造型材料及工藝-其他非金屬材料

1、第六章 其他非金屬材料一、復(fù)合材料概述 復(fù)合材料是由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料，通過物理或化學(xué)的方法，在宏觀上組成具有新性能的材料。 1、復(fù)合材料的組成 復(fù)合材料的基體材料分為金屬和非金屬兩大類。金屬基體常用的有鋁、鎂、銅、鈦及其合金。非金屬基體主要有合成樹脂、橡膠、陶瓷、石墨、碳等。增強(qiáng)材料主要有玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維、石棉纖維、晶須、金屬絲和硬質(zhì)細(xì)粒等。 第一節(jié) 高分子復(fù)合材料2、復(fù)合材料的特點(diǎn)：（纖維增強(qiáng)材料為例）a、比重小、比強(qiáng)度和比模量大b、良好的抗疲勞性c、良好的耐磨性 減摩、耐磨、自潤滑 d、高溫性能好 碳纖維和碳化硅增強(qiáng)的鋁基復(fù)合，在500時(shí)仍能保持足

2、夠的強(qiáng)度和模量。 碳化硅纖維與鈦復(fù)合，不但耐熱，且耐磨損，可用作渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片。 碳化硅纖維與陶瓷復(fù)合，使用溫度可達(dá)1500。合金渦輪葉片（1100）。 e、獨(dú)特的成型工藝性能還具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、耐蠕變、消聲、電絕緣等性能。其缺點(diǎn)是各向異性，多為手工操作，質(zhì)量不穩(wěn)。選材參考教材的p75 二、常見的纖維增強(qiáng)塑料 纖維強(qiáng)化塑料，一般指用玻璃纖維增強(qiáng)不飽和聚脂、環(huán)氧樹脂與酚醛樹脂基體。以玻璃纖維或其制品作增強(qiáng)材料的增強(qiáng)塑料，稱謂為玻璃纖維增強(qiáng)塑料，或稱謂玻璃鋼。由于所使用的樹脂品種不同，因此有聚酯玻璃鋼、環(huán)氧玻璃鋼、酚醛玻璃鋼之稱。 質(zhì)輕而硬，不導(dǎo)電，機(jī)械強(qiáng)度高，回收利用少，耐腐蝕?？梢源?/p>

3、鋼材制造機(jī)器零件和汽車、船舶外殼等。隨著我國玻璃鋼事業(yè)的發(fā)展，作為塑料基的增強(qiáng)材料，已由玻璃纖維擴(kuò)大到碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、氧化鋁纖維和碳化硅纖維等，這些新型纖維制成的增強(qiáng)塑料，是一些高性能的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，再用玻璃鋼這個(gè)俗稱就無法概括了?？紤]到歷史的由來和發(fā)展，通常采用玻璃鋼復(fù)合材料，這樣一個(gè)名稱就較全面了。在飛機(jī)上機(jī)翼尖、翼尾、起落架支柱、直升機(jī)旋翼均使用了碳纖維和硼纖維復(fù)合材料。 碳纖維是由有機(jī)纖維經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維的微觀結(jié)構(gòu)類似人造石墨，是亂層石墨結(jié)構(gòu)。 碳纖維是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料，它的比重不到鋼的1/4，碳纖維樹脂復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度一般都在350

4、0Mpa以上，是鋼的79倍，抗拉彈性模量為2300043000Mpa亦高于鋼。因此CFRP的比強(qiáng)度即材料的強(qiáng)度與其密度之比可達(dá)到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3鋼的比強(qiáng)度僅為59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比鋼高。材料的比強(qiáng)度愈高，則構(gòu)件自重愈小，比模量愈高，則構(gòu)件的剛度愈大，從這個(gè)意義上已預(yù)示了碳纖維在工程的廣闊應(yīng)用前景。碳纖維復(fù)合材料制品包括自行車、弓箭、滑雪板、滑雪杖、高爾夫桿、掌桿跳桿、標(biāo)槍、網(wǎng)球拍、羽毛球拍、賽艇等 硼纖維是一種新增強(qiáng)劑，硼的熔點(diǎn)和硬度都很高，硼化物被稱為人造金剛石。硼纖維是以直徑1013微米的鎢絲為芯，在高溫下沉積一層硼后制成的，直徑達(dá)到1002

5、00微米。硼纖維的強(qiáng)度是玻璃纖維的五倍。新型的硼硅克（Borsic）和氮硼爾（Nitboral）是改性硼纖維，在硼上積有一層碳化硅氮化硼，能經(jīng)受更高的溫度。芳綸纖維芳綸纖維是一種有機(jī)合成的纖維，具有高強(qiáng)度、高彈性模量、韌性、熱穩(wěn)定性和不導(dǎo)電等特性，芳綸纖維最早應(yīng)用于國防軍事、航空航天領(lǐng)域，現(xiàn)在在土木工程建設(shè)、加固等領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。 碳化硅纖維 以有機(jī)硅化合物為原料經(jīng)紡絲、碳化或氣相沉積而制得具有-碳化硅結(jié)構(gòu)的無機(jī)纖維,屬陶瓷纖維類。碳化硅纖維的最高使用溫度達(dá)1200，其耐熱性和耐氧化性均優(yōu)于碳纖維，強(qiáng)度達(dá) 19604410MPa，在最高使用溫度下強(qiáng)度保持率在 80以上，模量為176.

