造型材料與工藝二

第五章

產(chǎn)品設(shè)計(jì)中材料的選擇與開發(fā)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中材料的選擇與開發(fā)設(shè)計(jì)材料的選用材料工程的發(fā)展設(shè)計(jì)材料的開發(fā)設(shè)計(jì)材料的選用設(shè)計(jì)材料的選擇原則影響材料選擇的基本因素設(shè)計(jì)材料的選擇原則產(chǎn)品功能的實(shí)現(xiàn)是通過材料來體現(xiàn)來體現(xiàn)的。材料與結(jié)構(gòu)是滿足產(chǎn)品的必要條件，通常在材料和結(jié)構(gòu)之間存在著比較確定的關(guān)系，而同時(shí)在結(jié)構(gòu)與功能之間又是一種不關(guān)系，從而材料與功能之間也具有不確定關(guān)系。也就是說，為了實(shí)現(xiàn)同一功能，可以使用多種材料，而每一種材料都可以形成合理結(jié)構(gòu)來完成所要達(dá)到的功能，進(jìn)而產(chǎn)生相應(yīng)的造型形式。例如：木制椅子和鋼管結(jié)構(gòu)椅子，雖然它們的材料、結(jié)構(gòu)和造型都不同，但它們卻實(shí)現(xiàn)著相同的功能。這種“功能”、“造型”和“材料”之間的不確定關(guān)系，形成了豐富多彩的人造世界。然而，由于產(chǎn)品的形成，必須通過各種加工手段來制造，所以制造技術(shù)同樣制約著產(chǎn)品的功能與形態(tài)。不同的材料有著不同的特性和結(jié)構(gòu)，有著各自不同的加工方法，從而也顯現(xiàn)出不同的造型特征。這既是對(duì)設(shè)計(jì)的一個(gè)考驗(yàn)，同時(shí)也是設(shè)計(jì)的魅力所在。面對(duì)一個(gè)龐大的材料世界，要選擇所需要的設(shè)計(jì)材料的確是一件復(fù)雜工作。如金屬材料就有幾十萬種，高分子材料也有上萬種，另外還有五花八門的陶瓷材料和復(fù)合材料。與設(shè)計(jì)的其他方面相比，材料的選擇是最基本的，它提供了設(shè)計(jì)的起點(diǎn)。產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過程從某個(gè)角度來說是對(duì)材料的理解與認(rèn)識(shí)的過程，是“造物”與“創(chuàng)新”的過程。當(dāng)設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)某件產(chǎn)品時(shí)，他必須首先考慮應(yīng)選用何種材料。材料選擇得好壞，對(duì)產(chǎn)品的內(nèi)在和外觀質(zhì)量影響極大。對(duì)于給定的某一產(chǎn)品或其部件，考慮選擇材料時(shí)，最重要的是這一零部件的作用，及材料的性能。但設(shè)計(jì)師要把材料功能性因素、市場(chǎng)性因素放在相同位置，因?yàn)?，如果某種材料在計(jì)劃規(guī)定的時(shí)間內(nèi)不能得到，那么規(guī)定采用這種材料是沒有意義的。同樣，如果材料的價(jià)格比計(jì)劃的貴，那么也不能考慮使用這種材料。設(shè)計(jì)是一種復(fù)雜的行為，它涉及沒計(jì)者感性與理性的判斷。與設(shè)計(jì)的其它方面相比，材料的選擇是最基本的，它提供了設(shè)計(jì)的起點(diǎn)。材料選擇的適當(dāng)與否，對(duì)產(chǎn)品內(nèi)在和外觀質(zhì)量影響很大。如果材料選擇不當(dāng)或考慮不周，不僅影響產(chǎn)品的使用功能，還會(huì)有損于產(chǎn)品的整體美感。因此，設(shè)計(jì)師在選擇材料時(shí)，除必須考慮材料的固有特性外，還必須著眼于材料與人、環(huán)境的有機(jī)聯(lián)系。設(shè)計(jì)材料的選擇原則設(shè)計(jì)材料的選擇應(yīng)遵循的原則：材料的外觀材料的固有特性材料的工藝性材料的生產(chǎn)成本及環(huán)境因素材料的創(chuàng)新影響材料選擇的基本因素功能安全性能外觀需求工藝性能基本結(jié)構(gòu)要求控制件抗腐蝕性市場(chǎng)環(huán)境影響材料選擇的基本因素功能性因素首先應(yīng)該考慮產(chǎn)品應(yīng)具有怎么樣的功能和所期望的使用壽命。安全性能。材料的選擇應(yīng)當(dāng)按照有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)正確選用，并充分考慮各種可能預(yù)見的危險(xiǎn)。