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1学习目标定位1.通过对单一材料性能的交流研讨，在认识无机非金属材料和金属材料优、缺点的基础上，了解复合材料的形成和组成。2.体会物质的元素组成与材料性能的关系。3.能够列举几种常见的复合材料及其在生产、生活中的主要应用。交流交流研讨研讨 棉线、橡胶、含棉质经纬线的各种棉线、橡胶、含棉质经纬线的各种橡胶轮胎，这三者中，哪一种属于复合橡胶轮胎，这三者中，哪一种属于复合材料？你认为什么是复合材料？它在组材料？你认为什么是复合材料？它在组成上有什么特点？各组成成分起什么作成上有什么特点？各组成成分起什么作用？复合材料与原材料相比，
2、在性质上用？复合材料与原材料相比，在性质上有什么优点？有什么优点？一、认识复合材料一、认识复合材料交流交流研讨研讨一、认识复合材料一、认识复合材料 材料材料 实例实例 优点优点 缺点缺点金属材料金属材料钢铁钢铁无机非金属材无机非金属材料料普通玻璃普通玻璃有机合成材料有机合成材料塑料塑料硬度大硬度大易加工易加工易被腐蚀易被腐蚀抗腐蚀抗腐蚀耐高温耐高温易破碎易破碎耐腐蚀耐腐蚀易老化易老化不耐高温不耐高温归纳归纳1 1、复合材料的概念：、复合材料的概念：将两种或两种以上的性质不同的材料经过将两种或两种以上的性质不同的材料经过特殊的加工制成的材料称为复合材料。特殊的加工制成的材料称为复合材料。2 2、
3、复合材料的组成：、复合材料的组成：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 复合材料复合材料 合合 金金成分成分两种或两种以上不两种或两种以上不同材料同材料两种或两种以上金属材两种或两种以上金属材料或金属与非金属料或金属与非金属形成工艺形成工艺特殊加工特殊加工熔合熔合性质性质 优于原材料优于原材料3 3、复合材料和合金比较：、复合材料和合金比较：3.复合材料的分类：组成复合材料的基体材料的类型多种多样，增强体又可做成不同的形状，因而复合材料种类繁多。复合材料按基体分类按增强体的形状分类 基复合材料 基复合材料 基复合材料 增强复合材料 增强复合材料 增强复
4、合材料树脂陶瓷金属颗粒纤维夹层3.复合材料的特性：复合材料的特性：复合材料既能保持原来材料的长处，又能弥复合材料既能保持原来材料的长处，又能弥补它们的不足，而且由于各组份之间的相互补它们的不足，而且由于各组份之间的相互协同作用，产生了优于原材料的新的性能。协同作用，产生了优于原材料的新的性能。归纳总结归纳总结(1)复合材料是混合物，没有固定的熔、沸点。(2)复合材料的性能与组成材料的增强体和基体的性质有关，但并不是二者性能的简单叠加。复合材料复合材料 预测预测性能性能增强体材料增强体材料的化学组成的化学组成基体材料基体材料的类型的类型金属金属 C陶瓷陶瓷 SiO2合成树脂合成树脂 SiO2、A
5、l2O3合成树脂合成树脂 C耐酸碱，化学稳定性好，强度高，密耐酸碱，化学稳定性好，强度高，密度小，韧性好度小，韧性好强度高，抗冲击，绝缘性好，耐热温度强度高，抗冲击，绝缘性好，耐热温度低于低于300耐高温，隔热性好，强度韧性得到改善耐高温，隔热性好，强度韧性得到改善耐耐1600以上的高温，强度高，密度小以上的高温，强度高，密度小二、形形色色的复合材料二、形形色色的复合材料 玻璃钢玻璃钢基体：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玻璃钢克服了玻璃易碎、密度较大，合成树脂强度不够高玻璃钢克服了玻璃易碎、密度较大，合成树脂强度不够高的缺点，它具有强度高、密度小、韧性好、耐
