第四章 元素与材料世界
第3节 复合材料
核心知识点及知识点解读
认识复合材料
1、定义：复合材料是指两种或两种以上材料组合成的一种新型材料。一般具有强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀等优良性能，在综合性能上超过了单一材料。
2、组成：复合材料有两部分组成，一部分为基体起黏结作用；另一部分称为增强体，起骨架作用。
二、形形色色的复合材料
1、复合材料的分类
按基体分类：树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料
按增强体形状分类：颗粒增强复合材料、夹层增强复合材料、纤维增强复合材料
2、几种复合材料的比较
复合材料
基体
增强体
主要性质
玻璃钢
合成树脂
玻璃纤维
强度高，密度小，耐化学腐蚀，绝缘性和机械加工性能好
碳纤维增强复合材料
合成树脂
碳纤维
韧性好，强度高，质轻
航空复合材料
金属
最广泛的是碳纤维，还有硼纤维、碳化硅纤维和氧化铝纤维等
耐高温，强度高，导电性好，不吸湿和不易老化
航天复合材料
陶瓷
多为碳纤维、碳化硅纤维或氧化硅纤维
耐高温，韧性强
能力考题剖析
例1：复合材料的使用使导弹的射程有了很大提高，其主要原因在于（ ）
复合材料的使用可以使导弹能承受超高温的变化
复合材料的使用可以使导弹的质量减轻
复合材料的使用可以使导弹承受超强度的改变
复合材料的使用可以使导弹承受温度剧烈变化
解析：导弹的壳体大多是以纤维为增强体、金属为集体的复合材料，之所以可以提高射程是利用了其密度小、质量轻的特点。
答案：B
自主性学习与测评
选择题
1.下列关于复合材料的说法不正确的是 （ ）
A.复合材料一定是由两种或两种以上材料制成的，
B.复合材料保持了原材料的优点，又有优于原材料的特点。
C.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。
2.把钢筋混凝土看作是复合材料，这种复合材料的基体是 （ ）
A.水泥 B.石子 C.沙子 D.钢筋
3.玻璃钢和碳纤维增强树脂基复合材料的说法正确的是 （ ）
A.合成树脂 B.碳纤维 C.钢材 D.玻璃纤维
4.现代使用的下列材料中，不属于碳纤维复合材料制品的是 （ ）
A.足球 B.网球拍 C.钓鱼竿 D.滑雪板
5.当航天飞机返回地球大气层时，由于空气的剧烈摩擦，飞机尖端的温度可达1000℃以上，为了防止高温将它烧毁，科学家给航天飞机的相应部位安装了可靠的保护层。制作保护层的材料是 （ ）
A.合成塑料 B.合成纤维 C.镁铝合金 D.新型陶瓷
6.在复合材料家族中，发展较快的.应用较广的是用那种材料做增强体的复合材料（ ）
A.纤维 B.合成树脂 C.钢铁 D.陶瓷
7.历史表明：没有新型材料的出现，就没有科技和生产发展的突破。信息高速公路的建设在于寻找新的信息材料。下列可以作为信息材料的是 （ ）
A.铜线 B.化纤 C.橡胶 D.光导纤维
8.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.①④ B.②③ C.①②④ D.①②③④
三、填空
9.某溶液中含有Ba2+，Cu2+，Ag+，现用NaOH溶液、
盐酸和Na2SO4溶液将这三种离子逐一沉淀分离。
其流程图如右（写出最佳答案）
（1）沉淀的化学式：沉淀1 ，
沉淀2 ，
沉淀3 ；
（2）写出混合液+A的离子方程式
；
溶液+B的离子方程式
。
10. 某待测液中可能含有Ag+、Fe3+、K+、Ba2+、NH4+等离子，进行如下实验：
（1）加入过量的稀盐酸，有白色沉淀生成。
（2）过滤，在滤液中加入过量的稀硫酸，又有白色沉淀生成。
（3）过滤，取少量滤液，滴入2滴KSCN溶液，没有明显的现象出现。
（4）另取少量步骤（3）中的滤液，加入NaOH溶液至使溶液呈碱性，加热，可产生使湿润的红色石蕊试纸变蓝色的气体。
根据实验现象回答：待测液中一定含有 离子，一定不含有 离子，还有一种离子不能确定是否存在，要检验这种离子的实验方法是（填写实验名称和观察到的现象，不要求写实验操作过程）
