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第3节　复合材料
一、认识复合材料
1．概念
将______________________________的材料经____________而制成的材料。
2．组成
复合材料
3．优点
既保持了__________的特点，又使各组分之间____________，形成了______原材料的特性。
4．分类
二、形形色色的复合材料
1．生产生活中常用的复合材料
(1)玻璃钢：是一种以__________作增强体、__________作基体的复合材料。玻璃钢的强度可达到甚至超过合金钢的强度，而密度只有钢铁的1/5左右；同时保持着较好的耐化学腐蚀性、电绝缘性和机械加工性能。
(2)目前制造高尔夫球杆、网球拍、羽毛球拍、钓鱼竿、赛车、赛艇、滑雪板和冲浪板等体育用品，采用的大多是____________复合材料。这种复合材料是在__________的基体中加入了__________作增强体，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
(1)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，大多是以______为增强体、______为基体的复合材料。这些材料具有耐高温、强度高、导电性好、导热性好、不吸湿和不易老化等优点。作为增强体的纤维是__________、__________、__________和____________等耐热性能好的纤维，其中应用最广泛的是__________；作为基体的金属用得较多的是____、____、____等密度小的轻金属。
(2)航天飞机机身上使用的隔热陶瓷瓦是由______和______复合而成的材料制成的。在这种复合材料中，增强体多为__________、________或____________，基体的主要成分有____________、MgO·Al2O3陶瓷、____________、Al2O3·ZrO2陶瓷、Si3N4陶瓷、________等。纤维增强陶瓷保持了陶瓷耐高温的特性，增加了陶瓷的韧性，使航天飞机能安全地穿越大气层返回地球。
知识点1　复合材料的组成及特点
1．下列关于复合材料的说法正确的是(　　)
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
知识点2　重要的复合材料
2．下列对玻璃钢的叙述正确的是(　　)
A．玻璃钢是由普通玻璃加强热然后骤冷而得到的，所以其成分与普通玻璃相同
B．玻璃钢是以玻璃为基体，钢纤维做增强体的复合材料
C．玻璃钢的基体是合成树脂，增强体是玻璃纤维
D．玻璃钢的强度和机械加工性能比合金钢稍差，但耐腐蚀性和绝缘性比合金钢好
知识点3　复合材料的性质和应用
3．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，回答下面的问题。
(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
练基础落实
1．玻璃钢和碳纤维增强复合材料制作过程中都用到的材料是(　　)
A．合成树脂 B．碳纤维
C．钢材 D．玻璃纤维
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．沙子 C．石块 D．钢筋
3．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
4．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
5．下列关于碳纤维增强树脂基复合材料的说法正确的是(　　)
A．碳纤维复合材料的基体是碳纤维
B．碳纤维复合材料的增强体是合成树脂
C．碳纤维复合材料具有韧性好，强度大，质脆质轻的特点
D．碳纤维复合材料具有可燃性
6．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
练方法技巧
7．复合材料中往往有一种材料作为基体，另一种材料作为(　　)
A．增塑剂 B．发泡剂
C．防老化剂 D．增强体
练综合拓展
8．请将以下材料与应用领域建立相应的连线：
铝合金(金属材料)　　　　　　航天飞机隔热瓦
碳素增强的树脂基复合材料 制门窗框、球拍
碳纤维增强的金属基复合材料 制飞机机翼
9．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钢筋混凝土、⑩塑料等材料按分类填写在下列横线上：
(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)有机高分子材料________；
(6)复合材料________。
10．超细氮化铝粉末被广泛应用于大规模集成电路生产等领域，其制取原理为Al2O3＋N2＋3C2AlN＋3CO，由于反应不完全，氮化铝产品中往往含有炭和氧化铝杂质，为测定该产品中有关成分的含量，进行了以下两个实验。
