2020年高中化学 第四章 元素与材料世界 第3节 复合材料学案 鲁科版必修1

2020年高中化学 第四章 元素与材料世界 第3节 复合材料学案 鲁科版必修1

第4章 第3节 复合材料 ‎【本讲教育信息】‎ 一. 教学内容：‎ ‎ 第4章 第3节 复合材料 二. 教学目的 ‎1、了解复合材料的形成和组成部分 ‎2、体会物质的元素组成与材料性能的关系 ‎3、能列举几种常见的复合材料及其在生产、生活中的重要应用……‎ 三. 教学重点、难点 复合材料的组成 四. 知识分析 科学技术是人类文明进步的基本推动力。20世纪的历史表明：科学技术的发展常常会超乎我们的想像，但科学技术的发展又离不开我们的想像。人类正面临着新科技革命的挑战。而新材料技术是技术的基础，它是文明大厦的基石，它包括对超导材料、高温材料、人工合成材料、陶瓷材料、非晶态材料、单晶材料、纤维材料、高性能材料等的开发和利用。‎ ‎ 运动员在登山时用的保险绳、滑雪时用的滑雪板及钓鱼竿上的渔线等这些小巧、灵活而强度高的东西是用什么材料构成的呢？‎ ‎（一）认识复合材料 ‎1、材料科学的发展过程 材料科学的发展经历了天然材料、无机非金属材料、金属材料、有机合成材料、复合材料这五个过程。‎ ‎ 其中，无机非金属材料主要包括陶瓷材料、玻璃材料、无机非金属涂层材料等。此类材料一般耐高温、抗腐蚀，有些材料还有独特的光电特性。硅酸盐材料主要指水泥、玻璃、陶瓷等，是传统的无机非金属材料。而半导体材料、超硬耐高温材料、发光材料等是新型无机非金属材料。‎ ‎2、复合材料的定义及组成 复合材料是将两种或两种以上性质不同的材料经特殊加工而制成的。‎ 复合材料由两部分组成，一部分称为基体，在复合材料中起黏结作用；另一部分称为增强体，在复合材料中起骨架作用。‎ ‎3、复合材料的分类 ‎ 按基体分类，可分为树脂基复合材料、金属基复合材料和陶瓷基复合材料。‎ ‎ 按增强体分，可分为颗粒增强复合材料、夹层增强复合材料和纤维增强复合材料。‎ ‎ 发展较快、应用较广的是纤维做增强体的复合材料。‎ ‎4、复合材料的特点 单一材料的优缺点如下：‎ 材料 实例 优点 缺点 金属材料 钢铁 硬度大、机械性能好 易被腐蚀 无机非金属材料 普通玻璃 性质稳定、熔点高 易破碎 3‎ 有机合成材料 塑料 强度大、电绝缘，良好的热塑性、热固性 易燃烧、易老化，废弃后不易分解 复合材料既保持了原有材料的特点，又使各组分之间协同作用，形成了优于原材料的特性。单一材料的缺点都可以通过复合的方法予以改善和克服。‎ ‎（二）形形色色的复合材料 ‎1、生产、生活中的复合材料 ‎（1）玻璃钢 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。‎ 在制造玻璃钢时，可以将玻璃纤维制成纱或织物加到合成树脂中，也可以把玻璃纤维切成短纤维加到合成树脂中。除了普通玻璃纤维外，还可以根据需要选用耐化学腐蚀、耐高温或强度高的特种玻璃纤维做玻璃钢的增强体。‎ ‎ 玻璃钢的强度可以达到甚至超过合金钢的强度，而密度只有钢铁的1/5左右，同时，这种材料保持着较好的耐化学腐蚀、电绝缘性和机械加工性能，而且又不像普通玻璃那样硬、脆。玻璃钢目前以大量用于游乐车、水上滑梯、运输罐、电话亭、餐桌椅等产品的生产。这些产品充分发挥了玻璃钢重量轻、强度高、耐水、耐磨、耐撞、产品美观及制造方便等特点。此外，玻璃钢在排水管道工程中也得到了广泛的应用。