例如，醫(yī)院的某些電療設(shè)備中與病人接觸的部位，其表面應(yīng)該選擇具有抗靜電性質(zhì)的材料；在設(shè)備暴露的位置（如過道邊）配置普通的平板玻璃，就易于碰撞碎裂而造成人身傷害事故；在設(shè)備內(nèi)部如果選用易泛潮的塑料軸承，就會(huì)因隱匿著腐蝕的危險(xiǎn)性造成質(zhì)量惡化而導(dǎo)致重要的控制器失靈。外觀需求。產(chǎn)品的外觀在很大程度上受其可見表面的影響，并采取材料所能允許制造成的結(jié)構(gòu)形式。因此，外觀也是材料選擇必須考慮的一個(gè)重要因素。就產(chǎn)品的表面效果來看，材料影響著表面的自然光澤、反射率與紋理；影響著所能采用的表面涂飾材料與方式；影響著涂飾的外觀效果和在使用期限內(nèi)的惡化程度和惡化速度。至于形成外觀所需采取的制造工藝和手段。如澆鑄、模鑄、沖壓、彎折或切削，也在很大程度上依賴于所采用的材料，并影響到造型在經(jīng)濟(jì)上是否切實(shí)可行影響材料選擇的基本因素工藝性能。材料所要求的工藝性能與零部件制造的加工工藝路線有密切關(guān)系。一般金屬材料的加工工藝路線，遠(yuǎn)比工程塑料和工業(yè)陶瓷復(fù)雜，而且變化多，這不僅影響零部件的成型，還大大影響零部件的最終性能。任何零件都是由不同的材料通過一定的加工工藝制造出來的，因此，作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員掌握工業(yè)造型材料的制造性能是很重要的。工藝性能包括：機(jī)械性能、物理性能、化學(xué)性能、尺寸性能。影響材料選選擇的基本本因素基本結(jié)構(gòu)要要求如何綜合平平衡設(shè)計(jì)中中對(duì)產(chǎn)品的的功能、人人機(jī)工程學(xué)學(xué)和美學(xué)方方面的要求求，以及針針對(duì)批量生生產(chǎn)特點(diǎn)的的機(jī)械結(jié)構(gòu)構(gòu)、加工工工藝難點(diǎn)和和由此產(chǎn)生生的成本問問題等加以以解決。已已成為材料料選擇中的的重要問題題。其中材材料的耐久久性應(yīng)是材材料選擇中中必須最選選考慮的。。在大多數(shù)數(shù)情況下，，這樣的考考慮比僅考考慮美學(xué)品品質(zhì)或節(jié)約約成本而選選用可能導(dǎo)導(dǎo)致產(chǎn)品在在使用過程程中過早廢廢棄的劣質(zhì)質(zhì)材料，顯顯然要有意意義的多。。影響材料選選擇的基本本因素控制件控制件對(duì)材材料的選擇擇也有其特特殊的需求求。例如，，操縱鍵盤盤的材料應(yīng)應(yīng)具有恰當(dāng)當(dāng)?shù)慕佑|摩摩擦性和沖沖擊回彈性性，以保證證可靠操作作和手感舒舒適；用作作控制面板板的材料應(yīng)應(yīng)選擇反射射率較低并并易于在其其表面形成成圖樣符號(hào)號(hào)或易于貼貼附圖樣符符號(hào)的材料料制作，以以減少眩光光和便于指指示控制動(dòng)動(dòng)作?？垢g蝕性性抗腐腐蝕蝕性性是是材材料料選選擇擇的的另另一一個(gè)個(gè)重重要要準(zhǔn)準(zhǔn)則則，，因因?yàn)闉樗坝绊戫懼a(chǎn)產(chǎn)品品的的操操作作、、外外觀觀、、壽壽命命和和維維護(hù)護(hù)。。在在直直接接涉涉及及人人身身安安全全的的場(chǎng)場(chǎng)合合，，則則必必須須通通過過材材料料的的選選擇擇來來防防止止危危險(xiǎn)險(xiǎn)的的腐腐蝕蝕。。例例如如，，為為了了保保證證維維修修、、測(cè)測(cè)試試、、操操作作過過程程的的安安全全，，對(duì)對(duì)設(shè)設(shè)備備中中必必須須具具備備的的升升降降機(jī)機(jī)或或其其他他必必須須保保證證生生命命安安全全的的設(shè)設(shè)備備，，其其材材料料的的選選擇擇就就應(yīng)應(yīng)該該以以保保證證安安全全為為前前提提。。影響響材材料料選選擇擇的的基基本本因因素素市場(chǎng)場(chǎng)性性因因素素設(shè)計(jì)計(jì)者者必必須須對(duì)對(duì)目目標(biāo)標(biāo)消消費(fèi)費(fèi)群群的的要要求求進(jìn)進(jìn)行行估估價(jià)價(jià)。。對(duì)對(duì)于于材材料料，，要要考考慮慮到到消消費(fèi)費(fèi)者者的的態(tài)態(tài)度度往往往往會(huì)會(huì)受受到到他他們們?nèi)杖粘３＝咏佑|觸的的各各類類產(chǎn)產(chǎn)品品的的影影響響。。消消費(fèi)費(fèi)者者有有時(shí)時(shí)所所期期望望的的材材料料也也許許恰恰恰恰是是設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)者者并并不不準(zhǔn)準(zhǔn)備備采采用用的的。。