课件21张PPT。第4节 材料的发展材料的发展历程： 石器陶器青铜器钢铁的使用合成材料的使用新型材料的使用原始人打造的石器印地安人用的石斧石器时代青铜鼎青铜器时代青铜宝剑青铜编钟铁器时代铁斧铁梨新型材料半导体材料制成的芯片碳纤维材料制成的自行车前叉新型材料光纤维材料制成的胃镜超级塑料制成的mP3新材料： 指新出现或正在发展中的、具有
优异特性和功能并能满足技术进步
所需的材料 新材料： 光电子信息材料先进复合材料超级陶瓷材料新型金属材料新型高分子材料超导材料树脂基复合材料 金属基复合材料
陶瓷基复合材料 碳纤维复合材料 纳米陶瓷 记忆合金、铝合金、金属玻璃 导电塑料做成的塑料电池
人工器官、可降解材料、
高吸水性高分子 阅读 纳米材料是指材料的显微结构尺寸均小于100纳米,并且具有某些特殊性能的材料。纳米材料的主要类型有：纳米粉末、纳米薄膜、纳米丝、纳米管等。判断一种材料是否是纳米材料，有两个条件：一是看微粒尺寸和晶粒尺寸是否小于100纳米；二是看是否具有不同于常规材料的性能，这两个条件缺一不可。纳米材料讨论 现在有些同学牙齿排列不整齐,你知道医学上是采用什么办法进行矫形的吗?记忆合金(镍钛合金)材料制造与环境保护 探究：怎样以铜为主要原料制备硫酸铜 CuCuSO4探究怎样以铜为主要原料制备硫酸铜1、设计制备方法：
（1）已知铜能与浓硫酸在加热的条件下反应生成硫酸铜、二氧化碳和水。
（2）
（3）2、实验原理（写出相应的化学方程式）
（1）_______________________________
（2）_______________________________
（3）_______________________________3、请对以上方法在原料的利用率及产生的污染方面进行讨论，指出绿色工艺的可行性。将铜加热转化为氧化铜，然后将氧化铜和硫酸反应制取硫酸铜Cu+H2SO4( 浓 )=CuSO4+SO2 +H2O方案一：
Cu＋2H2SO4（浓）＝CuSO4＋SO2↑＋2H2O 方案二： 2Cu＋O2＝2CuO CuO＋ H2SO4＝ CuSO4＋H2O 方案三： Cu＋2AgNO3＝2Ag＋Cu（NO3）2 Cu（NO3）2＋2NaOH＝Cu（OH）2↓＋2NaNO3 Cu（OH）2＋H2SO4＝CuSO4＋2H2O 原料的利用率、产生的污染、
制备成本等方面 考虑因素： CuH2SO4CuSO4 CuCuOO2CuSO4H2SO4 CuAgNO3Cu（NO3）2Cu（OH）2NaOHCuSO4H2SO4利用率低、会产生污染 可以利用 成本高、步骤繁锁 化工生产原则： 除了处理“三废”，还要努力提高
原料的利用率，增加产品的产量，从
根本上降低生产对环境造成的污染。 工业“三废”废气废水废渣讨论 为了保护环境，防治污染，最终达到在保持良好环境的条件下发展工业，我国采取了哪些处理和解决”三废“的措施。复合材料
复合材料 composite material 以一种材料为基体，另一种材料为增强体组合而成的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。 复合材料使用的历史可以追溯到古代。从古至今沿用的稻草增强粘土和已使用上百年的钢筋混凝土均由两种材料复合而成。20世纪40年代，因航空工业的需要，发展了玻璃纤维增强塑料（俗称玻璃钢），从此出现了复合材料这一名称。50年代以后，陆续发展了碳纤维、石墨纤维和硼纤维等高强度和高模量纤维。70年代出现了芳纶纤维和碳化硅纤维。这些高强度、高模量纤维能与合成树脂、碳、石墨、陶瓷、橡胶等非金属基体或铝、镁、钛等金属基体复合，构成各具特色的复合材料。 分类 复合材料按其组成分为金属与金属复合材料、非金属与金属复合材料、非金属与非金属复合材料。按其结构特点又分为：①纤维复合材料。将各种纤维增强体置于基体材料内复合而成。如纤维增强塑料、纤维增强金属等。②夹层复合材料。