2.3 固体新材料（备课堂）-【上好课】2020-2021学年高二物理同步备课系列（粤教版选修3-3）

粤教版 高中物理选修3-3 第二章 硅晶 根据人类使用的材料 把古代史划分为青石器时代 －－陶瓷时代－－青铜器时代－－铁器时代 而今人类 已经越过钢铁时代跨入人工合成材料和复合材料的新时代 即将进入 　　　－－纳米时代 固体材料的发展史： 新材料往往具有特殊性能： 1、超高强度 2、超高硬度 3、超塑性 4、各种特殊的物理性质 　　（如磁性、超导性－－） 新材料的基本特征 新材料的研发及其应用，推动了人类文明和社会进步 半导体材料　是支撑现代文明社会的最重要的材料之一，应用于： 晶体管、集成电路、红外发光管、太阳能电池、微小集成电路、激光器 件、光电集成电路等信息处理与通讯领域 上至雷达、火箭、卫星，家用电视机、DVD机、手机、空调和家用电器 的遥控器等都离不开它 硅　是当前用途最广的半导体材料，主要应用于电子器件和集成电路 磁存储材料　经历了氧化物磁粉、金属合金磁粉、金属薄膜 （如磁性铁气体单晶薄膜，其存磁密度已达到约107cm-2值） 新材料的未来 各种复合材料： 　　复合金属材料 　　复合陶瓷材料 　　复合高分子材料 纳米材料 机敏材料　同时具有感知外界环境或参数变化和驱动功能 生物医学材料 硅晶 1.玻璃纤维复合材料——玻璃钢     增强剂：玻璃纤维（SiO2+其他氧化物）——比强度和比模量高（如40%玻璃纤维增强尼龙的强度大于铝合金），耐高温，化学稳定性好，电绝缘性较好 (1) 热塑性玻璃钢   粘结剂：热塑性树脂——尼龙、聚烯烃类、聚苯乙烯类、(热塑性聚脂，聚碳 酸脂)——机械性能、介电性能、耐热性和抗衰老性能较好    复合材料　     性能：（与基体材料相比）        i 强度和疲劳性能提高2-3倍以上        ii 冲击韧性提高2-4倍(脆性材料)        iii 蠕变抗力提高2-5倍 用途：玻璃纤维/尼龙---->轴承，轴承架，齿轮；玻璃纤维/聚苯乙烯→汽车内装饰制品，机壳 (2)热固性玻璃钢 粘结剂：热固性树脂——酚醛树脂，环氧树脂（不饱和聚酯树脂，有机硅树脂）    性能：轻，比强度高(高于铜合金和铝合金，有高于合金钢)，耐蚀性好,介电性能优越,成型性能良好   刚度较差，易老化，易蠕变 (1)碳纤维树脂复合材料       基体——环氧树脂，酚醛树脂，聚四氟乙烯性能普遍优于玻璃钢： 比铝轻，比钢强，E 比铝合金和钢大，疲劳强度高，冲击韧性高，耐水和湿气，化学稳定性高，摩擦系数小，导热性好，耐X射线， 纤维和树脂粘结力不够，各向异性大，耐高温性能有差距 2.碳纤维复合材料 用途： 航天材料——飞行器，火箭外层材料，天线支架，壳体，机架 齿轮，轴承，活塞，密封圈，化工容器 (4)碳纤维陶瓷复合材料        基体---陶瓷（如：石英玻璃）       性能特点：碳纤/石英玻璃——抗弯强度提高了约12倍，冲击韧性提高了约40倍，热稳定性也非常好 (3)碳纤维金属复合材料       基体——金属(主要为熔点较低的金属或合金，如碳纤/铝锡合金)      性能特点：接近于金属熔点仍有很好的强度和弹性模量)      用途：碳纤/铝锡合金——高强度高级轴承（减磨性能优于铝锡合金）) (2)碳纤维碳复合材料       性能：强度和冲击韧性比石墨高5-10倍，刚度高，耐磨性，化学稳定性好，尺寸稳定性好。用途：高温技术，化工和核反应装置中棗航天航空材料，导弹鼻锥，飞船的前缘，超音速飞机制动装置     增强剂：硼纤维——硼纤维沉积于钨丝 → 金属硼+WB晶体(芯)    d=9～15μm，σb=2750～3140MN/m2，E=382600～392400MN/m2（=4倍玻纤），ε=0.7～0.8% (1)硼纤维树脂复合材料      基体——环氧树脂，聚苯并咪唑，聚酰亚胺树脂    性能：抗压强度为碳纤维复合材料的2～2.5倍，剪切强度高，蠕变小，硬度和弹性模量高，高疲劳强度（340～390MN/m2），耐辐射，化学稳定（水，有机溶剂，燃料，润滑剂），导热性能和导电性能好（硼纤维是半导体）。    应用：航空和宇航材料，如：翼面，仪表盘，转子，压气机叶片，直升机螺旋桨叶的传动轴等 3.硼纤维复合材料   性能：如铝基复合材料的强度、弹性模量、疲劳极限高于高强铝合金和耐热铝合金，比强度高于钢和钛合金 .    (2)硼纤维金属复合材料      基体——铝镁及其合金，钛及其合金   应用：航空、火箭 4. 金属纤维复合材料 增强纤维——高熔点金属：钨、钼丝 （1）金属/金属：基体——镍合金，钛合金      提高合金的高温强度和弹性模量，塑性和韧性较好，用于飞机构件 （2）金属/陶瓷：基体-----氧化铝，氧化锆      改善陶瓷脆性和抗拉能力，用作高