4.3.1复合材料
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第3节复合材料
1.复合材料是指将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。
2．复合材料由基体和增强体构成，基体起黏结作用，增强体起骨架作用。
3．玻璃钢的基体是合成树脂，玻璃纤维是增强体。
1．常见的金属材料有哪些？
提示：金属、铝合金、钢铁、铜合金等
2．常见的传统无机非金属材料有哪些？
提示：玻璃、水泥、陶瓷、砖瓦等
3．常见的有机高分子材料有哪些？
提示：塑料、纤维、橡胶均属于有机高分子材料。
认识复合材料
[新知探究]
探究1 定义
将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。
探究2 组成
复合材料基体：起黏结作用。增强体：起骨架作用。
探究3 特性
(1)复合材料既能保持原有材料的长处，又能弥补它们的不足。
(2)各组分之间相互协同作用，形成优于原材料的新性能。
(3)复合材料是基体和增强体经过特殊加工复合而成，并非简单混合。 对应学生用书P96 [成功体验]
1．复合材料中往往由一种材料做基体，另一种材料做( )
A．增强体 B．发泡剂
C．防老剂 D．增塑剂
答案：A
形形色色的复合材料
[新知探究]
探究1 生产、生活中常用的复合材料
(1)玻璃钢：
①组成 基体：合成树脂增强体：玻璃纤维
②性能：具有强度高、密度小、韧性好、耐腐蚀、耐磨、耐撞、绝缘、产品美观、制造方便等优良特性。
③应用：可广泛用于制作小型娱乐设施、管道、化工设施、小型建筑等。
(2)碳纤维增强复合材料：
①组成 基体：合成树脂增强体：碳纤维
②性能：韧性好、强度高、质轻。
探究2 航空、航天领域中的复合材料
(1)飞机、火箭、导弹等用的复合材料，大多是以纤维为增强体、金属为基体的复合材料。优点：耐高温、强度高、导电性好、导热性好、不吸湿和不易老化等。
(2)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。
[成功体验]
2．请用短线把下列物质及其用途、主要性能相互连在一起。
答案：A—a—② B—c—④ C—d—① D—b—③ E—e—⑤
对应学生用书P97 考查复合材料的分类和性能
1.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．各种复合材料的比较
材料名称 基体 增强体 主要性能 主要用途
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 娱乐设施、运输罐、电话亭、餐桌椅等
碳纤维增强复合材料 合成树脂 碳纤维 韧性好，强度高，质轻 高尔夫球杆、球拍、钓鱼竿、赛车等
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 飞机、火箭的机翼和机身，导弹的壳体、尾翼
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 航天飞机机身
[例] 某复合材料是以人工碳纤维为增强体、金属钛为基体复合而成的。估计这种材料具有的性质或用途是( )
①耐高温 ②不耐热 ③导电、导热 ④不导电、不导热 ⑤可用于飞机机翼 ⑥可用于导弹的壳体
A．①③⑤⑥ B．②③⑤⑥
C．②③④ D．③④⑤
[解析] 以碳纤维为增强体、金属钛为基体的复合材料应兼有增强体和基体的优点。碳纤维熔点高、硬度大，金属钛熔点高、导电、导热，二者的密度都较小。因此，该碳纤维增强复合材料具有耐高温、导电、导热、密度小的特点，可用于制造飞机和导弹。 [答案] A
复合材料在我国神舟十号飞船成功返航的过程中，发挥了巨大的作用，其船身上使用的隔热陶瓷瓦是由( )
A．金属与碳复合而成的
B．碳纤维与合成树脂复合而成的
C．纤维与SiO2陶瓷、Si3N4陶瓷等复合而成的
D．陶瓷与SiO2复合而成的
解析：选C 用于飞船表面的隔热陶瓷瓦是由纤维和陶瓷复合而成的材料制成的。其中纤维多为碳纤维、碳化硅纤维或氧化硅纤维，陶瓷为Al2O3陶瓷、SiO2陶瓷、Si3N4陶瓷、SiC陶瓷等。
[课堂双基落实]
1．下列常用化学仪器的制作材料，属于复合材料的是( )
A．铁架台 B．烧杯
C．石棉网 D．瓷坩埚
解析：选C 铁架台的制作材料为金属铁；烧杯、瓷坩埚的制作材料均为硅酸盐材料；石棉网是由石棉做基体，铁丝网做增强体形成的复合材料。
2．复合材料中起骨架作用的是( )
A．基体 B．增强体
C．增塑剂 D．防腐剂
解析：选B 增强体起骨架作用，基体起黏结作用。
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
解析：选D 复合材料既保持了原有材料的特点，又极大地改善了原材料的各种性能，具有强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀等特性。