由性质不同的表面材料和芯材组合而成。通常面材强度高、薄；芯材质轻、强度低，但具有一定刚度和厚度。分为实心夹层和蜂窝夹层两种。③细粒复合材料。将硬质细粒均匀分布于基体中，如弥散强化合金、金属陶瓷等。④混杂复合材料。由两种或两种以上增强相材料混杂于一种基体相材料中构成。与普通单增强相复合材料比，其冲击强度、疲劳强度和断裂韧性显著提高，并具有特殊的热膨胀性能。分为层内混杂、层间混杂、夹芯混杂、层内／层间混杂和超混杂复合材料。 60年代，为满足航空航天等尖端技术所用材料的需要，先后研制和生产了以高性能纤维（如碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维等）为增强材料的复合材料，其比强度大于4×106厘米（cm），比模量大于4×108cm。为了与第一代玻璃纤维增强树脂复合材料相区别，将这种复合材料称为先进复合材料。按基体材料不同，先进复合材料分为树脂基、金属基和陶瓷基复合材料。其使用温度分别达250～350℃、350～1200℃和1200℃以上。先进复合材料除作为结构材料外，还可用作功能材料，如梯度复合材料(材料的化学和结晶学组成、结构、空隙等在空间连续梯变的功能复合材料)、机敏复合材料（具有感觉、处理和执行功能，能适应环境变化的功能复合材料）、仿生复合材料、隐身复合材料等。 性能 复合材料中以纤维增强材料应用最广、用量最大。其特点是比重小、比强度和比模量大。例如碳纤维与环氧树脂复合的材料，其比强度和比模量均比钢和铝合金大数倍，还具有优良的化学稳定性、减摩耐磨、自润滑、耐热、耐疲劳、耐蠕变、消声、电绝缘等性能。石墨纤维与树脂复合可得到膨胀系数几乎等于零的材料。纤维增强材料的另一个特点是各向异性，因此可按制件不同部位的强度要求设计纤维的排列。以碳纤维和碳化硅纤维增强的铝基复合材料，在500℃时仍能保持足够的强度和模量。碳化硅纤维与钛复合，不但钛的耐热性提高，且耐磨损，可用作发动机风扇叶片。碳化硅纤维与陶瓷复合，使用温度可达1500℃，比超合金涡轮叶片的使用温度（1100℃）高得多。碳纤维增强碳、石墨纤维增强碳或石墨纤维增强石墨，构成耐烧蚀材料，已用于航天器、火箭导弹和原子能反应堆中。非金属基复合材料由于密度小，用于汽车和飞机可减轻重量、提高速度、节约能源。用碳纤维和玻璃纤维混合制成的复合材料片弹簧，其刚度和承载能力与重量大5倍多的钢片弹簧相当。 成型方法 复合材料的成型方法按基体材料不同各异。树脂基复合材料的成型方法较多，有手糊成型、喷射成型、纤维缠绕成型、模压成型、拉挤成型、热压罐成型、隔膜成型、迁移成型、反应注射成型、软膜膨胀成型、冲压成型等。金属基复合材料成型方法分为固相成型法和液相成型法。前者是在低于基体熔点温度下，通过施加压力实现成型，包括扩散焊接、粉末冶金、热轧、热拔、热等静压和爆炸焊接等。后者是将基体熔化后，充填到增强体材料中，包括传统铸造、真空吸铸、真空反压铸造、挤压铸造及喷铸等、陶瓷基复合材料的成型方法主要有固相烧结、化学气相浸渗成型、化学气相沉积成型等。 应用 复合材料的主要应用领域有：①航空航天领域。由于复合材料热稳定性好，比强度、比刚度高，可用于制造飞机机翼和前机身、卫星天线及其支撑结构、太阳能电池翼和外壳、大型运载火箭的壳体、发动机壳体、航天飞机结构件等。②汽车工业。由于复合材料具有特殊的振动阻尼特性，可减振和降低噪声、抗疲劳性能好，损伤后易修理，便于整体成形，故可用于制造汽车车身、受力构件、传动轴、发动机架及其内部构件。③化工、纺织和机械制造领域。有良好耐蚀性的碳纤维与树脂基体复合而成的材料，可用于制造化工设备、纺织机、造纸机、复印机、高速机床、精密仪器等。④医学领域。碳纤维复合材料具有优异的力学性能和不吸收X射线特性，可用于制造医用X光机和矫形支架等。碳纤维复合材料还具有生物组织相容性和血液相容性，生物环境下稳定性好，也用作生物医学材料。此外，复合材料还用于制造体育运动器件和用作建筑材料等。