而而且且消消費(fèi)費(fèi)者者對(duì)對(duì)某某些些產(chǎn)產(chǎn)品品所所選選用用的的材材料料有有時(shí)時(shí)還還受受到到傳傳統(tǒng)統(tǒng)習(xí)習(xí)慣慣的的束束縛縛。。這這時(shí)時(shí)一一種種“新材材料料”的選選用用，，在在一一定定時(shí)時(shí)期期內(nèi)內(nèi)未未必必會(huì)會(huì)被被消消費(fèi)費(fèi)者者接接受受。。當(dāng)當(dāng)然然，，這這并并不不等等于于說說產(chǎn)產(chǎn)品品選選用用的的材材料料就就必必須須永永遠(yuǎn)遠(yuǎn)停停滯滯在在傳傳統(tǒng)統(tǒng)的的水水平平上上。。隨隨著著科科學(xué)學(xué)技技術(shù)術(shù)水水平平的的發(fā)發(fā)展展，，新新材材料料、、新新技技術(shù)術(shù)的的不不斷斷出出現(xiàn)現(xiàn)勢(shì)勢(shì)在在必必然然。。問問題題在在于于當(dāng)當(dāng)我我們們選選擇擇材材料料替替代代傳傳統(tǒng)統(tǒng)材材料料時(shí)時(shí)，，如如何何在在造造型型設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)上上、、在在廣廣告告宣宣傳傳上上設(shè)設(shè)法法讓讓消消費(fèi)費(fèi)者者能能夠夠更更快快地地適適應(yīng)應(yīng)和和接接受受。。1可達(dá)性。在在最初考慮慮使用某種種材料時(shí)，，設(shè)計(jì)師應(yīng)應(yīng)首先了解解手邊有沒沒有這種材材料。如果果沒有，那那就看能否否在規(guī)定期期限內(nèi)得到到。如果在在規(guī)定的時(shí)時(shí)間內(nèi)不能能獲得所需需的材料，，就必須考考慮用另一一種材料代代替。因此此可達(dá)性是是工業(yè)產(chǎn)品品設(shè)計(jì)選材材的重要因因素。在工工業(yè)設(shè)計(jì)中中，結(jié)構(gòu)與與外觀造型型密切相關(guān)關(guān)，不同的的結(jié)構(gòu)方式式對(duì)產(chǎn)品造造型的布局局和細(xì)部處處理都有直直接的影響響。而結(jié)構(gòu)構(gòu)是受材料料制約的，，采用不同同的材料，，所能獲得得的結(jié)構(gòu)方方式以及由由此而產(chǎn)生生的產(chǎn)品形形體各不相相同，質(zhì)感感各異。影響材料選選擇的基本本因素2經(jīng)濟(jì)性。選選擇材料的的經(jīng)濟(jì)性始始終是工業(yè)業(yè)造型設(shè)計(jì)計(jì)中十分重重要的內(nèi)容容。在滿足足使用要求求、藝術(shù)造造型、工藝藝和可達(dá)性性的同時(shí)，，盡可能選選用價(jià)廉的的材料，最最好選用國(guó)國(guó)產(chǎn)材料，，使總成本本降至最低低，取得最最大的經(jīng)濟(jì)濟(jì)效益，使使產(chǎn)品在市市場(chǎng)上具有有最強(qiáng)的競(jìng)競(jìng)爭(zhēng)力。經(jīng)濟(jì)性包括括：材料價(jià)價(jià)格、使用用壽命、制制造性能、、零部件的的總成本等等因素。影響材料選選擇的基本本因素環(huán)境性因素素1選用同類材材料。設(shè)計(jì)計(jì)產(chǎn)品時(shí)盡盡量采用同同類材料，，避免多種種不同材料料，以便產(chǎn)產(chǎn)品回收和和再利用。。例如，汽汽車的車門門的門體使使用了聚丙丙烯，門中中的齒輪、、滑輪等機(jī)機(jī)構(gòu)也使用用聚丙烯，，里側(cè)的襯襯墊使用高高發(fā)泡聚丙丙烯，門內(nèi)內(nèi)的蒙面采采用丙綸織織物。這一一村料組合合在回收時(shí)時(shí)就不用拆拆卸分類，，可以直接接進(jìn)行再加加工。2減少表面裝裝飾。用表表面不加任任何涂、鍍鍍的原材料料直接制成成產(chǎn)品，這這也是出于于便于回爐爐處理和再再利用的目目的。影響材料選擇擇的基本因素素環(huán)境性因素3采用可降解材材料?？山到饨獠牧鲜侵笍U廢棄后能自然然分解并為自自然界吸收的的材料。在塑塑料成型加工工和使用過程程中產(chǎn)生的塑塑料廢棄物，，尤其是塑料料包裝材料更更是令人頭疼疼的環(huán)境污染染源。4廢棄物的再利利用。充分選選用廢棄物的的再生材料，，以利于資源源的再循環(huán)利利用。對(duì)廢棄棄物的再利用用，不僅能有有效減少可能能污染環(huán)境的的垃圾堆放，，也大大節(jié)約約了原材料。。因此，開發(fā)發(fā)能采用再生生材料、甚至至直接利用廢廢棄物制作的的產(chǎn)品將是十十分有意義的的工作，理應(yīng)應(yīng)成為現(xiàn)代工工業(yè)設(shè)計(jì)的一一個(gè)重要課題題。