金属基复合材料的应用与发展趋势课件.ppt

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1、时间反复无常，鼓着翅膀飞逝,金属基复合材料的应用与发展趋势,金属基复合材料的应用与发展趋势时间反复无常，鼓着翅膀飞逝金属基复合材料的应用与发展趋势第9章金属基复合材料的应用与发展趋势江苏大学材料科学与工程学院9.1金属基复合材料的应用金属基复合材料自进入工业应用发展阶段以来,逐步拓宽了应用范围,但由于价格较高且难以大幅度降低,使得许多可能得到应用的领域,尤其对价格比较敏感的汽车等行业的应用受到限制。复合材料的大规模应用,除价格之外,还需要解决设计加工、回收等方面的问题。金属基复合材料在国外已经实现了商品化,而在我国仅有小批量生产,以汽车零件、机械零件为主,主要是耐磨复合材料如颗粒増强铝基或锌基

2、复合材料、短纤维増强铝基或锌、镁基复合材料等,年产量仅5000t左右,与国外差距较大。2019年8月12日星期一,在现代教育信息技术迅速发展的当今时代，“微课”成为一种新型教育资源，国内外有关微课的研究都在如火如荼地进行。目前国内的应用前景和开发平台都以良好的形势发展着，如何将微课真正运用于具体学科中将是微课研究的趋势。初中化学主要内容为基本理论和基本实验，对初入门学习化学的学生来说，这些内容知识点繁多零散，原子、分子、离子等微观世界知识的学习是具有一定困难度。根据调查反映目前教学进度偏快，大部分学生对于课堂教学的主动性和积极性不高，缺乏对化学学科的学习兴趣等问题。而微课则具有短小精悍、针对性

3、强、目标明确等显著优点。笔者在教学实践中，将微课应用于初三化学教学，提出微课与导学案有效结合的模式，旨在解决目前初三化学教学中的问题。一、微课与化学导学案结合的策略有：1.点面结合，分散难度 在教学过程中，导学案为“面”，囊括整个教学内容；而微课为“点”，仅是对教学内容中某个知识点或知识块的细化讲解。因此，在将微课与导学案相结合时，首先在导学案和微课设计阶段，导学案与微课要相互区分，突出二者面与点的内在关系，同时要有机结合起来，合理安排导学案与微课的内容，有效分散知识的难度。2.衔接自然，相辅相成 在微课的教学内容中，应当仿照导学案的结构，适当安排回顾知识和衔接模块，这样能使课堂的教学内容过渡

4、自然，逻辑紧密，具有更强的连贯性。同时，导学案可以对微课的学习过程进行全程跟踪反馈，使两者相辅相成，相互促进。3.注重过程和反馈，提高学习效率 在导学案的内容设计中，应当安排微课的相关教学内容，以及自我检测和反思总结，以督促学生自主学习；微课本身的设计则需要发挥自身短小精悍、针对性强、情境有趣等优点，这样才能更好地吸引学生学习。将微课与导学案结合时，要注重两者的教学过程，并实时取得反馈，从而提高学习效率。二、初中化学学习内容包括：化学知识学习、化学技能学习、化学态度、观念学习 1.在化学知识学习方面 以“二氧化碳与一氧化碳（课时一）”为例，利用微课与导学案相结合，对学生，普遍认为此次导学案更为

5、贴合课堂实际教学，微课的内容具有不同于以往较为单一的学习方式，微课的动画与生动的配音大大提高了学生的学习兴趣，同时对于这一节的重难点知识（二氧化碳的化学性质）起到反复的巩固作用，最后从练习题的反馈中进一步验证学生对知识有了更深层次的理解掌握。此外，学生给出了很多具有建设性的建议：如加强动画类的设计、学生自主参与微课制作等，说明微课在化学知识学习模块上的应用较为成功，此种方式深受学生欢迎。对教师，在二氧化碳与一氧化碳（课时一）教学中，教师对于在教学中导学案与微课结合的模式较为肯定，认为此节课时的导学案和微课结合紧密，针对性地对学生的重难点进行巩固，精准而恰当的微课可以有效促进学生的自主学习。但也

