設計材料分類與特性課件

設計材料的分類及特性2.2材料特性的評價2.1設計材料的分類2.3材料的的固有特性2.4材料的的工藝特性第二章設計材料的分類及特性設計材料的2.2材料特2.1設計2.3材料的2.412.1設計材料的分類2.1.1、按材料的來源分類第一代的天然材料第二代的加工材料第三代的合成材料第四代的復合材料第五代的智能材料或應變材料------不改變在自然界中所保持的狀態(tài)，或只施加低度加工的材料，如木材、竹、棉、毛、皮革、石材等。------利用天然材料經不同程度的加工而得到的材料，加工程度從低到高，有：人造板、紙、水泥、金屬、陶瓷、玻璃等。------利用化學合成方法將石油、天然氣和煤等原料制造而得的高分子材料，如塑料、橡膠、纖維等。------用有機、無機非金屬乃至金屬等各種原材料復合而成的材料。------隨環(huán)境條件的變化具有應變能力，擁有潛在功能的高級形式的復合材料。2.1設計材料的分類2.1.1、按材料的來源分類第一代的2設計材料分類與特性課件3設計材料分類與特性課件4設計材料分類與特性課件5設計材料分類與特性課件6設計材料分類與特性課件72.1.2、按材料的物質結構分類2.1.2、按材料的物質結構分類8(1)線狀材料(2)板狀材料(3)塊狀材料設計中常用的有鋼管、鋼絲、鋁管、金屬棒、塑料管、塑料棒、木條、竹條、藤條等。設計中所用的板材有金屬板、木板、塑料板、合成板、金屬網板、皮革、紡織布、玻璃板、紙板等。設計中常用的塊材有木材、石材、泡沫塑料、混凝工、鑄鋼、鑄鐵、鑄鋁、油泥、石膏等。2.1.3、按材料的形態(tài)分類(1)線狀材料設計中常用的有鋼管、鋼絲、鋁管、金屬棒、塑料管9線狀材料——金屬絲制作的椅子板狀材料——膠合板制作的凳子塊裝材料——整塊櫸木制作的椅子線狀材料——金屬絲制作的椅子板狀材料——膠合板制作的凳子塊裝102.2材料特性的評價材料特性包括兩方面：固有特性和派生特性

材料的物理特性和化學特性，如力學性能、熱性能、電磁性能、光學性能和防腐性能等；

由材料的固有特性派生而來的，即材料的加工特性、材料的感覺特性和經濟特性

這些特性的綜合效應從某種角度講決定著產品的基本特點。

2.2材料特性的評價材料特性包括兩方面：固有特性和派生特11設計材料分類與特性課件12

材料所呈現出的性能是材料內部結構的外在表現，受材料內部的微觀結構所制約，這種內部結構只有用特殊的方法才能被觀察到，它的變化通過材料性能變化被人們所感知，這就是我們對材料有“硬”與“軟”、“脆”與“韌”、對某種環(huán)境“敏感”與“不敏感”的感性認識。材料特性的評價一般分為兩部分進行：一為基礎評價；一為綜合評價?；A評價是以單一評價因素進行評價，而綜合評價是以組合的因素進行評價的，是復合的、動態(tài)的。如下圖:材料所呈現出的性能是材料內部結構的外在表現，受13設計材料分類與特性課件142.3材料的固有特性

材料的固有特性是由材料本身的組成、結構所決定的，是指材料在使用條件下表現出來的性能，它受外界條件(即使用條件)的制約。

2.3.1材料的物理性能

.材料的密度材料單位體積內所含的質量，即物質的質量與體積之比。密度通常用符號ρ=Μ/V(kg／m3)表示。式中M為物質的質量，單位為kg；V為物質的體積，單位為m3。2.3材料的固有特性材料的固有特性是由材料本152、力學性能

指材料在外力(載荷)作用下抵抗塑性變形和破壞作用的能力。材料抵抗外力產生明顯塑性變形的能力稱為屈服強度。強度是評定材料質量的重要力學性能指標，是設計中選用材料的主要依據。由于外力作用方式不同，材料的強度可分為抗壓強度、抗拉強度、抗彎強度和抗剪強度等。強度一般用單位面積上所受的力來表示，稱為應力。

A、屈服點和屈服強度（σs）：在外力作用下，材料產生屈服現象的極限應力值。即σs=FS/S，單位是MPa。

B、抗拉強度（σb)：材料在受力過程中，所能承受的最大載荷Fb處對應的應力值。即σb=Fb/S，單位是MPa。

C、比強度。即強度指標與材料密度的比值。

D、屈強比。材料的屈服強度和抗拉強度的比值，它表征了材料強度潛力的發(fā)揮利用程度和其零件工作時的安全程度。①強度：

強度實驗：日本武士刀的強度實驗.avi

金屬的強度實驗.avi2、力學性能指材料在外力(載荷)作用下抵抗16

彈性指材料受外力作用而發(fā)生變形，外力除去后能恢復原狀的性能。這一變形稱為彈性變形；塑性指在外力作用下產生變形，當外力除去時，仍能保持變形后的性能的形狀，而不恢復原形的性能。這一變形稱為永久變形。