材料工程的發(fā)發(fā)展材料料結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)成成分分材料料科科學(xué)學(xué)與與工工程程應(yīng)用用需需求求合成成與與加加工工材料料性性能能材料料科科學(xué)學(xué)與與工工程程領(lǐng)領(lǐng)域域中中的的四四大大主主題題及及其其相相互互關(guān)關(guān)系系材料料工工程程的的發(fā)發(fā)展展材料料科科學(xué)學(xué)與與工工程程領(lǐng)領(lǐng)域域的的新新的的變變化化：：1新構(gòu)構(gòu)思思、、新新觀觀念念不不斷斷涌涌現(xiàn)現(xiàn)，，成成為為此此領(lǐng)領(lǐng)域域迅迅速速發(fā)發(fā)展展的的強(qiáng)強(qiáng)大大推推力力2營(yíng)造造特特殊殊環(huán)環(huán)境境，，利利用用極極端端手手段段，，制制備備特特殊殊材材料料，，獲獲取取特特殊殊性性能能3強(qiáng)烈烈依依賴賴其其它它高高新新技技術(shù)術(shù)，，材材料料領(lǐng)領(lǐng)域域成成為為其其它它高高新新技技術(shù)術(shù)綜綜合合應(yīng)應(yīng)用用的的實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)地地4經(jīng)濟(jì)濟(jì)實(shí)實(shí)力力成成為為制制約約材材料料領(lǐng)領(lǐng)域域發(fā)發(fā)展展速速度度、、深深度度和和廣廣度度的的關(guān)關(guān)鍵鍵因因素素設(shè)計(jì)計(jì)材材料料的的開開發(fā)發(fā)材料料體體系系材料成分分設(shè)計(jì)加工方法法工藝參數(shù)數(shù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)室性性能測(cè)試試顯微組織織評(píng)價(jià)功能需求求失效分析析應(yīng)用性能指標(biāo)標(biāo)比較產(chǎn)品性能能綜合評(píng)評(píng)價(jià)材料開發(fā)發(fā)和改進(jìn)進(jìn)閉環(huán)過過程示意意圖設(shè)計(jì)材材料的的開發(fā)發(fā)新材料料新材料料對(duì)產(chǎn)產(chǎn)品造造型設(shè)設(shè)計(jì)的的影響響和作作用新材料料的開開發(fā)方方向新材料料新材料料是指指采用用新工工藝、、新技技術(shù)合合成的的具有有各種種特殊殊機(jī)能能（光光、電電聲、、磁、、力、、超導(dǎo)導(dǎo)、超超塑等等）或或者比比傳統(tǒng)統(tǒng)材料料在必必能上上有重重大突突破（（如超超強(qiáng)、、超硬硬、耐耐高溫溫等））的一一類材材料。。新材料料發(fā)展展的標(biāo)標(biāo)志：：1引起生生產(chǎn)力力的大大解放放，推推動(dòng)社社會(huì)進(jìn)進(jìn)步。。2根據(jù)需需要設(shè)設(shè)計(jì)新新材料料，一一改以以往根根據(jù)產(chǎn)產(chǎn)品功功能來來選擇擇材料料的方方式，，而而是建建立一一種由由材料料來設(shè)設(shè)計(jì)產(chǎn)產(chǎn)品的的新觀觀念。。新材料料對(duì)產(chǎn)產(chǎn)品造造型設(shè)設(shè)計(jì)的的影響響和作作用新材料料對(duì)產(chǎn)產(chǎn)品造造型設(shè)設(shè)計(jì)的的影響響和作作用，，在以以下幾幾方面面：1在產(chǎn)品品進(jìn)一一步電電子化化、集集成化化和小小型化化的趨趨勢(shì)下下，新新材料料的使使用有有可能能突破破傳統(tǒng)統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)，甚甚至還還可能能引起起一場(chǎng)場(chǎng)材料料與技技術(shù)的的革命命，產(chǎn)產(chǎn)生新新的產(chǎn)產(chǎn)品和和設(shè)計(jì)計(jì)風(fēng)格格。因因此，，設(shè)計(jì)計(jì)工作作應(yīng)與與新材材料開開發(fā)建建立一一種互互相融融合的的關(guān)系系。2產(chǎn)品外外觀形形象要要具有有未來來性。。新材材料的的使用用，不不僅對(duì)對(duì)產(chǎn)品品外觀觀可以以起到到新穎穎美觀觀獨(dú)特特的裝裝飾作作用，，使設(shè)設(shè)計(jì)本本身變變得更更簡(jiǎn)潔潔、合合理，，更具具時(shí)代代感。。3材料在在與功功能相相適應(yīng)應(yīng)的同同時(shí)，，還要要有良良好的的觸覺覺質(zhì)感感和更更好的的可操操作性性。