6、4294GPa，化學(xué)穩(wěn)定性也好。 碳化硅纖維主要用作耐高溫材料和增強(qiáng)材料，耐高溫材料包括熱屏蔽材料、耐高溫輸送帶、過濾高溫氣體或熔融金屬的濾布等。用做增強(qiáng)材料時(shí)，常與碳纖維或玻璃纖維合用，以增強(qiáng)金屬（如鋁）和陶瓷為主，如做成噴氣式飛機(jī)的剎車片、發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、著陸齒輪箱和機(jī)身結(jié)構(gòu)材料等，還可用做體育用品，其短切纖維則可用做高溫爐材等。 第二節(jié)玻璃鋼制品生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)-原型（制作陽模）-翻制陰模-刷脫模劑-調(diào)制環(huán)氧樹脂液-剪裁玻璃纖維布-刷涂粘貼-切割成形產(chǎn)品-脫模-修補(bǔ)打磨（加工）-涂裝-組裝玻璃鋼管道加工流程玻璃鋼管道加工流程手糊玻璃鋼生產(chǎn)工藝流程手糊玻璃鋼生產(chǎn)工藝流程（1）生產(chǎn)準(zhǔn)備）生產(chǎn)準(zhǔn)備場地

7、 手糊成型工作場地的大小，要根據(jù)產(chǎn)品大小和日產(chǎn)量決定，場地要求清潔、干燥、通風(fēng)良好，空氣溫度應(yīng)保持在1535之間，后加工整修段，要設(shè)有抽風(fēng)除塵和噴水裝置。 模具準(zhǔn)備 準(zhǔn)備工作包括清理、組裝及涂脫模劑等。樹脂膠液配制 配制時(shí)，要注意兩個(gè)問題：防止膠液中混入氣泡；配膠量不能過多，每次配量要保證在樹脂凝膠前用完。增強(qiáng)材料準(zhǔn)備 增強(qiáng)材料的種類和規(guī)格按設(shè)計(jì)要求選擇。（2）糊制與固化）糊制與固化鋪層糊制 手工鋪層糊制分濕法和干法兩種：干法鋪層 用預(yù)浸布為原料，先將預(yù)浸料（布）按樣板裁剪成壞料，鋪層時(shí)加熱軟化，然后再一層一層地緊貼在模具上，并注意排除層間氣泡，使密實(shí)。濕法鋪層 直接在模具上將增強(qiáng)材料浸膠，一

8、層一層地緊貼在模具上，扣除氣泡，使之密實(shí)。一般手糊工藝多用濕法鋪層。手糊工具 手糊工具對保證產(chǎn)品質(zhì)量影響很大。有羊毛輥、豬鬃輥、螺旋輥及電鋸、電鉆、打磨拋光機(jī)等。固化 制品固化分硬化和熟化兩個(gè)階段：從凝膠到三角化一般要24h，此時(shí)固化度達(dá)50%70%（巴柯爾硬性度為15），可以脫模，脫后在自然環(huán)境條件下固化12周才能使制品具有力學(xué)強(qiáng)度，稱熟化，其固化度達(dá)85%以上。加熱可促進(jìn)熟化過程，對聚酯玻璃鋼，80加熱3h，對環(huán)氧玻璃鋼，后固化溫度可控制在150以內(nèi)。加熱固化方法很多，中小型制品可在固化爐內(nèi)加熱固化，大型制品可采用模內(nèi)加熱或紅外線加熱。（3）脫模和修整）脫模和修整脫模 脫模要保證制品不受損

9、傷。脫模方法有： 頂出脫模 在模具上預(yù)埋頂出裝置，將制品頂出。 壓力脫模 模具上留有壓縮空氣或水入口，脫模時(shí)將壓縮空氣或水壓入模具和制品之間，同時(shí)用木錘和橡膠錘敲打，使制品和模具分離。 大型制品（如船）脫模 可借助千斤頂、吊車和硬木楔等工具。 復(fù)雜制品 可采用手工脫模方法 先在模具上糊制二三層玻璃鋼，待其固化后從模具上剝離，然后再放在模具上繼續(xù)糊制到設(shè)計(jì)厚度，固化后很容易從模具上脫下來。修整 修整分兩種：一種是尺寸修整，另一種缺陷修補(bǔ)。尺寸修整 成型后的制品，按設(shè)計(jì)尺寸切去超出多余部分；缺陷修補(bǔ) 包括穿孔修補(bǔ)，氣泡、裂縫修補(bǔ)，破孔補(bǔ)強(qiáng)等。第三節(jié) 陶瓷制品及生產(chǎn)工藝一、陶瓷的概念陶瓷是陶器和瓷器