塑性一般用伸長率δ和斷面收縮率Ψ來表示：

δ=[（L1-L0)/L0]*100%

Ψ=[(S0-S1)/S0]*100%②彈性和塑性：彈性指材料受外力作用而發(fā)生變形，外力除去后能恢17

脆性指材料受外力作用達到一定限度后，產生破壞而無明顯變形的性能。脆性材料易受沖擊破壞，不能承受較高的局部應力；韌性指材料在沖擊荷重或振動荷載下能承受很大的變形而不致破壞的性能。

夏比沖擊實驗是測定材料韌性最常用的方法。在測定實驗中材料在沖擊載荷的作用下折斷時所吸收的功（AK）除以材料缺口橫截面積（S0）所得的商來表征材料的韌性。即：ak=AK/S0③脆性和韌性：脆性指材料受外力作用達到一定限度后，產生破壞18硬度是指材料表面抵抗塑性變形和破壞的能力，材料硬度值隨試驗方式不同而異。測量硬度的方法主要有壓入法和刻劃法。在機械制造中長采用的是壓入法。壓入法常見的有三種方法，即布氏硬度（HBW）、洛氏硬度（HR）和維氏硬度（HV）。其中布氏硬度的計算為：HBW=0.204F/πD(D-√D2-d2)④硬度

：硬度是指材料表面抵抗塑性變形和破壞的能力，材料19耐磨性的好壞常以磨損量作為衡量標準的指標。磨損量越小，說明材料耐磨性越好。

⑤耐磨性：疲勞強度是指材料在無數次循環(huán)應力作用下仍不斷裂的最大應力，用以表現材料抗疲勞斷裂的能力。

⑥疲勞強度：耐磨性的好壞常以磨損量作為衡量標準的指標。磨損量越小，說明材20設計材料分類與特性課件21設計材料分類與特性課件223、熱性能①導熱性：②耐熱性：③熱脹性：④耐燃性：⑤耐火性：

材料將熱量從一側表面?zhèn)鬟f到另一側表面的能力，通常用導熱系數來表示。導熱系數大，是熱的良導體，如金屬材料；導熱系數小，是熱的絕緣體，如高分子材料。

材料長期抵抗高熱而不熔化的性能或稱耐熔性。耐火材料還應在高溫下不變形、能承載。耐火材料按耐火度又分為耐火材料、難熔材料和易熔材料三種。

材料對火焰和高溫的抵抗性能。根據材料耐燃能力可分為不燃材料和易燃材料。

材料由于溫度變化產生膨脹或收縮的性能，通常用線膨脹系數表示。熱脹系數以高分子材料為最大，金屬材料次之，陶瓷材料最小。

材料長期在熱環(huán)境下抵抗熱破壞的能力，通常用耐熱溫度來表示。晶態(tài)材料以熔點溫度為指標(如金屬材料、晶態(tài)塑料)；非晶態(tài)材料以轉化溫度為指標(如非晶態(tài)塑料、玻璃等)。3、熱性能①導熱性：材料將熱量從一側表面?zhèn)鬟f234電性能①導電性：

②電絕緣性：

材料傳導電流的能力。通常用電導率來衡量導電性的好壞。電導率大的材料導電性能好。

與導電性相反。通常用電阻率、介電常數、擊穿強度來表示。電阻率是電導率的倒數，電阻率大，材料電絕緣性好；擊穿強度越大，材料電絕緣性越好；介電常數愈小，材料電絕緣性愈好。4電性能①導電性：材料傳導電流的能力。通常用245磁性能磁性能是指金屬材料在磁場中被磁化而呈現磁性強弱的性能。按磁化程度分為:鐵磁性材料順磁性材料抗磁性材料能夠抗拒或減弱外加磁場磁化作用的材料，如銅、金、銀、鉛等。在外加磁場中，能強烈被磁化到很大程度，如鐵、鈷、鎳等。在外加磁場中，只是被微弱磁化，如錳、鉻、鉬等。6光性能

材料對光的反射、透射、折射的性質。如材料對光的透射率愈高，材料的透明度愈好；材料對光的反射率高，材料的表面反光強，為高光材料。5磁性能磁性能是指金屬材料在磁場中被磁化而呈現磁性強弱的252.3.2材料的化學性能

材料的化學性能指材料在常溫或高溫時抵抗各種介質的化學或電化學侵蝕的能力，是衡量材料性能優(yōu)劣的主要質量指標。它主要包括耐腐蝕性、抗氧化性和耐候性等。

①耐腐蝕性：②抗氧化性：③耐候性：材料抵抗周圍介質腐蝕破壞的能力。

材料在常溫或高溫時抵抗氧化作用的能力。

材料在各種氣候條件下，保持其物理性能和化學性能不變的性質。如玻璃、陶瓷的耐候性好，塑料的耐候性差。2.3.2材料的化學性能材料的化學性能指材料在常溫或高溫262.4材料的工藝特性材料的工藝性：是指材料適應各種工藝處理要求的能力，材料的工藝性包括材料的成型工藝、加工工藝和表面處理工藝。2.4.1材料的成型加工造型設計中，材料在通過加工后，必須能構成并且能長期“記憶”住設計所賦予它的應有形態(tài)，從而才能最終成為產品。