通通過新新材料料的使使用，，設(shè)計(jì)計(jì)應(yīng)最最大限限度地地賦予予產(chǎn)品品新的的魅力力。4設(shè)計(jì)應(yīng)應(yīng)進(jìn)一一步開開發(fā)傳傳統(tǒng)材材料，，使之之在現(xiàn)現(xiàn)代生生活中中具有有新的的意義義。新材料料的開開發(fā)方方向當(dāng)今在在新技技術(shù)的的驅(qū)動(dòng)動(dòng)下，，運(yùn)用用具有有新的的組合合方式式、新新的形形態(tài)和和新的的性質(zhì)質(zhì)的各各種材材料進(jìn)進(jìn)行新新制品品的開開發(fā)會(huì)會(huì)產(chǎn)生生令人人振奮奮的效效果。。新材料料的開開發(fā)方方向新材料料的研研究與與開發(fā)發(fā)主要要包括括四方方面的的內(nèi)容容：1新材料料的發(fā)發(fā)現(xiàn)或或研制制。2已知材材料新新功能能、新新性質(zhì)質(zhì)的發(fā)發(fā)現(xiàn)和和應(yīng)用用。3已知材材料功功能、、性質(zhì)質(zhì)的改改善。。4新材料料評(píng)價(jià)價(jià)技術(shù)術(shù)的開開發(fā)。。還要考考慮新新材料料的產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化化、商商品化化材料產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化化必須須重視視：原原材料料的分分布，，材料料的成成型與與加工工性能能，材材料的的可回回收率率和環(huán)環(huán)境保保護(hù)。?？煽沙殖掷m(xù)發(fā)發(fā)展新材料料的開開發(fā)方方向基礎(chǔ)材材料的的開發(fā)發(fā)對(duì)基礎(chǔ)礎(chǔ)材料料的性性進(jìn)行行改良良開發(fā)發(fā)，進(jìn)進(jìn)一步步探索索材料料的組組成、、結(jié)構(gòu)構(gòu)和性性能，，以提提高或或替代代原有有材料料的特特性為為具體體目標(biāo)標(biāo)，使使材料料揚(yáng)長(zhǎng)長(zhǎng)避短短，從從而獲獲得期期望的的材料料特性性，擴(kuò)擴(kuò)大材材料的的使用用范圍圍。通用塑料的性能新型特種塑料的性能輕而硬重而軟易成型不易變形不耐熱，高溫下會(huì)變形耐熱、高溫下也變形不導(dǎo)電、不傳熱能導(dǎo)電、傳熱易燃不會(huì)燃燒不銹不腐能腐新型材材料所所期望望的特特性新材料料的開開發(fā)方方向類陶瓷類塑料難燃、耐磨、高彈性、高耐熱塑料類金屬性塑料高強(qiáng)度、高導(dǎo)電、高結(jié)晶化塑料類玻璃性塑料透明、耐磨光纖類生物體塑料人造皮革、變色樹脂、吸水性樹脂、除臭樹脂、飄香樹脂、保溫樹脂、形狀記憶樹脂、防蟲纖維、離子交換纖維等特殊個(gè)性塑料磁性纖維、超導(dǎo)纖維、感光樹脂等新型塑塑料的的替代代機(jī)能能新材料料的開開發(fā)方方向新材料料的開開發(fā)方方向復(fù)合材材料的的開發(fā)發(fā)復(fù)合材材料是是指兩兩種或或兩種種以上上不同同化學(xué)學(xué)性質(zhì)質(zhì)或不不同組組織結(jié)結(jié)構(gòu)的的材料料，通通過不不同的的工藝藝方法法組成成的多多相材材料，，它具具有單單一素素材無無法取取得的的機(jī)能能。這這些機(jī)機(jī)能包包括：：1各素材材所保保持的的機(jī)能能2在復(fù)合合與成成型過過程中中形成成的機(jī)機(jī)能3由復(fù)合合結(jié)構(gòu)構(gòu)特征征產(chǎn)生生的機(jī)機(jī)能4復(fù)合效效應(yīng)所所致的的機(jī)能能新材料料的開開發(fā)方方向金屬金屬陶瓷陶瓷塑料塑料玻璃玻璃可能復(fù)復(fù)合的的素材材組合合方式式新材料料的開開發(fā)方方向開發(fā)復(fù)復(fù)合材材料的的目的的為：：1彌補(bǔ)某某些有有用材材料的的缺點(diǎn)點(diǎn)，以以更好好地發(fā)發(fā)揮有有用的的機(jī)能能2利用具有某某些特性的的材料以構(gòu)構(gòu)成單一材材料無法實(shí)實(shí)現(xiàn)的特性性3產(chǎn)生從未有有的新機(jī)能能新材料的開開發(fā)方向新材料的開開發(fā)方向復(fù)合材料常常用如下方方法分類：：1按基體分類類，有金屬屬基復(fù)合材材料和高分分子（樹脂脂）基復(fù)合合材料。