10、的總稱。陶器是黏土燒制而成，中國人早在約公元前80002000年（新石器時(shí)代）就發(fā)明了陶器。 瓷器是一種用瓷石、高嶺土等原材料，通過在窯內(nèi)經(jīng)過高溫（約1280-1400）燒制而成，外表施有釉或彩繪的物器。瓷器表面的釉色會(huì)因?yàn)闇囟鹊牟煌瑥亩l(fā)生各種化學(xué)變化。 二、陶瓷的分類：（陶器、炻器、瓷器）詳見教材的p80炻器是介于陶器和瓷器之間的一種陶瓷制品，如水缸等，質(zhì)地致密堅(jiān)硬，跟瓷器相似，多為棕色、黃褐色或灰藍(lán)色。 新型陶瓷制品三、陶瓷的性質(zhì)1、光學(xué)性質(zhì) （白度、透光度、光澤度） 陶瓷材質(zhì)質(zhì)感的基礎(chǔ)2、力學(xué)性質(zhì) 硬而脆。 氧化鋯陶瓷的高韌性、高強(qiáng)度3、熱穩(wěn)定性 承受外界溫度急劇變化而不破損的能力。4

11、、化學(xué)性質(zhì)耐酸不耐堿。5、氣孔率與吸水率 陶瓷的氣孔率是鑒別與區(qū)分各類陶瓷的重要標(biāo)志。日用陶瓷吸水率低0.5%炻器吸水率低于2%陶器吸水率4%-5%四、陶瓷制品1、日用陶瓷2、建筑陶瓷3、電瓷4、化工陶瓷5、電子陶瓷6、高溫陶瓷7、光學(xué)陶瓷五、陶瓷制品生產(chǎn)工藝1、日用陶瓷原料混合-制坯-晾干-上釉-燒結(jié)-清理-產(chǎn)品包裝2、衛(wèi)生陶瓷 模具制造-制漿-灌注-硬化-分模-晾干-燒結(jié)-檢驗(yàn)-包裝3、建筑陶瓷 模具制造-制泥-壓制-分模-晾干-燒結(jié)-檢驗(yàn)-包裝陶瓷工藝流程陶瓷工藝流程一、一、淘泥淘泥 高嶺土是燒制瓷器的最佳原料，千百年來，多少精品陶瓷都是從這些不起眼的瓷土演變而來，制瓷的第一道工序：淘泥

12、，就是把瓷土淘成可用的瓷泥。 二、二、摞泥摞泥 淘好的瓷泥并不能立即使用，要將其分割開來，摞成柱狀，以便于儲(chǔ)存和拉坯用。 三、三、拉坯拉坯 將摞好的瓷泥放入大轉(zhuǎn)盤內(nèi)，通過旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤，用手和拉坯工具，將瓷泥拉成瓷坯。 四、四、印坯印坯 拉好的瓷坯只是一個(gè)雛形，還需要根據(jù)要做的形狀選取不同的印模將瓷坯印成各種不同的形狀。 五、五、修坯修坯 剛印好的毛坯厚薄不均，需要通過修坯這一工序?qū)⒂『玫呐餍薰握R和勻稱。 六、六、捺水捺水 捺水是一道必不可少的工序，即用清水洗去坯上的塵土，為接下來的畫坯、上釉等工序做好準(zhǔn)備工作。 七、七、畫坯畫坯 在坯上作畫是陶瓷藝術(shù)的一大特色，畫坯有好多種，有寫意的、有貼好畫紙

13、勾畫的，無論怎樣畫坯都是陶瓷工序的點(diǎn)睛之筆。 八、八、上釉上釉 畫好的瓷坯，粗糙而又呆澀，上好釉后則全然不同，光滑而又明亮：不同的上釉手法，又有全然不同的效果。 九、九、燒窯燒窯 千年窯火，延綿不息，經(jīng)過數(shù)十道工具精雕細(xì) 的瓷坯，在窯內(nèi)經(jīng)受千度高溫的燒煉，就像一只丑小鴨行將達(dá)化一只美天鵝。 十、十、成瓷成瓷 經(jīng)過幾天的燒煉，窯內(nèi)的瓷坯已變成了件件精美的瓷器，從打開的窯門中迫不及待地脫穎而出。流程第四節(jié) 玻璃一、玻璃概述 一種較為透明的固體物質(zhì)，在熔融時(shí)形成連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，冷卻過程中粘度逐漸增大并硬化而不結(jié)晶的硅酸鹽類非金屬材料。發(fā)現(xiàn) 玻璃的特點(diǎn)是硬而脆。新型玻璃彎曲強(qiáng)度和硬度很高，且不易破碎、高