11.在氮化硅中添加氧化铝，用氧原子取代一部分氮，用铝原子取代一部分硅，通过烧结即成新一代无机非金属材料氧氮化硅铝，即赛论，化学通式为：Si6-XAlXOXNY（X：2—4）
推断赛论的特性（至少3个）
Y= （用含X的表达式或某数值表示）
答 案
一、1—8C、A、A、A、D、A、D、D、
二、填空、
9、（1）AgCl Cu（OH）2 、BaSO4
（2）Ag++Cl- =AgCl↓
（3）Cu2+ +OH- =Cu（OH）2↓
10．Ag+、Ba2+、NH4+
Fe3+
11、（1）耐高温、硬度大、热稳定性好、高强度、超硬度、耐磨损、耐腐蚀
（2）Y=8-X
《复合材料》
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
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。
复 合 材 料
教学目标
知识技能目标
认识常见的复合材料及其用途，理解复合材料的概念，复合材料的基本组成、优点。
方法与过程目标
学习分析问题、解决问题的方法，能简单预测不同材料复合后所产生的新材料的优良特性。
初步了解根据对所需材料性能的特定要求，如何选择组成复合材料的单一材料。
情感态度与价值观目标
通过对神奇复合材料的学习，激发学生对化学的兴趣，通过对我国科学成就的介绍，培养学生的爱国热情。
重点、难点
（一）知识上重点、难点 认识复合材料的基本组成。
（二）方法上重点、难点
学习分析问题、解决问题的方法，能简单预测不同材料复合后所产生的新材料的优良特性。
教学设计
［联想质疑］“神舟五号”载人飞船穿过大气层时，外壳与大气层摩擦产生几千摄氏度的高温，是什么材料经受了这种考验而使飞船安然无恙呢？运动员在撑杆跳项目中使用的撑杆极富弹性，你知道它是用什么材料制成的吗？是金属、陶瓷、还是塑料？
［学生讨论、教师讲解］所用材料并不是单一的金属、陶瓷、或塑料，而是它们复合在一起形成的具有各成分优点的新型材料。
［交流研讨］
事实一：木材坚固、耐用，可作为建筑材料，它由木质长纤维组成，靠被称为木质素的物质粘接起来。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，但这两物质复合后就构成了强壮的树干。
事实二：人们做泥砖时，往泥中掺入禾秸，可以提高泥砖的强度。
事实三：纯棉布衣服、纯化纤衣服分别有如下优缺点：
优 点
缺 点
纯棉衣服
柔软舒适、吸汗、不产生静电等
易皱、不耐磨等
纯化纤衣服
不易皱、耐磨等
不吸汗、易产生静电等
要获得兼具化纤、纯棉两种布料优点的布料，通常的做法有①制作含一定量棉花、一定量化纤的混纺纱线，再生产出混纺布料。②利用特殊的编制方法编织生产一面为纯棉纱、一面为化纤的涤盖棉布料。
你可以从上述事实获得什么启示？
［学生回答、教师总结］将两种不同性质的材料通过一定的方法复合在一起，可获得一种既能保持或发展原来材料的长处，又能弥补它们的不足的新材料。
［点评］联想质疑旨在引起学生兴趣，其后通过学生对三个较为熟悉的事实的思考感悟、交流研讨，让学生产生一种将两种不同材料复合在一起，就可以获得性能较单一材料更为优良的新材料的想法，旨在再现人们构思、发明复合材料的思维历程，培养学生发现提出问题、分析解决问题的能力。发现提出问题与分析解决问题同等重要！
［过渡］根据这种思想，在化学上，我们生产出了各种复合材料。
［板书］第三节复合材料
认识复合材料
［交流研讨］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用？复合材料与原材料相比，在性质上有什么优点？
［学生回答、教师总结］［板书］
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。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协同作用，产生了优于原材料的新的性能。