2按添加物的的幾何形狀狀分類，有有顆粒增強(qiáng)強(qiáng)復(fù)合材料料、纖維增增強(qiáng)復(fù)合材材料、疊層層增強(qiáng)復(fù)合合材料、彌彌散增強(qiáng)復(fù)復(fù)合材料等等隨著研究的的深入，材材料的復(fù)合合向著精細(xì)細(xì)化方向演演化，出現(xiàn)現(xiàn)了諸如仿仿生復(fù)合、、梯度復(fù)合合、納米復(fù)復(fù)合、分子子復(fù)合、原原位復(fù)合和和智能復(fù)合合等新穎方方法。新材料的開開發(fā)方向一般材料的的產(chǎn)品化過過程，分為為原材料加加工與由材材料加工成成型構(gòu)成產(chǎn)產(chǎn)品兩個(gè)基基本過程。。然面復(fù)合合材料的產(chǎn)產(chǎn)品化過程程則不同，，它的這兩兩個(gè)基本過過程是同時(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)的，，所以復(fù)合合材料的設(shè)設(shè)計(jì)就是產(chǎn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)計(jì)，并且不不同的產(chǎn)品品即使采用用相同的復(fù)復(fù)合材料也也有不同的的成型方法法與條件。。在設(shè)計(jì)階段段，不論選選用什么材材料，同時(shí)時(shí)就應(yīng)考慮慮其廢棄物物的處理，，這已成為為現(xiàn)代工業(yè)業(yè)設(shè)計(jì)的原原則。從這這一角度來來說，復(fù)合合材料的回回收處理較較為困難，，易引起環(huán)環(huán)境問題。。所以復(fù)合合材料設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)，必須須充分確認(rèn)認(rèn)對(duì)其處理理的可能性性。新材料的開開發(fā)方向納米材料與與納米技術(shù)術(shù)納米材料與與納米技術(shù)術(shù)是一種基基于全新概概念而形成成的材料和和材料加工工技術(shù)，是是當(dāng)前國(guó)際際前沿研究究課題之一一。一、納米材材料新材料的開開發(fā)方向納米級(jí)結(jié)構(gòu)構(gòu)材料簡(jiǎn)稱稱為納米材材料(nanomaterial)，是指其結(jié)結(jié)構(gòu)單元的的尺寸介于于1納米～100納米范圍之之間。由于于它的尺寸寸已經(jīng)接近近電子的相相干長(zhǎng)度，，它的性質(zhì)質(zhì)因?yàn)閺?qiáng)相相干所帶來來的自組織織使得性質(zhì)質(zhì)發(fā)生很大大變化。并并且，其尺尺度已接近近光的波長(zhǎng)長(zhǎng)，加上其其具有大表表面的特殊殊效應(yīng)，因因此其所表表現(xiàn)的特性性，例如熔熔點(diǎn)、磁性性、光學(xué)、、導(dǎo)熱、導(dǎo)導(dǎo)電特性等等等，往往往不同于該該物質(zhì)在整整體狀態(tài)時(shí)時(shí)所表現(xiàn)的的性質(zhì)。納米顆粒材材料又稱為為超微顆粒粒材料，由由納米粒子子(nanoparticle)組成。納米米粒子也叫叫超微顆粒粒，一般是是指尺寸在在1～100nm間的粒子，，是處在原原子簇和宏宏觀物體交交界的過渡渡區(qū)域，從從通常的關(guān)關(guān)于微觀和和宏觀的觀觀點(diǎn)看，這這樣的系統(tǒng)統(tǒng)既非典型型的微觀系系統(tǒng)亦非典典型的宏觀觀系統(tǒng)，是是一種典型型的介觀系系統(tǒng)，它具具有表面效效應(yīng)、小尺尺寸效應(yīng)和和宏觀量子子隧道效應(yīng)應(yīng)。當(dāng)人們們將宏觀物物體細(xì)分成成超微顆粒粒（納米級(jí)級(jí)）后，它它將顯示出出許多奇異異的特性，，即它的光光學(xué)、熱學(xué)學(xué)、電學(xué)、、磁學(xué)、力力學(xué)以及化化學(xué)方面的的性質(zhì)和大大塊固體時(shí)時(shí)相比將會(huì)會(huì)有顯著的的不同。新材料的開開發(fā)方向納米材料具具有傳統(tǒng)材材料所不具具備的奇異異或反常的的物理、化化學(xué)特性，，如原本導(dǎo)導(dǎo)電的銅到到某一納米米級(jí)界限就就不導(dǎo)電，，原來絕緣緣的二氧化化硅、晶體體等，在某某一納米級(jí)級(jí)界限時(shí)開開始導(dǎo)電。。這是由于于納米材料料具有顆粒粒尺寸小、、比表面積積大、表面面能高、表表面原子所所占比例大大等特點(diǎn)，，以及其特特有的三大大效應(yīng)：小小尺寸效應(yīng)應(yīng)、表面效效應(yīng)和宏觀觀量子隧道道效應(yīng)。新材料的開開發(fā)方向小尺寸效應(yīng)應(yīng)隨著顆粒尺尺寸的量變變，在一定定條件下會(huì)會(huì)引起顆粒粒性質(zhì)的質(zhì)質(zhì)變。由于于顆粒尺寸寸變小所引引起的宏觀觀物理性質(zhì)質(zhì)的變化稱稱為小尺寸寸效應(yīng)。