6、腐、耐磨、的缺点，它具有强度高、密度小、韧性好、耐腐、耐磨、耐撞、绝缘、产品美观、制造方便等优良特性。可广泛用耐撞、绝缘、产品美观、制造方便等优良特性。可广泛用于制作小型娱乐设施、管道、小舟、化工设施、小型建筑于制作小型娱乐设施、管道、小舟、化工设施、小型建筑等等1.1.生产生活中常用的复合材料生产生活中常用的复合材料 玻璃钢制品玻璃钢制品2.2.碳纤维复合材料碳纤维复合材料碳纤维复碳纤维复合材料合材料基体：合成树脂基体：合成树脂增强体：碳纤维增强体：碳纤维性能：性能：韧性好，强度高，质量轻韧性好，强度高，质量轻应用：应用：纺织机械和化工机械的制造，人体组纺织机械和化工机械的制造，人体组织中韧
7、带的制作，制造高尔夫球杆、网球拍织中韧带的制作，制造高尔夫球杆、网球拍等等体育用具等等体育用具3.3.航空、航天领域的复合材料航空、航天领域的复合材料机翼、机身、导弹壳体和尾翼的复合材料组机翼、机身、导弹壳体和尾翼的复合材料组成成基体：基体：金属金属增强体：增强体：纤维（碳纤维、硼纤维、碳纤维（碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维等）化硅纤维、氧化铝纤维等）性能：性能：耐高温、强度高、导电导热性好、耐高温、强度高、导电导热性好、不吸湿和不易老化，密度小。不吸湿和不易老化，密度小。4.4.机身隔热复合材料：机身隔热复合材料：组成组成基体：基体：陶瓷陶瓷增强体：增强体：碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝
8、纤维碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维性能：性能：耐高温、韧性好耐高温、韧性好5.航空、航天领域中的复合材料材料名称碳纤维增强金属基复合材料隔热陶瓷瓦(纤维增强陶瓷)基体 (Mg、Al、Ti等)(Al2O3陶瓷、Si3N4陶瓷、SiO2陶瓷等)增强体 (碳纤维等)(碳纤维、碳化硅纤维等)主要优点耐高温、强度高、导电、导热性好、不吸湿、不易老化等耐高温、有韧性陶瓷金属纤维纤维同步练习同步练习1下列不属于玻璃钢具有的性能的是下列不属于玻璃钢具有的性能的是 A 易碎易碎 B易燃易燃 C耐水耐水 D耐磨耐磨2.下列各项中不能用玻璃钢制造的是下列各项中不能用玻璃钢制造的是 A餐厅座椅餐厅座椅 B、汽车窗玻璃
9、、汽车窗玻璃 C、废水管道、废水管道 D垃圾桶垃圾桶AB 3航天飞机机身上使用的隔热陶瓷瓦是航天飞机机身上使用的隔热陶瓷瓦是 A仿生复合材料仿生复合材料 B陶瓷和纤维复合而成的材料陶瓷和纤维复合而成的材料 C纳米复合材料纳米复合材料 D分子复合材料分子复合材料4飞机、火箭的机翼和机身以及导弹的壳体、飞机、火箭的机翼和机身以及导弹的壳体、尾翼中的复合材料是尾翼中的复合材料是 A 金属基复合材料金属基复合材料 B 树脂基复合材料树脂基复合材料 C绝缘基复合材料绝缘基复合材料 D智能复合材料智能复合材料 BA解析解析复合材料是由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
10、料的两部分起的作用是不同的，基体起黏结作用，增强体起骨架作用。5.下列关于复合材料的说法中正确的是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.复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料经特殊加工而制成的解析D D答案方法规律.6.复合材料的使用使导弹的射程有了很大的提高，其主要原因是A.可以使导弹能经受超高温变化B.可以使导弹质量减轻C.可以使导弹承受超高强度的改变D.可以使导弹承受温度的剧烈变化解析B B答案解析解析提高导弹射程必须减轻其质量，而复合材料质轻的特点，在提高导弹射程上起到了重要作用，故选B。结合材料特点分析其应用，以增强对材料性