［过渡］将多种材料复合在一起，形成了性能优异的复合材料，请交流研讨，预测下列复合材料的性能。
［交流研讨］下面给出的基体材料和增强体材料经过一定的复合，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。
［点评］将教材中的金属与碳改为水泥与石棉，更符合复合材料的概念。
［板书］二、形形色色的复合材料
生产生活中常用的复合材料
［交流研讨］图4－3－4给出的是一些生产、生活中常见用品的图片，这些用品都是由一种叫作玻璃钢的复合材料制成的。请同学们讨论：玻璃钢克服了玻璃、合成树脂的哪些缺点？它具有哪些优良特性？请尽可能多地列举出它的用途。
［板书］
［讲述］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、耐腐、耐磨、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、小型建筑等
［阅读、交流研讨］制作羽毛球拍的材料由最初的木头、金属，现已广泛使用碳素纤维复合材料，碳素纤维复合材料有哪些优越性？请尽可能多地列举出它的用途。
［过渡］复合材料不仅广泛用于工农业生产、日常生活，还广泛用于航空航天等尖端科学领域。
［板书］2。航空航天领域的复合材料
［阅读总结］复合材料在航空航天领域有哪些具体的应用？复合材料正向着什么方向发展？
［概括整合］什么是复合材料？复合材料的基本组成是怎样的？各部分分别发挥什么作用？为什么要生产复合材料？元素及其化合物的组成和性质与复合材料性能的关系如何？
课件23张PPT。第三节 复合材料硬度大易加工易被腐蚀抗腐蚀耐高温易破碎耐腐蚀易老化
不耐高温 1 复合材料定义：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，称为复合材料。注意：①由两种或两种以上的材料。②特殊加工不是简单的混合，而是复杂的物理化学变化。 基体：起黏结作用
2 复合材料
的组成 增强体：起骨架作用泥砖泥禾秸树干木质纤维木质素钢筋混凝土沙子、石子、
水泥钢筋交流·研讨
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性能。在材料与性能之间建立相应的连线。复合材料性能预测基体材料的类型 增强体材料的化学组成金属 C陶瓷 SiO2合成树脂 SiO2 Al2O3 MgO 合成树脂 C耐酸碱，化学稳定性好，强度高，密度小，韧性好强度高，抗冲击，绝缘性好，耐热温度低物300℃耐高温，强度高，导电性好，导热性好耐1600℃以上的高温，强度高，密度小 3 复合材料的性质：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。4 复合材料的分类：（1）按基体分类树脂基复合材料金属基复合材料陶瓷基复合材料（2）按增强体 的形状分类颗粒增强复合材料夹层增强复合材料纤维增强复合材料二 形形色色的复合材料1 生产?生活中常用的复合材料常见的复合材料有玻璃钢和
碳纤维增强复合材料。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。优点：玻璃钢的强度可达到甚至超过合金的强度，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。玻璃钢制品交流·研讨你经常打羽毛球吗？现在羽毛球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有哪 些优越性？它为什么会具有这些优越性？碳纤维复合材料碳纤维增强体合成树脂做基体碳纤维增强复合材料也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。优点：具有韧性好，强度高而质轻的特点。2 航空、航天领域中的复合材料在火箭、导弹、卫星、宇宙飞船、航天飞机上，复合材料有着广泛的应用。
复合材料：
