等产品的料，它可用于游乐车、水上滑梯、餐桌椅等产品的生产生产D复合材料的熔、沸点一般比它的各组成成分的复合材料的熔、沸点一般比它的各组成成分的熔、沸点低熔、沸点低(3)将陶瓷和黏结金属研磨，混合均匀，成型后在将陶瓷和黏结金属研磨，混合均匀，成