6、指出可能存在的不足：教师自身目前不会自主设计制作微课，引 用他人的微课不能很有效的贴合具体实际教学。在具体工作环境中，若是少数教师自主设计微课教学，会相应加重教师负担。对设计者，二氧化碳与一氧化碳（课时一）课时中，主要的知识点在于二氧化碳的化学性质以及相关实验操作与现象。导学案和微课的设计都将重点放于此处，在微课中将重难点集中，突出实验现象和化学性质，将难点细化精讲，配以各种动画的效果，使知识难度进行分化，更符合学生的学习心理。导学案与微课的不足在于若对学生的学习情况掌握得不准确，配套的导学案与课堂教学内容可能会有些出入，点与点的知识过渡上需要更加自然；微课的设计由于受到时间、精力的限制，微课

7、的效果会受到相应的影响。所以，笔者认为微课在教学中的应用有更大的开发潜力，若有更加专业的团队制作精美而贴合实际的微课，应用的前景应更为广阔。2.从化学技能学习的角度来说 以“如何正确书写化学方程式”为例，利用微课与导学案相结合，对学生，关于化学反应方程式的书写，微课与导学案的应用效果较为一般。导学案的效果较为贴切学生实际，微课对于化学反应方程式的书写属于巩固环节，有助于提醒学生记忆，但具体的配平还需学生自主反复练习。化学反应方程式的正确书写在微课视频中主要在于介绍运用方法，较为虚拟，真正的理解掌握需要自身反复练习。对教师，导学案可以起到统筹作用，引导学生进行学习和巩固训练，其中教师的监督作用必

8、不可少。如何正确书写化学反应方程式的微课内容较为常规介绍总结方法，可以帮助教师有效巩固一些内容。但对于学生在实际运用中遇到的不同问题很难有不同角度不同层次的分析讲解，化学技能学习的微课缺乏了相应的灵活性。对设计者，如何正确书写化学反应方程式这一节内容的重难点在于学生掌握书写的方法与步骤，所以笔者设计导学案着重强调方法上的运用。而笔者选择的微课是在实际教学的基础上，再次举例巩固，细化讲解步骤与方法。时长 5 分钟，内容短小，有效提高学生学习的效率。实践应用说明技能类的知识学习，微课的简单讲解方法上还存在一定的不足，需要设计不同层次不同类型的微课来满足不同学生，微课的设计上可以更加的细分和系统化。

9、3.从化学态度、观念学习的角度来说 以“白醋鉴别真假黑米”为例，利用微课与导学案相结合，从学生方面来说，白醋鉴别真假黑米拓展了酸碱指示剂的相关内容，注重培养学生思考和解决实际问题的能力，并在实验探究过程中插入了相关实验视频，进一步激发自主动手实验的兴趣，对化学家庭实验充满兴趣。从教师方面而言，此类知识在有效的化学课堂中显然较难安排设计，在课后利用微课进行拓展教学，很好的培养了学生的化学实验能力。这节内容来源于生活，起源于化学，应用于生活，对化学与生活是一个非常好的结合案例，非常有效的调动了学生学习化学的积极性。从设计者角度来说，导学案的前期回顾酸碱指示剂的相关知识，微课再抛出问题，进行生活的探

10、究实验研究。这样的设计较为符合学生的认知发展规律，能够有效激发学生思考问题的动机。从实践的效果而言，学生对于拓展实验、家庭实验等研究充满兴趣，培养良好的科学观念，说明微课在化学态度、观念的学习有着较好的促进作用。总的来说，微课与导学案模式新颖，进过时间，学生对化学学习的自主性增强，对微课新的教学资源产生极大的兴趣，在教学中具有推广价值。化学在九年级时才开设，学生接触的时间较晚，学习时间仅一年，化学的课时也较少。但是，初中化学是化学的启蒙与基础，也是实用性较强的学科，不仅能为高中化学学习奠定基础，也能为在今后实际生活中处理一些问题带来帮助。那么，我们如何引导学生在有限的时间内学好化学呢？一、快乐