材料的成型加工性是衡量產品造型材料優(yōu)劣的重要標志。成型加工工藝對設計效果的影響因素很多，主要從以下幾個方面反映出來。1．工藝方法不同的材料有不同的成型加工方法。(1)鋼鐵材料的成型加工工藝性能優(yōu)良，而且成型方法很多，可采用鑄造、鍛壓、焊接、切削加工(如車、鉆、鏜、磨、銑、刨等)等方法制造出許多機械設備和日用產品；2.4材料的工藝特性材料的工藝性：是指材料適應各種工藝處27(2)木材是一種優(yōu)良的造型材料，用途極廣。這是由于木材具有易鋸、易刨、易打孔、易組合等加工成型特性，加之木材表面的紋理能給人以純樸、自然、舒適的感覺；(3)塑料制品的品種和數量日益增多，這不僅是由于塑料的原料易得、性能優(yōu)良(如重量輕、絕緣性好、耐腐蝕、耐藥品、有絕熱性等)、表面富有裝飾效果和不同質感，還因為塑料的可塑性特別強，幾乎可以采用任何方法自由加工成形，塑造出幾何形體非常復雜的產品，因而容易體現出設計者的構思要求，已成為當代設計中不可缺少的重要設計材料。

相同的材料和結構方式，采用不同的工藝方法，所獲得的外觀效果差異較大；同時，相同的造型，由于所選材料不同，其結構也發(fā)生相應的變化，導致外觀造型效果存在一定的差別。

(2)木材是一種優(yōu)良的造型材料，用途極廣。這是由于木材28設計材料分類與特性課件29設計材料分類與特性課件302．工藝水平

材料、結構和工藝方法均相同，但由于工藝水平不同，所獲得的產品質量也不同。提高工藝水平是保證產品造型效果的基本手段。3．新工藝的采用

新工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)工藝是提高產品造型效果的有效途徑。為了提高質量，提高產品造型藝術效果，提高效率，造型設計人員要不斷的學習、應用和創(chuàng)造新工藝，才能設計和制造出更新穎、更美觀的產品。如：電火花加工、激光、超聲波加工等。2．工藝水平材料、結構和工藝方法均相同，但由31設計材料分類與特性課件32設計材料分類與特性課件334工藝方法的綜合應用

運用多種工藝方法，是增加造型的外觀變化，豐富造型藝術效果的有效方法。造型設計中，要靈活運用多種加工工藝手段，使造型充分表現材料本身的質地美，或使相同的材料達到不同的質感效果，這樣才能使造型的外觀更富于變化。設計師雖然不直接動手參與材料的加工成型，但是必須了解所設計的產品能夠采用的加工成型技術。4工藝方法的綜合應用運用多種工藝方法，是342.4.2材料的表面處理

在產品造型設計時要根據產品的性能、使用環(huán)境、材料性質，正確選擇表面處理工藝和面飾材料、使材料的顏色、光澤、肌理及工藝特性與產品的形態(tài)、內能、工作環(huán)境匹配適宜，以獲得大方、美觀的外觀效果，給人以美的感受。

1表面處理的目的

表面處理技術是指采用諸如表面電鍍、涂裝、研磨、拋光、覆貼等能改變材料表面性質與狀態(tài)的表面加工與裝飾技術。

從產品造型設計出發(fā)，表面處理的目的：一是保護產品，即保護材料本身賦予產品表面的光澤、色彩、肌理等而呈現出的外觀美，并提高產品的耐用性，確保產品的安全性，由此有效地利用材料資源；二是根據產品造型設計的意圖，改變產品表面狀態(tài)、賦予表面更豐富的色彩、光澤、肌理等，提高表面裝飾效果，改善表面的物理性能(光性能、熱性能、電性能等)、化學性能(防腐蝕、防污染、延長使用壽命)及生物學性能(防蟲、防腐、防霉等)，使產品表面有更好的感覺特性。

表面處理技術，既可使相同材料具有不同的感覺特性(同材異質感)，又可使不同材料獲得相同的感覺特性(異材同質感)，如圖所示。2.4.2材料的表面處理在產品造型設計時要根35設計材料分類與特性課件362、表面處理類型

材料的表面性質和狀態(tài)與表面處理技術有關，通過切削，研磨、拋光、沖壓、噴砂、蝕刻、涂飾、鍍飾等不同的處理工藝可獲得不同的材料表面性質、肌理、色彩、光澤，使產品具有精堪的工藝美、技術美和強烈的時代感。設計中所采用的表面處理技術，一般可分為三類，如表所示。2、表面處理類型材料的表面性質和狀態(tài)與表37設計材料分類與特性課件38(1)表面被覆

在原有材料表面堆積新物質的技術，依據被覆材料和被覆處理方式的不同，表面被覆處理有鍍層被覆、有機涂層被覆、琺瑯被覆等。①鍍層被覆：鍍層被覆技術能在制品表面形成具有金屬特性的鍍層，金屬鍍層不僅能提高制品的耐蝕性和耐磨性，而且能夠增強制品表面的色彩、光澤和肌理的裝飾效果．因此能保護和美化表面，由于有優(yōu)異的鍍層，常常使制品的品位和檔次得到提高。