11、能的认识。方法规律方法规律复合材料的性能优于原材料。方法规律7.下列说法错误的是A.玻璃钢是以玻璃纤维做增强体、合成树脂做基体的复合材料B.飞机机身的复合材料大多是以金属为增强体、纤维为基体的复合材料C.制造网球拍用的复合材料是在合成树脂的基体中加入了碳纤维做增强体D.玻璃钢可以应用在防火衣服、游乐车、餐桌椅等方面答案解析易错警示B B解析解析飞机机身的复合材料大多是以纤维为增强体、金属为基体的复合材料，而B项中将基体与增强体颠倒了。解析解析根据信息可知A项正确；该橡胶可用于人造肌肉、智能衣服等，说明它有弹性；它仍有金属和橡胶的大部分性能，所以可燃烧，不耐高温，不能作隔热瓦，故B项错，D项对。
12、8.美国科学家发明了一种能够导电的金属橡胶，这种材料除了兼有金属和橡胶的大部分性能外，还具有许多其他材料所不具备的独特性质，在诸如人造肌肉、智能衣服、活动机翼等多个领域有望获得广泛应用。以下对“金属橡胶”复合材料的叙述中一定错误的是A.该材料可导电B.该材料可用来作航天飞机的隔热瓦C.该材料具有一定的弹性D.该材料可以燃烧答案解析易错警示B B12345B B答案解析解析合金是由两种或两种以上的金属或非金属熔合而成的具有金属特性的物质，不属于复合材料；耐高温结构陶瓷多是单一材料，如氮化硅结构陶瓷等；玻璃钢是玻璃纤维和合成树脂形成的复合材料；隔热陶瓷瓦是由纤维(如碳纤维)和陶瓷形成的复合材料。解
13、析9.下列材料中属于复合材料的是合金 玻璃钢 隔热陶瓷瓦 耐高温结构陶瓷A.B.C.D.12345A A答案解析10.美国的哥伦比亚号航天飞机在制造过程中应用了大量的先进复合材料，其中被覆在整个机身上的防热瓦片，使航天飞机能安全穿越大气层，该瓦片是耐高温的A.陶瓷基复合材料 B.合成树脂基复合材料C.玻璃钢 D.金属基复合材料解析解析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的，其增强体多为碳纤维、碳化硅纤维或氧化硅纤维；基体的主要成分是各种陶瓷；这种纤维增强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。1234512345解析解析复合材料继
14、承了原来天然材料、无机非金属材料、金属材料、有机合成材料等的优点，极大改善了材料的各种性能；具有强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀等特性。D D答案解析11.复合材料的优点是强度高质量轻耐高温耐腐蚀A.B.C.D.全部12.普通玻璃、钢铁和玻璃钢是三种不同的材料，它们在性能方面差别很大。请根据学过的知识，回答下面问题。(1)普通玻璃的成分是_。12345解析解析玻璃是常见的硅酸盐材料。制普通玻璃的主要原料是纯碱、石灰石和石英。生产玻璃时，把原料粉碎后按一定比例混合后，放入玻璃熔炉中加强热，石灰石与石英反应生成硅酸钙和二氧化碳，纯碱与石英反应生成硅酸钠和二氧化碳，但原料中石英是过量的，所以普通玻璃的成分为硅酸钙、硅酸钠、二氧化硅。答案解析硅酸钙、硅酸钠、二氧化硅(2)铁在人类的生产和生活中有着十分重要的应用。铁的应用，经历了_到_到_的演变过程。解析解析由铁矿石炼得的生铁虽然硬度很大，但较脆且不易加工，人们就想办法降低生铁中的碳含量，调节其中的硅、锰等元素，将铁转化为钢，大大改善了其性能。但是，钢铁很容易锈蚀，于是不锈钢应运而生。因此，铁的应用经历了“铁普通钢不锈钢等特种钢”的演变过程。答案解析铁 普通钢 不锈钢等特种钢