‎ ‎（2）碳纤维增强复合材料 在合成树脂中加入碳纤维做增强体的复合材料叫做碳纤维增强复合材料。其特点是韧性好，强度高，质轻。碳纤维增强复合材料被广泛用于制造高尔夫球杆、网球拍、钓鱼竿、赛车、赛艇、滑雪板和冲浪板等体育用品，也广泛用在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。‎ ‎2、航空、航天领域中的复合材料 ‎ 飞机、火箭的机翼和机身以及导弹的壳体、尾翼中的复合材料大多以纤维为增强体、金属为基体的复合材料作为增强体的纤维是碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维和氧化铝纤维等耐热性好的纤维，作为基体的金属用得较多的是铝、镁、钛等密度小的轻金属。这类材料的特点是耐高温、强度高、导电性和导热性好，不吸湿，不易老化。‎ ‎ 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的材料制成，其增强体多为碳纤维、碳化硅纤维和氧化硅纤维；基体的主要成分是各种陶瓷。这种纤维增强陶瓷保持了陶瓷耐高温的特性，又增强了陶瓷的韧性，使航天飞机能安全地穿越大气层返回地球。‎ ‎【典型例题】‎ 例题1. 下列关于复合材料的说法正确的是（ ）‎ A. 将不同性质的材料经简单混合便成复合材料 B. 合金就是复合材料 C. 复合材料中的各部分作用相同 D. 复合材料两种或两种以上不同性质的材料经特殊加工而制成的 答案： D 解析：复合材料两种或两种以上不同性质的材料经特殊加工而制成的，并不是简单的混合。复合材料的两部分作用是不同的，基体起连接作用，增强体起骨架作用。‎ 点评：本题考查复合材料的概念，它不同于混合物、不同于合金。‎ 例题2. 对下列材料的特征及用途的说法不正确的是（ ）‎ A. 玻璃纤维柔软如丝，可像棉纱一样纺织，但拉伸强度低 3‎ B. 光导纤维传导光的能力很强，是非常好的通讯材料 C. 氮化硅陶瓷耐高温且不易传热，可用于制造柴油机 D. 玻璃钢强度高，密度小，耐腐蚀，可用于废水处理系统的管道 答案： A ‎ 解析：玻璃纤维虽然极细如丝，但其拉伸强度大，其拉伸强度接近于钢。显然A项错误。‎ 点评：玻璃纤维不同于植物纤维，是一种高强度的新型材料。‎ 例题3. 复合材料的优点是（ ）‎ ‎①强度高 ②质量轻 ③耐高温 ④耐腐蚀 A. 仅 ①④ B. 仅 ②③ C. 除③外 D. ①②③④‎ ‎ 答案：D 解析： 复合材料既能保持原来材料的长处，又能弥补它们的不足，具有强度高，质量轻，耐高温，耐腐蚀等特性。‎ 点评：复合材料继承了原来天然材料、无机非金属材料、金属材料、有机合成材料等优点，极大改善了材料各种性能。‎ 例题4. 下列对玻璃钢的叙述正确的是（ ）‎ ‎ A. 玻璃钢是由普通玻璃加强热然后骤冷而得到的，所以其成分与普通玻璃相同 ‎ B. 玻璃钢是以玻璃为基体，钢纤维做增强体的复合材料 ‎ C. 玻璃钢的基体是合成树脂，增强体是玻璃纤维 ‎ D. 玻璃的强度和机械加工性能比合金钢稍差，但耐腐蚀性和绝缘性比合金钢好 ‎ 答案： C ‎ ‎ 解析：该题主要考查玻璃钢这种复合材料的基体组成结构和性能特征，应对复合材料的基体和增强体的功能有清楚的认识，需通过分析各组与复合材料在性能上的关系，进行比较判断，方能得出结论。故答案是C。‎ 点评：本题全面考查玻璃钢的概念、性能。‎ 3‎