鍍層被覆的金屬有銅、鎳、鉻、鐵，鋁、金、銀、鉑及其合金。鍍層的顏色、色調和耐候性見下表。(1)表面被覆在原有材料表面堆積新物質的技術39設計材料分類與特性課件40相關視頻：1：電鍍生產線.avi2：電鍍設備.avi3：金屬電鍍.avi相關視頻：1：電鍍生產線.avi2：電鍍設備.avi3：金屬41涂層被覆技術是在制品表面形成以有機物為主體的膜層，并干燥成膜的工藝。這是一種簡單而又經濟可行的表面裝飾方法，在工業(yè)上通常簡稱為涂裝。涂裝的目的有三方面：保護作用：防止制品表面受腐蝕、劃傷和臟污，提高制品的耐久性；裝飾作用：將制品表面裝飾成涂層所具有的色彩、光澤和肌理，使制品在外觀的視覺感受上成為美觀悅目的制品；特殊作用：使制品具有隔熱、絕緣、耐水、耐輻射、殺菌、吸收雷達波、隔音、導電等特殊功能。特別是通過涂裝與其他表面處理技術相疊加的多重處理，可獲得能適應相當苛刻條件和使用環(huán)境的防護裝飾涂層。

涂裝所用的材料是各種涂料，一般由主要成膜物質、次要成膜物質、輔助成膜物質和揮發(fā)物質組合而成。涂料的組成決定了涂料的性能，也決定了各種涂料的使用范圍和使用效果。②涂層被覆：涂層被覆技術是在制品表面形成以有機物為主體的42設計材料分類與特性課件43根據涂料中的主要成膜物質的類型，我國涂料種類可分為17類，如下表所示根據涂料中的主要成膜物質的類型，我國涂料種類可分為17類，如44

由于有機溶劑涂料在使用時對環(huán)境有污染，同時為了節(jié)省資源，現代涂料已從有機涂料向水性涂料、粉末涂料、高固體組分涂料和反應性涂料轉化，并向無溶劑涂料過渡。涂裝工藝一般包括：制件表面涂裝前處理、涂敷涂料及涂層干燥三大步驟。由于涂層的厚度較薄，若涂裝工藝實施不當，制件的涂層容易出現劣化、脫落、起泡、膜下浸蝕等，因此必須嚴格實施正確涂裝工藝，保證涂裝質量。相關視頻：1：汽車漆面水晶涂層.avi2：德國Metaline防腐耐磨耐氣蝕涂層.avi3：鋼板帶涂層.avi由于有機溶劑涂料在使用時對環(huán)境有污染，同時為了節(jié)省資源，現45③琺瑯被覆：公元前3世紀在埃及已有了在銅器表面的琺瑯技術，此后作為工藝技術被繼承下來，發(fā)展為稱作景泰藍的工藝美術品，很受人們器重。這種技術在工業(yè)制品上的應用則被禰為搪瓷?，m瑯被覆是用玻璃質材料在金屬制品表面形成一被覆層，然后在800℃左右進行燒制而成。右圖為表面涂飾搪瓷涂層的燈具。鐵、銅、鋁、不銹鋼以及金、銀都可被覆琺瑯。采用琺瑯被覆的制品具有堅固性和耐蝕性，并有優(yōu)良的裝飾性。但其缺點是受到沖擊和溫度急劇變化時琺瑯層容易剝落。

相關視頻：1：珍品的琺瑯彩瓷器.avi3：琺瑯彩工藝.avi2：東海琺瑯彩藝.avi4：琺瑯腕表.avi③琺瑯被覆：公元前3世紀在埃及已有了在銅器表面的琺瑯技術，此46(2)表面層改質改變原有材料的表面性質?？梢酝ㄟ^物質擴散在原有材料表面滲入新的物質成分，改變原有材料表面的結構，如鋼材的滲碳滲氮處理、鋁的陽極氧化、玻璃的淬火等，也可以通過化學的或電化學的反應而形成氧化膜或無機鹽覆蓋膜來改變材料表面的性能，來提高原有材料的耐蝕性、耐磨性及著色性等。表面層改質處理的方法主要有化成處理和陽極氧化處理①化成處理：是通過氧或堿液的作用使金屬表面形成氧化物或無機鹽覆蓋膜的過程。②陽極氧化處理：將金屬制件置于電解槽中的陽極上，通過電化學作用使其氧化而形成氧化膜的過程禰為陽極氧化，這種表面處理方法對鋁及其合金制件廣泛使用。(2)表面層改質陽極氧化處理視頻：華能精密陽極氧化.avi(2)表面層改質改變原有材料的表面性質?？梢酝ㄟ^物質47將材料加工成平滑、光亮、美觀和具有凹凸肌理的表面狀態(tài)。通常采用切削、研磨、蝕刻、噴砂、拋光等方法。相關視頻：(3)表面精加工1、切削：刀具切削過程.avi2、研磨：瑞士STAHLI雙端面研磨機加工.avi3、蝕刻：不銹鋼蝕刻.avi4、噴砂：鋼結構噴砂除銹.avi5、拋光：汽車局部拋光.avi將材料加工成平滑、光亮、美觀和具有凹凸肌理的表面狀態(tài)48(3)功能的合理性(2)求簡的單純性