(1)称取10.00 g产品，将其加入过量的NaOH浓溶液中共热并蒸干，AlN跟NaOH溶液反应生成Na[Al(OH)4]，并放出氨气3.36 L(标准状况)。
①上述反应的化学方程式为______________________________________________；
②计算该样品中AlN的质量分数。
(2)另取10.00 g样品置于反应器中，通入2.016 L(标准状况)O2，在高温下充分反应后测得气体的密度为1.34 g·L－1(已折算成标准状况，AlN不跟O2反应)。计算该样品中含杂质炭的质量。
第3节　复合材料
基础落实
一、
1．两种或两种以上性质不同　特殊加工
2．黏结　增强体　骨架
3．原有材料　协同作用　优于
4．树脂　陶瓷　金属　颗粒　纤维　夹层
二、
1．(1)玻璃纤维　合成树脂　(2)碳纤维增强　合成树脂　碳纤维
2．(1)纤维　金属　碳纤维　硼纤维　碳化硅纤维　氧化铝纤维　碳纤维　铝　镁　钛　(2)纤维　陶瓷　碳纤维　碳化硅纤维　氧化硅纤维　Al2O3陶瓷　SiO2陶瓷　SiC陶瓷
对点训练
1．D　[本题考查复合材料的概念，它不同于混合物、不同于合金。复合材料由两种或两种以上不同性质的材料经特殊加工而制成，并不是简单的混合。复合材料的两部分作用是不同的，基体起黏结作用，增强体起骨架作用。]
2．C　[玻璃钢是人们熟悉的一种多用途的复合材料，它的学名叫玻璃纤维增强塑料，诞生于30年代。以玻璃纤维为骨架，以合成树脂做基体和黏结剂，加热压制成型就得到玻璃钢，其成品强度可与钢材媲美，比重仅为钢铁的1/5～1/4，耐高温、抗腐蚀、电绝缘、抗震抗裂、隔音隔热、加工方便。在航空、机械、汽车、舰船、建筑、化工等部门得到广泛的应用。]
3．(1)硅酸钙、硅酸钠、二氧化硅　(2)铁　普通钢　不锈钢　(3)A
解析　(1)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。(2)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元素，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。(3)复合材料兼具有基体和增强体的优点，据此可判断，应该为金属和C的复合材料。
课后作业
练基础落实
1．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。]
2．A　[基体起黏结作用，钢筋混凝土中起黏结作用的是水泥。]
3．C　[复合材料中一定含有两种或两种以上的材料，但这两种或两种以上的材料必须是性质不同的材料。所以，A、B两项正确；在复合材料中起骨架作用的是增强体，起黏结作用的是基体，C项错，D项对。]
4．B　[提高导弹射程必须减轻其质量，而复合材料重量轻的特点，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，以增强对材料性能的认识。]
5．D　[此材料是“碳纤维增强体＋合成树脂基体”的简称，由此可知，A、B错；应有合成材料的韧性，并不“质脆”，C错；不论碳或合成树脂，皆有可燃性，D正确。]
6．A　[足球是皮革制品。]
练方法技巧
7．D　[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材料。其中，一种材料作为基体，另一种材料作为增强体。]
练综合拓展
8.
解析　铝合金质轻，制门窗框、球拍；碳素增强的树脂基复合材料有柔韧性，制球拍等体育用品及人体韧带；碳纤维增强的金属基复合材料耐高温，导电性好，制飞机机翼；Si3N4陶瓷为基体的碳纤维增强复合材料，耐高温，有韧性，制航天飞机隔热瓦。
9．(1)①　(2)②⑥　(3)③⑦　(4)④⑤　(5)⑧⑩　(6)⑨
解析　冶金工业上，人们将金属材料分为黑色金属材料和有色金属材料两大类。黑色金属材料包括铁、锰、铬以及它们的合金，除黑色金属以外的其他金属材料及其合金称为有色金属材料。硅酸盐是传统无机非金属材料。新型无机非金属材料包括高温结构陶瓷、生物陶瓷和压电陶瓷等。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。
10．(1)①AlN＋NaOH＋3H2ONa[Al(OH)4]＋NH3↑　②61.5%　(2)1.92 g
解析　(1)设样品中含AlN的质量为x
AlN＋NaOH＋3H2ONa[Al(OH)4]＋NH3↑
41 g 22.4 L
x 3.36 L
x＝＝6.15 g
则w(AlN)＝×100%＝61.5%
(2)设生成CO2 a mol，CO b mol，则
g·L－1＝1.34 g·L－1①
2C＋O2　2CO　C＋O2　　CO2
22.4 L 2 mol 22.4 L 1 mol
11.2b L b mol 22.4a L a mol
则22.4a L＋11.2b L＝2.016 L②
①②联立，得
a＝0.02，b＝0.14
炭的质量＝12 g·mol－1×(a＋b) mol＝1.92 g。

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