4．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 对应学生用书P97 C．制造网球拍所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．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
解析：选B 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。
5．把下列材料与其特性用短线连接起来。
①金属材料 a．易破碎、耐高温、绝缘性好
②有机合成材料 b．强度高、耐磨损、绝缘性好
③陶瓷材料 c．易老化，不耐高温
④复合材料 d．易被腐蚀
答案：①—d，②—c，③—a，④—b
[课下综合检测]
1．下列物质属于复合材料的是( )
A．玻璃 B．生物陶瓷
C．光导纤维 D．钢筋混凝土
解析：选D 钢筋混凝土的基体是混凝土(水泥、石子、沙子、水的混合物)，增强体是钢筋。
2．下列说法正确的是( )
A．用在航天器中的隔热陶瓷属于复合材料
B．提倡使用乙醇汽油主要是为了提高汽油的燃烧效率
C．赤潮、潮汐、酸雨、臭酸层空洞都是与环境污染有关的现象
D．松花江污染事件中，使用活性炭减少污染是因为活性炭与硝基苯发生化学反应
解析：选A 使用乙醇汽油主要是减少对环境的污染，潮汐与环境污染无关，D中主要是活性炭的吸附性。
3．下列说法正确的是( )
A．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有多种
C．基体在复合材料中起骨架作用
D．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
解析：选A 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，B项错；基体在复合材料中起黏结作用，C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，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，D项错。
4．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( )
A．复合材料的使用可以使导弹能承受超高温的变化 B．复合材料的使用可以使导弹的质量减轻
C．复合材料的使用可以使导弹承受超强度的改变
D．复合材料的使用可以使导弹承受温度剧烈变化
解析：选B 导弹射程提高的原因主要是质量减轻。
5．玻璃钢和碳纤维增强复合材料制作过程中都能用到的材料是( )
A．合成树脂 B．碳纤维
C．钢材 D．玻璃纤维
解析：选A 玻璃钢中的增强体是玻璃纤维，碳纤维增强复合材料的增强体是碳纤维。这两种复合材料的基体，都是合成树脂，答案为A。
6．纤维复合材料中的增强体为纤维状，其中应用比较广泛的有碳纤维、玻璃纤维等。下列对纤维的说法中，不．正确的是( )
A．玻璃在一定条件下拉成极细的丝，可用于纺织宇航服等，但其拉伸强度却接近高强度的钢的拉伸强度
B．玻璃纤维易断，不能用于纺织
C．碳纤维化学性能好，耐酸、碱腐蚀，有良好的耐低温性能
D．氧化铝、氧化硅、碳化硼等也可拉成纤维，做复合材料的增强体
解析：选B 玻璃本身是易碎的脆性材料，由它制成的玻璃纤维却异常柔软，具有很高的强度。
7．把①钢铁，②铜，③陶瓷，④光纤，⑤氮化硅陶瓷，⑥金，⑦水泥，⑧合成纤维，⑨玻璃钢，⑩塑料，按分类填写在下列横线上(填写序号)：
(1)黑色金属材料________。
(2)有色金属材料________。
(3)传统无机非金属材料________。
(4)新型无机非金属材料________。
(5)复合材料________。
(6)有机合成材料________。
解析：铁、铬、锰及其合金属于黑色金属材料；除去铁、铬、锰及其合金之外的金属及合金为有色金属材料；传统的无机非金属材料指水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料；新型无机非金属材料指具有特殊功能的无机非金属材料；复合材料是由基体和增强体通过特殊加工形成的材料；有机合成材料的主要是塑料、合成纤维、合成橡胶等。
答案：(1)① (2)②⑥ (3)③⑦ (4)④⑤ (5)⑨
(6)⑧⑩
8．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，回答下列问题。 (1)普通玻璃的成分是_____________________________________________________。
(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。
(3)某种复合材料具有耐高温、强度高、导电性好、导热性好的特点，估计该复合材料的基体和增强体材料可能分别是________。
A．金属；C
B．陶瓷；SiO2
C．合成树脂；SiO2、Al2O3、MgO
D．合成树脂；C
解析：(1)玻璃的成分CaSiO3、Na2SiO3和SiO2。
(3)B、C、D各项组成的材料不具有导电性。
答案：(1)硅酸钙、硅酸钠、二氧化硅
(2)铁 普通钢 不锈钢 (3)A