產品的造型只有在提供了新材料、新工藝、新技術的基礎上才可能反映出產品的時代性。產品的裝飾工藝反映時代的科學技術水平。

產品形態(tài)的設計簡潔、單純是現代工業(yè)產品的鮮明特色，是時代的要求，在選擇裝飾工藝時，必須經過充分的提煉、概括，刪繁就簡，以清新的時代面貌展現產品單純性的美觀。

表面處理不僅為了使產品美觀，在許多方面還體現功能的合理性。在體現功能合理性上應該做到：表面處理工藝突出產品功能的主體部分，強調功能的正確使用要求，根據功能對操作的不同影響來選擇適當的處理方法。例如，視覺顯示器的屏表面必須具有較低的反射率，以防止眩光與反射，并具有增強圓形字符與背景對比的性質，以便于操作者清晰、正確的辨識。而觸覺控制器會有兩種截然相反的要求，一方面，在需要可靠把握的場合，要求摩擦力大；另一方面，在要求能順利滑移的場合，則要求摩擦力小。例如，手動或腳踏控制可能會分別要求相應的控制器具有較高或較低摩擦力的表面，以有利于握緊或滑移。(1)形態(tài)的時代性3、材料表面處理工藝的選擇原則(3)功能的合理性(2)求簡的單純性產品的造型只有49(4)情感的審美性(5)產品檔次的經濟性(6)成本(7)環(huán)境保護

由于消費層次的差異，產品分為高中低不同檔次。在對產品選擇表面處理工藝時，必須考慮到產品檔次的經濟性，以求得產品的合理裝飾，使生產獲得理想的經濟效益。與個人、時代、地域、環(huán)境等因素有關技術先進未必成本較低傳統(tǒng)工藝對于環(huán)境的污染比較嚴重(4)情感的審美性(5)產品檔次的(6)成本(7)環(huán)境保護50作業(yè):1、什么是金屬材料的力學性能？其衡量指標主要有哪些？2、簡述材料表面處理工藝以及選擇原則。3、下圖所示：F=12313.7N，D=5mm,h=1mm，求材料的硬度。第三章作業(yè):1、什么是金屬材料的力學性能？其衡量指標主要有哪些？第51設計材料的分類及特性2.2材料特性的評價2.1設計材料的分類2.3材料的的固有特性2.4材料的的工藝特性第二章設計材料的分類及特性設計材料的2.2材料特2.1設計2.3材料的2.4522.1設計材料的分類2.1.1、按材料的來源分類第一代的天然材料第二代的加工材料第三代的合成材料第四代的復合材料第五代的智能材料或應變材料------不改變在自然界中所保持的狀態(tài)，或只施加低度加工的材料，如木材、竹、棉、毛、皮革、石材等。------利用天然材料經不同程度的加工而得到的材料，加工程度從低到高，有：人造板、紙、水泥、金屬、陶瓷、玻璃等。------利用化學合成方法將石油、天然氣和煤等原料制造而得的高分子材料，如塑料、橡膠、纖維等。------用有機、無機非金屬乃至金屬等各種原材料復合而成的材料。------隨環(huán)境條件的變化具有應變能力，擁有潛在功能的高級形式的復合材料。2.1設計材料的分類2.1.1、按材料的來源分類第一代的53設計材料分類與特性課件54設計材料分類與特性課件55設計材料分類與特性課件56設計材料分類與特性課件57設計材料分類與特性課件582.1.2、按材料的物質結構分類2.1.2、按材料的物質結構分類59(1)線狀材料(2)板狀材料(3)塊狀材料設計中常用的有鋼管、鋼絲、鋁管、金屬棒、塑料管、塑料棒、木條、竹條、藤條等。設計中所用的板材有金屬板、木板、塑料板、合成板、金屬網板、皮革、紡織布、玻璃板、紙板等。設計中常用的塊材有木材、石材、泡沫塑料、混凝工、鑄鋼、鑄鐵、鑄鋁、油泥、石膏等。2.1.3、按材料的形態(tài)分類(1)線狀材料設計中常用的有鋼管、鋼絲、鋁管、金屬棒、塑料管60線狀材料——金屬絲制作的椅子板狀材料——膠合板制作的凳子塊裝材料——整塊櫸木制作的椅子線狀材料——金屬絲制作的椅子板狀材料——膠合板制作的凳子塊裝612.2材料特性的評價材料特性包括兩方面：固有特性和派生特性