14、耐磨、高強(qiáng)度。二、玻璃的主要性質(zhì) 1、機(jī)械強(qiáng)度 玻璃是一種脆性材料，其抗壓強(qiáng)度很大，但抗彎、抗張、抗沖擊能力弱。 抗拉強(qiáng)度平均是抗張強(qiáng)度1415倍。破損2、硬度 玻璃的硬度僅次于金剛石，普通刀具對不能切割。所以要用金剛石做的玻璃刀切割。3、光學(xué)性質(zhì) 高度透明的物質(zhì)，普通玻璃對紫外光具有一定的阻擋作用。 玻璃的折射域反射特性，可做成裝飾品。也可以吸收或透過特定顏色的光 。 調(diào)光玻璃4、電學(xué)性質(zhì) 常溫下不導(dǎo)電，熔融狀態(tài)下導(dǎo)電。常溫下做燈泡、燈管等，特殊的導(dǎo)電玻璃可發(fā)出均勻柔和的光。5、熱性質(zhì) 導(dǎo)熱性差，是鋼的1/400。怕熱急劇變化。但石英玻璃熱膨脹率低不怕熱劇變。6、化學(xué)穩(wěn)定性 氫氟酸和熱磷酸除

15、外，耐其他酸，不耐堿。在大氣中會(huì)失去光澤。 裝飾中玻璃圖案的生產(chǎn)。 浮雕玻璃三、玻璃的分類詳見8485頁四、玻璃制品 1、平板玻璃（洛陽浮法）2、瓶罐玻璃3、儀器玻璃4、光學(xué)玻璃5、藝術(shù)玻璃五、玻璃的生產(chǎn)1、平板玻璃 浮法玻璃 熔融玻璃從池窯中連續(xù)流入并漂浮在相對密度大的錫液表面上，在重力和表面張力的作用下 ，玻璃液在錫液面上鋪開、攤平、形成上下表面平整、硬化、冷卻后被引上過渡輥臺。輥臺的輥?zhàn)愚D(zhuǎn)動(dòng) ，把玻璃帶拉出錫槽進(jìn)入退火窯，經(jīng)退火、切裁，就得到平板玻璃產(chǎn)品 。 2、中空玻璃 玻璃成形，是將熔制好的玻璃液轉(zhuǎn)變成具有固定形狀的固體制品。成形必須在一定溫度范圍內(nèi)才能進(jìn)行，這是一個(gè)冷卻過程，玻璃首

16、先由粘性液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭伤軕B(tài)，再轉(zhuǎn)變成脆性固態(tài)。 人工成形。又有（1）吹制，用一根鎳鉻合金吹管，挑一團(tuán)玻璃在模具中邊轉(zhuǎn)邊吹。主要用來成形玻璃泡、瓶、球（劃眼鏡片用）等。（2）拉制，在吹成小泡后，另一工人用頂盤粘住，二人邊吹邊拉主要用來制造玻璃管或棒。（3）壓制，挑一團(tuán)玻璃，用剪刀剪下使它掉入凹模中，再用凸模一壓。主要用來成形杯、盤等。（4）自由成形，挑料后用鉗子、剪刀、鑷子等工具直接制成工藝品。 第五節(jié) 木材一、概論： 1、定義：由天然樹木加工成的圓木、板材、枋材等建筑用材的總稱。 2、木材天然生產(chǎn)、蘊(yùn)藏量大，分布廣、特性優(yōu)良、色澤悅目、紋理美觀、環(huán)保?；拘阅苜|(zhì)輕、自然肌理、調(diào)節(jié)濕度、隔音隔熱、易加工和涂裝、易變形易燃、各向異性二、木材的結(jié)構(gòu)三、木材的紋路 木材表面上因紋理、結(jié)構(gòu)、生長輪(早晚材)、木射線、軸向薄壁組織、導(dǎo)管、木纖維及色素、木節(jié)或鋸切方向等因素所產(chǎn)生圖案。狹義僅限于指對家具有高度裝飾的圖形。 1、水曲柳、榆樹、櫸木、刺楸、柚木、擦木等，生長輪明顯，紋理直，縱面上有花紋，采用弦向或徑向刨切，單板上可獲得各種花紋。2、香樟、麻櫟、紅果堅(jiān)木、多核木、海棠等紋理交錯(cuò)、徑面具有明顯帶狀花紋，宜采用徑向刨切。3、椒木、樺木的纖維局部扭曲，在內(nèi)皮表面呈現(xiàn)圓錐形凸起，采用弦向刨切或旋切，可以獲得美麗的鳥眼花紋。4、核桃、香樟的紋理不一，用弧形