《复合材料的制造》教案3.doc

《复合材料的制造》教案
课程目标
1.知道什么是复合材料，认识复合材料是新材料一个重要的发展方向。
2.了解复合材料的分类、组成与性能特点，了解其应用。
教学过程
一、复合材料的分类
1.聚合物基复合材料。
主要是指纤维增强聚合物材料。如将碳纤维包埋在环氧树脂中使复合材料强度增加，用于制造网球拍、高尔夫球棍和滑雪橇等。玻璃纤维复合材料是玻璃纤维与聚酯的复合体，可以用于结构材料，如汽车和飞机中的某些部件、桥体的结构材料和船体等，其强度可与钢材相比。增强的聚酰亚胺树脂可用于汽车塑料发动机，使发动机质量减小，节约燃料。
2.陶瓷基复合材料。
为改变陶瓷的脆性，将石墨或聚合物纤维包埋在陶瓷中，制成的复合材料有一定的韧性，不易碎裂，而且可以在极高的温度下使用。这类陶瓷基复合材料可成为汽车、火箭发动机的新型结构材料。金属网陶瓷基材料具有超强刚性，可作为防弹衣的材料。
3.金属基复合材料。
在金属表面涂层，可以保护金属表面或赋予金属表面某种特殊功能，如金属表面涂油漆可以抗腐蚀；金属表面做搪瓷内衬可制造化学反应釜；金属表面镀铬可使表面光亮；金属表面涂以高分子弹性体赋予表面韧性，可作为抗气蚀材料用于水轮机、汽轮机的不锈钢叶片上，延长其使用年限；在纯的硅晶片上复合多层有专门功能的物质可用于计算机的集成电路片。
二、常见的无机非金属材料、金属材料与复合材料的比较

材料
无机非金属材料
金属材料
复合材料
含义
以黏土、石英和长石等为原料生产的硅酸盐制品
金属及其合金
两种或两种以上性质不同的材料经特殊加工而制成的
主要成分
各种硅酸盐的混合物
各种金属及硅等少量非金属
由基体(黏结作用)和增强体(骨架作用)组成
特性
抗腐蚀、耐高温、硬度大、耐磨损，新型无机非金属材料还具有电学、光学特性、生物功能等
强度高、坚韧、塑性好、易于成型、有良好的延展性、导电性、导热性，合金抗腐蚀性强
耐酸碱、化学稳定性好、密度小、强度高、韧性好、耐高温、导电导热、热性能好；性能保持原材料特点又优于原材料
品种示例
玻璃、水泥、各种陶瓷(黏土质陶瓷、高温结构陶瓷、生物陶瓷、电压陶瓷等)、光导纤维
黑色金属材料(铁、铬、锰及它们的合金)：钢铁；有色金属材料(铁、铬、锰以外的金属及合金)：金、银、铜及合金
生产生活中的复合材料(玻璃钢：玻璃纤维增强树脂基复合材料、碳纤维：碳纤维增强树脂基复合材料)；航空航天中的复合材料(飞机、火箭：纤维增强金属基复合材料；航天飞机：纤维增强陶瓷基复合材料)
【例题】下列物质不属于复合材料的是(　　)
A.碳化硅纤维
B.生物陶瓷
C.钢化玻璃
D.氮化硅陶瓷
【解析】复合材料具备的特征是：能够承受高温、高强度，具备电学、光学特性，具有生物功能。而传统的非金属材料主要是指以硅酸盐为原料而制备的材料，如水泥、玻璃、传统陶瓷等。选项C中的钢化玻璃跟普通玻璃的成分是一样的，只是制作工艺稍有差别，钢化玻璃是将玻璃熔融体经过急速冷却而制得的。
【答案】C
【方法点拨】传统非金属材料主要是指硅酸盐材料(即水泥、玻璃和陶瓷)；复合材料有其特征，所以二者区别明显。
课堂练习
1.磷酸钙是陶瓷，也是一种复合材料，它可用于制人造骨骼，这是利用了这类材料的(　　)
A.耐高温的特性
B.电学特性
C.光学特性
D.生物功能
2.材料科学是近年来与化学有关的科学研究的重点，某新型无机非金属材料K由两种非金属元素组成，它是一种超硬物质，具有耐磨、耐腐蚀、抗冷热冲击、抗氧化等特性。它是以中学化学中的常见物质为原料来生产的。下图所示为其生产过程，其中虚线框内转化是为探究C的组成而设。已知A、B均为非金属单质，G、F、H均为难溶于水的白色沉淀；图中除D、K(均含A元素)外均为中学化学常见的物质。

请回答下列问题：
(1)指出K所属的晶体类型　　 ，K晶体中A原子周围化学键的键角均相等，则其键角值为　　 。 
(2)写出化学式：单质B　　 ，化合物F　　 。 
(3)写出反应③的化学方程式：　 。 
【参考答案】
1.D
【解析】根据复合材料特性及其应用进行判断。植入的陶瓷和人体组织有很好的亲和性，在体内能长期发挥功能。
2. (1)原子晶体　109°28'
(2)Cl2　H2SiO3(或H4SiO4)
(3)3Si(NH2)4Si3N4+8NH3↑
【解析】正确解答该题的关键是探究化合物C的化学式，化合物C与水反应产生E和沉淀F；通过探究可知，E中有氯元素，即C中有氯元素；通过沉淀F一系列的变化可以得出F是硅酸或原硅酸，因此化合物C是SiCl4。