材料的物理特性和化學特性，如力學性能、熱性能、電磁性能、光學性能和防腐性能等；

由材料的固有特性派生而來的，即材料的加工特性、材料的感覺特性和經濟特性

這些特性的綜合效應從某種角度講決定著產品的基本特點。

2.2材料特性的評價材料特性包括兩方面：固有特性和派生特62設計材料分類與特性課件63

材料所呈現出的性能是材料內部結構的外在表現，受材料內部的微觀結構所制約，這種內部結構只有用特殊的方法才能被觀察到，它的變化通過材料性能變化被人們所感知，這就是我們對材料有“硬”與“軟”、“脆”與“韌”、對某種環(huán)境“敏感”與“不敏感”的感性認識。材料特性的評價一般分為兩部分進行：一為基礎評價；一為綜合評價?；A評價是以單一評價因素進行評價，而綜合評價是以組合的因素進行評價的，是復合的、動態(tài)的。如下圖:材料所呈現出的性能是材料內部結構的外在表現，受64設計材料分類與特性課件652.3材料的固有特性

材料的固有特性是由材料本身的組成、結構所決定的，是指材料在使用條件下表現出來的性能，它受外界條件(即使用條件)的制約。

2.3.1材料的物理性能

.材料的密度材料單位體積內所含的質量，即物質的質量與體積之比。密度通常用符號ρ=Μ/V(kg／m3)表示。式中M為物質的質量，單位為kg；V為物質的體積，單位為m3。2.3材料的固有特性材料的固有特性是由材料本662、力學性能

指材料在外力(載荷)作用下抵抗塑性變形和破壞作用的能力。材料抵抗外力產生明顯塑性變形的能力稱為屈服強度。強度是評定材料質量的重要力學性能指標，是設計中選用材料的主要依據。由于外力作用方式不同，材料的強度可分為抗壓強度、抗拉強度、抗彎強度和抗剪強度等。強度一般用單位面積上所受的力來表示，稱為應力。

A、屈服點和屈服強度（σs）：在外力作用下，材料產生屈服現象的極限應力值。即σs=FS/S，單位是MPa。

B、抗拉強度（σb)：材料在受力過程中，所能承受的最大載荷Fb處對應的應力值。即σb=Fb/S，單位是MPa。

C、比強度。即強度指標與材料密度的比值。

D、屈強比。材料的屈服強度和抗拉強度的比值，它表征了材料強度潛力的發(fā)揮利用程度和其零件工作時的安全程度。①強度：

強度實驗：日本武士刀的強度實驗.avi

金屬的強度實驗.avi2、力學性能指材料在外力(載荷)作用下抵抗67

彈性指材料受外力作用而發(fā)生變形，外力除去后能恢復原狀的性能。這一變形稱為彈性變形；塑性指在外力作用下產生變形，當外力除去時，仍能保持變形后的性能的形狀，而不恢復原形的性能。這一變形稱為永久變形。

塑性一般用伸長率δ和斷面收縮率Ψ來表示：

δ=[（L1-L0)/L0]*100%

Ψ=[(S0-S1)/S0]*100%②彈性和塑性：彈性指材料受外力作用而發(fā)生變形，外力除去后能恢68

脆性指材料受外力作用達到一定限度后，產生破壞而無明顯變形的性能。脆性材料易受沖擊破壞，不能承受較高的局部應力；韌性指材料在沖擊荷重或振動荷載下能承受很大的變形而不致破壞的性能。

夏比沖擊實驗是測定材料韌性最常用的方法。在測定實驗中材料在沖擊載荷的作用下折斷時所吸收的功（AK）除以材料缺口橫截面積（S0）所得的商來表征材料的韌性。即：ak=AK/S0③脆性和韌性：脆性指材料受外力作用達到一定限度后，產生破壞69硬度是指材料表面抵抗塑性變形和破壞的能力，材料硬度值隨試驗方式不同而異。測量硬度的方法主要有壓入法和刻劃法。在機械制造中長采用的是壓入法。壓入法常見的有三種方法，即布氏硬度（HBW）、洛氏硬度（HR）和維氏硬度（HV）。其中布氏硬度的計算為：HBW=0.204F/πD(D-√D2-d2)④硬度

：硬度是指材料表面抵抗塑性變形和破壞的能力，材料70耐磨性的好壞常以磨損量作為衡量標準的指標。磨損量越小，說明材料耐磨性越好。

⑤耐磨性：疲勞強度是指材料在無數次循環(huán)應力作用下仍不斷裂的最大應力，用以表現材料抗疲勞斷裂的能力。

⑥疲勞強度：耐磨性的好壞常以磨損量作為衡量標準的指標。磨損量越小，說明材71設計材料分類與特性課件72設計材料分類與特性課件733、熱性能①導熱性：②耐熱性：③熱脹性：④耐燃性：⑤耐火性：

材料將熱量從一側表面?zhèn)鬟f到另一側表面的能力，通常用導熱系數來表示。導熱系數大，是熱的良導體，如金屬材料；導熱系數小，是熱的絕緣體，如高分子材料。

材料長期抵抗高熱而不熔化的性能或稱耐熔性。耐火材料還應在高溫下不變形、能承載。耐火材料按耐火度又分為耐火材料、難熔材料和易熔材料三種。

材料對火焰和高溫的抵抗性能。根據材料耐燃能力可分為不燃材料和易燃材料。

材料由于溫度變化產生膨脹或收縮的性能，通常用線膨脹系數表示。熱脹系數以高分子材料為最大，金屬材料次之，陶瓷材料最小。

材料長期在熱環(huán)境下抵抗熱破壞的能力，通常用耐熱溫度來表示。晶態(tài)材料以熔點溫度為指標(如金屬材料、晶態(tài)塑料)；非晶態(tài)材料以轉化溫度為指標(如非晶態(tài)塑料、玻璃等)。3、熱性能①導熱性：材料將熱量從一側表面?zhèn)鬟f744電性能①導電性：