對(duì)對(duì)超微顆粒粒而言，尺尺寸變小，，同時(shí)其比比表面積亦亦顯著增加加，從而產(chǎn)產(chǎn)生如下一一系列新奇奇的性質(zhì)。。新材料的開開發(fā)方向（1）特殊的的光學(xué)性質(zhì)質(zhì)當(dāng)黃金被細(xì)細(xì)分到小于于光波波長(zhǎng)長(zhǎng)的尺寸時(shí)時(shí)，即失去去了原有的的富貴光澤澤而呈黑色色。事實(shí)上上，所有的的金屬在超超微顆粒狀狀態(tài)都呈現(xiàn)現(xiàn)為黑色。。尺寸越小小，顏色愈愈黑，銀白白色的鉑（（白金）變變成鉑黑，，金屬鉻變變成鉻黑。。由此可見見，金屬超超微顆粒對(duì)對(duì)光的反射射率很低，，通常可低低于l％，大約幾幾微米的厚厚度就能完完全消光。。利用這個(gè)個(gè)特性可以以作為高效效率的光熱熱、光電等等轉(zhuǎn)換材料料，可以高高效率地將將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苣?、電能。。此外又有有可能?yīng)用用于紅外敏敏感元件、、紅外隱身身技術(shù)等。。小尺寸效應(yīng)應(yīng)新材料的開開發(fā)方向小尺寸效應(yīng)應(yīng)（2）特殊的的熱學(xué)性質(zhì)質(zhì)固態(tài)物質(zhì)在在其形態(tài)為為大尺寸時(shí)時(shí)，其熔點(diǎn)點(diǎn)是固定的的，超細(xì)微微化后卻發(fā)發(fā)現(xiàn)其熔點(diǎn)點(diǎn)將顯著降降低，當(dāng)顆顆粒小于10納米量級(jí)時(shí)時(shí)尤為顯著著。例如，，金的常規(guī)規(guī)熔點(diǎn)為1064C℃，當(dāng)顆粒尺寸寸減小到10納米尺寸時(shí)，，則降低27℃，2納米尺寸時(shí)的的熔點(diǎn)僅為327℃左右；銀的常常規(guī)熔點(diǎn)為670℃，而超微銀顆顆粒的熔點(diǎn)可可低于100℃。因此，超細(xì)細(xì)銀粉制成的的導(dǎo)電漿料可可以進(jìn)行低溫溫?zé)Y(jié)，此時(shí)時(shí)元件的基片片不必采用耐耐高溫的陶瓷瓷材料，甚至至可用塑料。。采用超細(xì)銀銀粉漿料，可可使膜厚均勻勻，覆蓋面積積大，既省料料又具高質(zhì)量量。日本川崎崎制鐵公司采采用0．1～1微米的銅、鎳鎳超微顆粒制制成導(dǎo)電漿料料可代替鈀與與銀等貴金屬屬。超微顆粒粒熔點(diǎn)下降的的性質(zhì)對(duì)粉末末冶金工業(yè)具具有一定的吸吸引力。例如如，在鎢顆粒粒中附加0.1％～0.5％重量比的超超微鎳顆粒后后，可使燒結(jié)結(jié)溫度從3000℃降低到1200～1300℃，以致可在較較低的溫度下下燒制成大功功率半導(dǎo)體管管的基片。新材料的開發(fā)發(fā)方向小尺寸效應(yīng)（3）特殊的磁磁學(xué)性質(zhì)人們發(fā)現(xiàn)鴿子子、海豚、蝴蝴蝶、蜜蜂以以及生活在水水中的趨磁細(xì)細(xì)菌等生物體體中存在超微微的磁性顆粒粒，使這類生生物在地磁場(chǎng)場(chǎng)導(dǎo)航下能辨辨別方向，具具有回歸的本本領(lǐng)。磁性超超微顆粒實(shí)質(zhì)質(zhì)上是一個(gè)生生物磁羅盤，，生活在水中中的趨磁細(xì)菌菌依靠它游向向營(yíng)養(yǎng)豐富的的水底。通過過電子顯微鏡鏡的研究表明明，在趨磁細(xì)細(xì)菌體內(nèi)通常常含有直徑約約為2′10-2微米的磁性氧氧化物顆粒。。小尺寸的超超微顆粒磁性性與大塊材料料顯著的不同同，大塊的純純鐵矯頑力約約為80安／米，而當(dāng)當(dāng)顆粒尺寸減減小到2′10-2微米以下時(shí)，，其矯頑力可可增加1千倍，若進(jìn)一一步減小其尺尺寸，大約小小于6′10-3微米時(shí)，其矯矯頑力反而降降低到零，呈呈現(xiàn)出超順磁磁性。利用磁磁性超微顆粒粒具有高矯頑頑力的特性，，已作成高貯貯存密度的磁磁記錄磁粉，，大量應(yīng)用于于磁帶、磁盤盤、磁卡以及及磁性鑰匙等等。利用超順順磁性，人們們已將磁性超超微顆粒制成成用途廣泛的的磁性液體。。新材材料料的的開開發(fā)發(fā)方方向向小尺尺寸寸效效應(yīng)應(yīng)4）特特殊殊的的力力學(xué)學(xué)性性質(zhì)質(zhì)陶瓷瓷材材料料在在通通常常情情況況下下呈呈脆脆性性，，然然而而由由納納米米超超微微顆顆粒粒壓壓制制成成的的納納米米陶陶瓷瓷材材料料卻卻具具有有良良好好的的韌韌性性。。