纤维为增强体金属为基体 纤维是碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维和氧化铝纤维等耐热性能好的纤维，其中应用最广泛的是碳纤维 金属用得较多的是铝、镁、钛等密度小的轻金属 优点：这些复合材料具有耐高温、强度高、导电性好、导热性好、不吸湿和不易老化等优点。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。材料科学专家普遍认为，当前人类已经人类已经从合成材料时代进入复合材料时代。 认识复合材料 形形色色的复合材料 玻璃纤维增强树脂基复合材料
碳纤维增强树脂基复合材料基 体增强体复合材料 生产生活中常用的复合材料航空、航天领域中的复合材料纤维增强金属基复合材料
纤维增强陶瓷基复合材料1 复合材料中往往由一种材料作为基体，另一种材料做（ ）
A 增塑剂 B 发泡剂 C 防老剂 D 增强体
2 下列物质属于复合材料的是（ ）
A 玻璃钢 B 人造皮革 C 钢化玻璃 D 合成树脂
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 ① ④ B 仅 ② ③ C除③外 D ① ② ③ ④
4 随着社会的发展，复合材料是一类新型的有前途的发展材料，目前符号材料最主要的应用领域是（ ）
A高分子分离膜 B 人类的人工器官
C 宇宙航空工业 D 新型药物DADC5 用短线把下列物质、用途、主要性能相连接。
物质 用途 性能
玻璃钢 制造骨和股关节 耐腐蚀强
光纤 制造排水管道 密度小，强度高
生物陶瓷 汽车车轮骨架 质量轻，保密性好
铝合金 通讯材料 有生物功能课件12张PPT。第四章第三节 复合材料［交流·研讨］一、认识复合材料硬度大易加工易被腐蚀抗腐蚀耐高温易破碎耐腐蚀易老化
不耐高温归纳1、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特殊的加工制成的材料称为复合材料。 2、复合材料的组成：3、复合材料和合金比较： 复合材料 预测性能增强体材料的化学组成基体材料的类型金属 C陶瓷 SiO2合成树脂 SiO2、Al2O3合成树脂 C耐酸碱，化学稳定性好，强度高，密度小，韧性好强度高，抗冲击，绝缘性好，耐热温度低于300℃耐高温，隔热性好，强度韧性得到改善耐1600℃以上的高温，强度高，密度小二、形形色色的复合材料 1）、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。可广泛用于制作小型娱乐设施、管道、小舟、化工设施、小型建筑等1、生产生活中常用的复合材料 2）、碳纤维复合材料性能：韧性好，强度高，质量轻应用：纺织机械和化工机械的制造，人体组织中韧带的制作，制造高尔夫球杆、网球拍等等体育用具2、航空、航天领域的复合材料1）机翼、机身、导弹壳体和尾翼的复合材料组成基体：金属增强体：纤维（碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维等）性能：耐高温、强度高、导电导热性好、不吸湿和不易老化，密度小。2）机身隔热复合材料：组成基体：陶瓷增强体：碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维性能：耐高温、韧性好目
标
检
测1．下列不属于玻璃钢具有的性能的是
A ．易碎 B．易燃 C．耐水 D．耐磨2、下列各项中不能用玻璃钢制造的是
A．餐厅座椅 B、汽车窗玻璃
C、废水管道 D．垃圾桶AB目
标
检
测 3．航天飞机机身上使用的隔热陶瓷瓦是
A．仿生复合材料
B．陶瓷和纤维复合而成的材料
C．纳米复合材料
D．分子复合材料4．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
A ．金属基复合材料 B ．树脂基复合材料
C．绝缘基复合材料 D．智能复合材料 BA5 用短线把下列物质、用途、主要性能相连接。
物质 用途 性能
玻璃钢 制造骨和股关节 耐腐蚀强
光纤 制造排水管道 密度小，强度高
生物陶瓷 汽车车轮骨架 质量轻，保密性好
铝合金 通讯材料 有生物功能