②電絕緣性：

材料傳導電流的能力。通常用電導率來衡量導電性的好壞。電導率大的材料導電性能好。

與導電性相反。通常用電阻率、介電常數、擊穿強度來表示。電阻率是電導率的倒數，電阻率大，材料電絕緣性好；擊穿強度越大，材料電絕緣性越好；介電常數愈小，材料電絕緣性愈好。4電性能①導電性：材料傳導電流的能力。通常用755磁性能磁性能是指金屬材料在磁場中被磁化而呈現磁性強弱的性能。按磁化程度分為:鐵磁性材料順磁性材料抗磁性材料能夠抗拒或減弱外加磁場磁化作用的材料，如銅、金、銀、鉛等。在外加磁場中，能強烈被磁化到很大程度，如鐵、鈷、鎳等。在外加磁場中，只是被微弱磁化，如錳、鉻、鉬等。6光性能

材料對光的反射、透射、折射的性質。如材料對光的透射率愈高，材料的透明度愈好；材料對光的反射率高，材料的表面反光強，為高光材料。5磁性能磁性能是指金屬材料在磁場中被磁化而呈現磁性強弱的762.3.2材料的化學性能

材料的化學性能指材料在常溫或高溫時抵抗各種介質的化學或電化學侵蝕的能力，是衡量材料性能優(yōu)劣的主要質量指標。它主要包括耐腐蝕性、抗氧化性和耐候性等。

①耐腐蝕性：②抗氧化性：③耐候性：材料抵抗周圍介質腐蝕破壞的能力。

材料在常溫或高溫時抵抗氧化作用的能力。

材料在各種氣候條件下，保持其物理性能和化學性能不變的性質。如玻璃、陶瓷的耐候性好，塑料的耐候性差。2.3.2材料的化學性能材料的化學性能指材料在常溫或高溫772.4材料的工藝特性材料的工藝性：是指材料適應各種工藝處理要求的能力，材料的工藝性包括材料的成型工藝、加工工藝和表面處理工藝。2.4.1材料的成型加工造型設計中，材料在通過加工后，必須能構成并且能長期“記憶”住設計所賦予它的應有形態(tài)，從而才能最終成為產品。

材料的成型加工性是衡量產品造型材料優(yōu)劣的重要標志。成型加工工藝對設計效果的影響因素很多，主要從以下幾個方面反映出來。1．工藝方法不同的材料有不同的成型加工方法。(1)鋼鐵材料的成型加工工藝性能優(yōu)良，而且成型方法很多，可采用鑄造、鍛壓、焊接、切削加工(如車、鉆、鏜、磨、銑、刨等)等方法制造出許多機械設備和日用產品；2.4材料的工藝特性材料的工藝性：是指材料適應各種工藝處78(2)木材是一種優(yōu)良的造型材料，用途極廣。這是由于木材具有易鋸、易刨、易打孔、易組合等加工成型特性，加之木材表面的紋理能給人以純樸、自然、舒適的感覺；(3)塑料制品的品種和數量日益增多，這不僅是由于塑料的原料易得、性能優(yōu)良(如重量輕、絕緣性好、耐腐蝕、耐藥品、有絕熱性等)、表面富有裝飾效果和不同質感，還因為塑料的可塑性特別強，幾乎可以采用任何方法自由加工成形，塑造出幾何形體非常復雜的產品，因而容易體現出設計者的構思要求，已成為當代設計中不可缺少的重要設計材料。

相同的材料和結構方式，采用不同的工藝方法，所獲得的外觀效果差異較大；同時，相同的造型，由于所選材料不同，其結構也發(fā)生相應的變化，導致外觀造型效果存在一定的差別。

(2)木材是一種優(yōu)良的造型材料，用途極廣。這是由于木材79設計材料分類與特性課件80設計材料分類與特性課件812．工藝水平

材料、結構和工藝方法均相同，但由于工藝水平不同，所獲得的產品質量也不同。提高工藝水平是保證產品造型效果的基本手段。3．新工藝的采用

新工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)工藝是提高產品造型效果的有效途徑。為了提高質量，提高產品造型藝術效果，提高效率，造型設計人員要不斷的學習、應用和創(chuàng)造新工藝，才能設計和制造出更新穎、更美觀的產品。如：電火花加工、激光、超聲波加工等。2．工藝水平材料、結構和工藝方法均相同，但由82設計材料分類與特性課件83設計材料分類與特性課件844工藝方法的綜合應用