11、教学，培养学生浓厚的学习兴趣 化学的基本概念、基本反应原理等基础知识是枯燥的，是需要记忆的。学生在科目繁多的情况下，学习化学的时间长了，势必觉得无趣、繁琐，这就需要我们激发学生的学习兴趣。我们必须抓住初中生好奇、对新鲜事物感兴趣的特点和“打破砂锅问到底”的探究热情，培养学生浓厚的学习兴趣，促进学生对知识的理解和感悟，促进学生更主动、积极地探索知识的奥秘。如在教学“空气”这一章节时，我们可以以游戏来导入新课：请在我的描述中抢答，（1）它是一种气体，我们每天都身处其中，它约占空气体积的78%，无形、无色、无味。（2）它同样是一种气体，我们几乎感受不到它的存在，但是谁也离不开它，它约占21%。以此来

12、引入对空气组成部分的学习，第一种是氮气，第二种是氧气，它们是空气的主要组成部分。在教学“化学使世界变得更加绚丽多彩”时，可以采用多媒体播放化学生产工艺和产品，如用隔水透气的高分子薄膜做的鸟笼，玻璃纤维增强塑料制造的破冰斧柄，直径6厘米的尼龙绳吊起2吨的汽车等等，让学生感受化学的神奇。二、自主学习与合作探究相结合，培养学生的自学能力和探究精神 教材中有一部分内容通俗易懂，有的还配有图文，我们可把这些内容设置在导学案教学中的自主预习部分，让学生通过预习来解决。譬如，写出水的分子式，写出氧气的物理性质、氨水的性质，写出元素周期表中常见元素的拉丁文名称及对应元素符号等这些学生能自主解决的知识。在教学“

13、金刚石、石墨和C60”时，这几种物质中学生对前两种比较熟悉，我们常见的切割石材的刀片主要成分就是金刚石，而H型的铅笔芯就是以石墨为主要原 料，而且我们在讲“水的净化”时，已涉及炭的吸附性，所以我们可以尝试让学生自主学习，探究不同碳单质的一些特性以及用途。而有些重点、难点部分，则可以交由学生合作探究，学生互相讨论矫正，教师巡回辅导、重点指导、释疑解难。如在教学“空气”这一章节时，我们可以设置如下的开放式探究题：（1）请结合所学知识，概述水的物理性质；（2）如果把自然界水里溶解的气体收集起来，分析的结果是氧气的体积分数大于21%，氮气的体积分数小于78%。此现象说明。学生分小组讨论，得出答案，进行

14、交流展示，教师加以点拨指导，完成学习目标。三、引入实验教学，让学生在实验中得出结论，加深印象 实验能让学生直观化地了解概念或结论的得出过程，培养学生的创造性思维。在教学过程中，我们可以根据不同章节的不同内容，选择可操作性强的部分来进行实验教学，这样既可以培养学生的动手能力，也可以让抽象的内容变得生动、鲜活，激发学生学习的兴趣。如，在区别物理变化和化学变化时，我们就可以采用实验教学的方式，让学生更为直观、具体地理解两者之间的差别。我们分两组进行实验，第一组：首先，可以取适量的水放入试管，然后把试管夹起来放在酒精灯上加热，直至试管中的水沸腾，再用干净的玻璃片接近试管口，看看玻璃片上有何变化，最终我

15、们会发现，除了小部分变成了气态（加热形成了玻璃上的水蒸气）外，水还是液态的水，没有产生其他的物质；其次，把蓝色块状的胆矾放入可以研磨的器皿内，捣磨，最终块状的胆矾依旧是蓝色，只不过形状变成了粉末。第二组：把块状的胆矾和粉末状的胆矾分别装入试管，加入适量的水，轻轻震荡，变成溶液，然后再分别加入氢氧化钠溶液，奇妙的事情发生了，原本蓝色的清亮的溶液竟然出现了蓝色的沉淀物氢氧化铜。由此，我们可以引导学生，第一组实验中，水和胆矾虽然在形态上发生了变化，但没有其他新物质产生，此为物理变化；而第二组实验中，胆矾和氢氧化钠溶液混合生成了新的物质氢氧化铜，此为化学变化。两者之间最大的区别就在于有没有产生新的物质