因因?yàn)闉榧{納米米材材料料具具有有大大的的界界面面，，界界面面的的原原子子排排列列是是相相當(dāng)當(dāng)混混亂亂的的，，原原子子在在外外力力變變形形的的條條件件下下很很容容易易遷遷移移，，因因此此表表現(xiàn)現(xiàn)出出甚甚佳佳的的韌韌性性與與一一定定的的延延展展性性，，使使陶陶瓷瓷材材料料具具有有新新奇奇的的力力學(xué)學(xué)性性質(zhì)質(zhì)。。美美國(guó)國(guó)學(xué)學(xué)者者報(bào)報(bào)道道氟氟化化鈣鈣納納米米材材料料在在室室溫溫下下可可以以大大幅幅度度彎彎曲曲而而不不斷斷裂裂。。研研究究表表明明，，人人的的牙牙齒齒之之所所以以具具有有很很高高的的強(qiáng)強(qiáng)度度，，是是因因?yàn)闉樗鞘怯捎闪琢姿崴徕}鈣等等納納米米材材料料構(gòu)構(gòu)成成的的。。呈呈納納米米晶晶粒粒的的金金屬屬要要比比傳傳統(tǒng)統(tǒng)的的粗粗晶晶粒粒金金屬屬硬硬3～5倍。。至至于于金金屬屬一一陶陶瓷瓷等等復(fù)復(fù)合合納納米米材材料料則則可可在在更更大大的的范范圍圍內(nèi)內(nèi)改改變變材材料料的的力力學(xué)學(xué)性性質(zhì)質(zhì)，，其其應(yīng)應(yīng)用用前前景景十十分分寬寬廣廣。。超微微顆顆粒粒的的小小尺尺寸寸效效應(yīng)應(yīng)還還表表現(xiàn)現(xiàn)在在超超導(dǎo)導(dǎo)電電性性、、介介電電性性能能、、聲聲學(xué)學(xué)特特性性以以及及化化學(xué)學(xué)性性能能等等方方面面。。新材料的的開發(fā)方方向表面效應(yīng)應(yīng)球形顆粒粒的表面面積與直直徑的平平方成正正比，其其體積與與直徑的的立方成成正比，，故其比比表面積積（表面面積／體體積）與與直徑成成反比。。隨著顆顆粒直徑徑變小，，比表面面積將會(huì)會(huì)顯著增增大，說說明表面面原子所所占的百百分?jǐn)?shù)將將會(huì)顯著著地增加加。對(duì)直直徑大于于0.1微米的顆顆粒表面面效應(yīng)可可忽略不不計(jì)，當(dāng)當(dāng)尺寸小小于0.1微米時(shí)，，其表面面原子百百分?jǐn)?shù)激激劇增長(zhǎng)長(zhǎng)，甚至至1克超微顆顆粒表面面積的總總和可高高達(dá)100米2，這時(shí)的的表面效效應(yīng)將不不容忽略略。新材料的的開發(fā)方方向表面效應(yīng)應(yīng)超微顆粒粒的表面面與大塊塊物體的的表面是是十分不不同的，，若用高高倍率電電子顯微微鏡對(duì)金金超微顆顆粒（直直徑為2*10-3微米）進(jìn)進(jìn)行電視視攝像，，實(shí)時(shí)觀觀察發(fā)現(xiàn)現(xiàn)這些顆顆粒沒有有固定的的形態(tài)，，隨著時(shí)時(shí)間的變變化會(huì)自自動(dòng)形成成各種形形狀（如如立方八八面體，，十面體體，二十十面體多多李晶等等），它它既不同同于一般般固體，，又不同同于液體體，是一一種準(zhǔn)固固體。在在電子顯顯微鏡的的電子束束照射下下，表面面原子仿仿佛進(jìn)入入了“沸騰”狀態(tài)，，尺寸寸大于于10納米后后才看看不到到這種種顆粒粒結(jié)構(gòu)構(gòu)的不不穩(wěn)定定性，，這時(shí)時(shí)微顆顆粒具具有穩(wěn)穩(wěn)定的的結(jié)構(gòu)構(gòu)狀態(tài)態(tài)。新材料料的開開發(fā)方方向表面效效應(yīng)超微顆顆粒的的表面面具有有很高高的活活性，，在空空氣中中金屬屬顆粒粒會(huì)迅迅速氧氧化而而燃燒燒。如如要防防止自自燃，，可采采用表表面包包覆或或有意意識(shí)地地控制制氧化化速率率，使使其緩緩慢氧氧化生生成一一層極極薄而而致密密的氧氧化層層，確確保表表面穩(wěn)穩(wěn)定化化。利利用表表面活活性，，金屬屬超微微顆粒粒可望望成為為新一一代的的高效效催化化劑和和貯氣氣材料料以及及低熔熔點(diǎn)材材料。。新材料料的開開發(fā)方方向宏觀量量子隧隧道效效應(yīng)各種元元素的的原子子具有有特定定的光光譜線線，如如鈉原原子具具有黃黃色的的光譜譜線。。原子子模型型與量量子力力學(xué)已已用能能級(jí)的的概念念進(jìn)行行了合合理的的解釋釋，由由無數(shù)數(shù)的原原子構(gòu)構(gòu)成固固體時(shí)時(shí)，單單獨(dú)原原子的的能級(jí)級(jí)就并并合成成能帶帶，由由于電電子數(shù)數(shù)目很很多，，能帶帶中能能級(jí)的的間距距很小小，因因此可可以看看作是是連續(xù)續(xù)的，，從能能帶理理論出出發(fā)成成功地地解釋釋了大大塊金金屬、、半導(dǎo)導(dǎo)體、、絕緣緣體之之間的的聯(lián)系系與區(qū)區(qū)別，，對(duì)介介于原原子、、分子子與大大塊固固體之之間的的超微微顆粒粒而言言，大大塊材材料中中連續(xù)續(xù)的能能帶將將分裂裂為分分立的的能級(jí)級(jí)；能能級(jí)間間的間間距