運用多種工藝方法，是增加造型的外觀變化，豐富造型藝術效果的有效方法。造型設計中，要靈活運用多種加工工藝手段，使造型充分表現材料本身的質地美，或使相同的材料達到不同的質感效果，這樣才能使造型的外觀更富于變化。設計師雖然不直接動手參與材料的加工成型，但是必須了解所設計的產品能夠采用的加工成型技術。4工藝方法的綜合應用運用多種工藝方法，是852.4.2材料的表面處理

在產品造型設計時要根據產品的性能、使用環(huán)境、材料性質，正確選擇表面處理工藝和面飾材料、使材料的顏色、光澤、肌理及工藝特性與產品的形態(tài)、內能、工作環(huán)境匹配適宜，以獲得大方、美觀的外觀效果，給人以美的感受。

1表面處理的目的

表面處理技術是指采用諸如表面電鍍、涂裝、研磨、拋光、覆貼等能改變材料表面性質與狀態(tài)的表面加工與裝飾技術。

從產品造型設計出發(fā)，表面處理的目的：一是保護產品，即保護材料本身賦予產品表面的光澤、色彩、肌理等而呈現出的外觀美，并提高產品的耐用性，確保產品的安全性，由此有效地利用材料資源；二是根據產品造型設計的意圖，改變產品表面狀態(tài)、賦予表面更豐富的色彩、光澤、肌理等，提高表面裝飾效果，改善表面的物理性能(光性能、熱性能、電性能等)、化學性能(防腐蝕、防污染、延長使用壽命)及生物學性能(防蟲、防腐、防霉等)，使產品表面有更好的感覺特性。

表面處理技術，既可使相同材料具有不同的感覺特性(同材異質感)，又可使不同材料獲得相同的感覺特性(異材同質感)，如圖所示。2.4.2材料的表面處理在產品造型設計時要根86設計材料分類與特性課件872、表面處理類型

材料的表面性質和狀態(tài)與表面處理技術有關，通過切削，研磨、拋光、沖壓、噴砂、蝕刻、涂飾、鍍飾等不同的處理工藝可獲得不同的材料表面性質、肌理、色彩、光澤，使產品具有精堪的工藝美、技術美和強烈的時代感。設計中所采用的表面處理技術，一般可分為三類，如表所示。2、表面處理類型材料的表面性質和狀態(tài)與表88設計材料分類與特性課件89(1)表面被覆

在原有材料表面堆積新物質的技術，依據被覆材料和被覆處理方式的不同，表面被覆處理有鍍層被覆、有機涂層被覆、琺瑯被覆等。①鍍層被覆：鍍層被覆技術能在制品表面形成具有金屬特性的鍍層，金屬鍍層不僅能提高制品的耐蝕性和耐磨性，而且能夠增強制品表面的色彩、光澤和肌理的裝飾效果．因此能保護和美化表面，由于有優(yōu)異的鍍層，常常使制品的品位和檔次得到提高。

鍍層被覆的金屬有銅、鎳、鉻、鐵，鋁、金、銀、鉑及其合金。鍍層的顏色、色調和耐候性見下表。(1)表面被覆在原有材料表面堆積新物質的技術90設計材料分類與特性課件91相關視頻：1：電鍍生產線.avi2：電鍍設備.avi3：金屬電鍍.avi相關視頻：1：電鍍生產線.avi2：電鍍設備.avi3：金屬92涂層被覆技術是在制品表面形成以有機物為主體的膜層，并干燥成膜的工藝。這是一種簡單而又經濟可行的表面裝飾方法，在工業(yè)上通常簡稱為涂裝。涂裝的目的有三方面：保護作用：防止制品表面受腐蝕、劃傷和臟污，提高制品的耐久性；裝飾作用：將制品表面裝飾成涂層所具有的色彩、光澤和肌理，使制品在外觀的視覺感受上成為美觀悅目的制品；特殊作用：使制品具有隔熱、絕緣、耐水、耐輻射、殺菌、吸收雷達波、隔音、導電等特殊功能。特別是通過涂裝與其他表面處理技術相疊加的多重處理，可獲得能適應相當苛刻條件和使用環(huán)境的防護裝飾涂層。

涂裝所用的材料是各種涂料，一般由主要成膜物質、次要成膜物質、輔助成膜物質和揮發(fā)物質組合而成。涂料的組成決定了涂料的性能，也決定了各種涂料的使用范圍和使用效果。②涂層被覆：涂層被覆技術是在制品表面形成以有機物為主體的93設計材料分類與特性課件94根據涂料中的主要成膜物質的類型，我國涂料種類可分為17類，如下表所示根據涂料中的主要成膜物質的類型，我國涂料種類可分為17類，如95

由于有機溶劑涂料在使用時對環(huán)境有污染，同時為了節(jié)省資源，現代涂料已從有機涂料向水性涂料、粉末涂料、高固體組分涂料和反應性涂料轉化，并向無溶劑涂料過渡。涂裝工藝一般包括：制件表面涂裝前處理、涂敷涂料及涂層干燥三大步驟。由于涂層的厚度較薄，若涂裝工藝實施不當，制件的涂層容易出現劣化、脫落、起泡、膜下浸蝕等，因此必須嚴格實施正確涂裝工藝，保證涂裝質量。相關視頻：1：汽車漆面水晶涂層.avi2：德國Metaline防腐