16、。这样学生对此知识的理解就更为深刻，记忆也更为牢固。四、课堂教学生活化，让化学课堂与生活实际相联系，学以致用，让学生感受到化学的益处 化学本就是和生活实际联系非常密切的学科，生活中很多问题的解决都要用到化学知识，我们要把课本内容与闲适生活紧密联系起来，让学生学有所得、学有所用。如铁为什么会生锈呢？原来是铁在潮湿的空气中发生了氧化，生成了新的物质“铁锈”Fe2O3。木炭为什么能在空气中燃烧，并发出光和热呢？原来是木炭中的C（碳）和空气中的O（氧）结合，生成二氧化碳的同时放出了热量，化学能转化成了光能和热能。胃痛时为什么喝点小苏打水或是吃点胃舒平就能缓解呢？我们就可以用中和反应这一知识点来解答生活

17、中的疑问。胃痛有时候是因为胃酸过多，碱性的小苏打水能中和胃酸，两者发生中和反应，胃酸不复存在，生成了新的物质氯化钠和水、二氧化碳。而胃舒平的主要成分是氢氧化铝，也是一种碱性物质，能和胃酸发生中和，生成新的物质氯化铝，这样就会减少胃酸，从而减缓胃痛。,第9章金属基复合材料的应用与发展趋势江苏大学材料科学与工程学院,9.1金属基复合材料的应用金属基复合材料自进入工业应用发展阶段以来,逐步拓宽了应用范围,但由于价格较高且难以大幅度降低,使得许多可能得到应用的领域,尤其对价格比较敏感的汽车等行业的应用受到限制。复合材料的大规模应用,除价格之外,还需要解决设计加工、回收等方面的问题。金属基复合材料在国外

18、已经实现了商品化,而在我国仅有小批量生产,以汽车零件、机械零件为主,主要是耐磨复合材料如颗粒増强铝基或锌基复合材料、短纤维増强铝基或锌、镁基复合材料等,年产量仅5000t左右,与国外差距较大。2019年8月12日星期一,9.1.1金属基复合材料在航天领域的应用9.1.1.1连续纤维增强金属基复合材料在航天器上的应用金属基复合材料在航天器上首次也是最著名的成功应用是,美国NASA釆用硼纤维增强铝基(50%Bf/6061A1)复合材料作为航天飞机轨道器中段(货舱段)机身构架的加强桁架的管形支柱(见图9-1)。另一个著名的工程应用实例是,60%石墨(Gr)纤维(P100)/6061铝基复合材料被成功

19、地用于哈勃太空望远镜的高增益天线悬架(也是波导),这种悬架长达3.6m(见图9-2),具有足够的轴向刚度和超低的轴向线胀系数,能在太空运行中使天线保持正确位置,由于这种复合材料的导电性好,所以具有良好的波导功能,保持飞行器和控制系统之间进行信号传输,并抗弯曲和振动2019年8月12日星期一,反动轮组件灵敏控传感装置(后遮板2019年8月12日星期一,9.1.1.2铝基复合材料在导弹中的应用作为第三代航空航天惯性器件材料,仪表级高体分SiC颗粒/铝基新型复合材科,替代铍材,已在美国用于某型号惯性环形激光陀螺制导系统,并已形成美国的国家军用标准(MIL_M-46196)。该材料还成功地用于三叉戟导

20、弹的惯性导向球及其惯性测量单元(IM)的检査口盖,并取得比铍材的成本低三分之二的效果。2019年8月12日星期一,多年来,英国国防部投资,英国国防评估研究局与马特拉BAE动力公司研究了铝基复合材料在导弹零部件中的应用,取得了一些成效。铝基复合材料适宜制造弹体、尾翼、弹翼、导引头组件、光学组件、推进器组件、制动器组件、发射管、三角架和排气管等导弹零部件。目前,他们已完成第一、第二阶段计划,正在实施近期研究计划,并制定了未来的研究计划。(1)第一阶段研究计划20世纪90年代初,英国确定了第一阶段铝基复合材料研究计划。按照这个计划,英国对五个铝基复合材料导弹零部件进行了设计研究。它们是前弹体、弹翼、

21、尾部套简、控制尾翼与轴以及控制圆筒。设计研究内容包括每种零部件所用的材料类型、制造方法以及与传统材料相比较的制造成本(传统制造成本为100%)与减重程度。研究结果见表9-1。2019年8月12日星期一,导弹零材料新材料部件传统材料新材料减重/%减重/%名称制备方法前弹体钢20%C/AS粉末冶金Mg弹翼铝20%SC/A粉末冶金15Cu-Mg尾部套管铝20%Sc/ASi铸造l12组合尾翼铝钢SiC/Al与轴控制圆筒铝C/AI1672019年8月12日星期一,(2)第二阶段研究计划1994年,英国确定了第二阶段铝基复合材料研究计划该计划的目标是探讨用铝基复合材料制造未来近程和中程空对空高速导弹前弹体

22、的可行性。硏究的主要内容是颗粒增强铝基复合材料的抗瞬时高温性能。希望该材料在350400温度时具有瞬时强度。研究的材料包括用不同质量分数碳化硅颗粒增强的2124、2618及A1-Fe-V-Si多种铝基复合材料。研究的结论是:碳化硅颗粒增强2000系列铝合金的强度在200以下受基体材料支配,具有较高值;该材料的强度在200以上迅速降低,主要原因是碳化硅颗粒产生沉淀;该材料不适宜制造导弹前弹体,但适宜制造其他导弹零部件;Al1-FeV-Si是专为高温用途研制的铝合金,碳化硅增强的该合金显示出良好的应用前2019年8月12日星期一,(3)近期和未来的研究计划在近期的研究计划中,重点研究了经过T1热处

23、理后的SiCp/A1-Fe-V-Si复合材料,并与经过T热处理后2618铝合金以及碳化硅颗粒增强2000系列铝合金进行了对比。研究结论是:经过热处理后的1冫%碳化硅颗粒增强SiCp/Al-Fe-V-Si合金可用于制造比传统Al1CuMg合金壁薄的导弹前弹体,减重20%35%,并有助于改善导弹的性能,例如提高速度,改进制导与精度:这种薄壁前弹体可增加导弹的有效载荷容积。经过们1热处理后的SiCp/A1-FeV-Si复合材料的不足之处是需改善其延性与韧性;因在制造温度范围内具有较高强度而使制造较困难;制造工艺范围窄。在未来的研究计划中,研究者打算用可能获得的资金,制造少量碳化硅颗粒增强AFeV-S

24、i前弹体樣品:以傅进行机械加工试验及结构试验。,9.1.1.3铝基复合材料在航天领域的其他应用美国佛罗里达州的一个材料公司最近开发成功一种新型非连续増强的高强度、高耐热性铝合金复合材料,该合金基复合材料是以A1-MgSc-Gd-Zr成分合金为基体,具有优异的常温强化和低温强化能力。该合金的强度为630MPa,并且具有中等的室温延展性(7%),高温强度也很好。这种不连续增强的铝合金基复合材料是用粉末冶金法制造的,所用原料铝合金粉末为325目(小于45m)的球状粉和平均直径为5m的碳化硅粉和碳化硼粉,这种作为増强剂用的碳化物粉末掺入量为15%(体积分数)。所制得的复合材料强度超过700MPa,具有优异的刚性、比强度、抗磨性和耐热性,可用于宇航飞行器材料。也适用于火箭制造方面2019年8月12日星期一,谢谢,46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。卡耐基47、书到用时方恨少、事非经过不知难。陆游48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。史美尔斯49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。孙洙50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。莫扎特,