《設計材料與工藝》 課件 張仲鳳 第8-11講：無機非金屬材料及加工工藝-材料的設計技法表現(xiàn)

設計材料工藝學153第八講：無機非金屬材料及加工工藝8.1玻璃材料玻璃的基本性能是以石英砂、長石、石灰石等為主要原料，加入某些金屬氧化物、化合物等輔助原料，經(jīng)高溫加熱熔融、冷卻凝固所得的非晶態(tài)無機材料。（1）強度（抗壓強度為抗拉強度的14-15倍）（2）硬度（硬度僅次于金剛石、碳化硅等材料，不能用普通刀和鋸進行切割）（3）光學性質(zhì)（高度透明，具有吸收或透過紫外線和紅外線、感光、光變色、光儲存和顯示等重要光學性能）（4）電學性能（常溫下是電的不良導體，在潮濕空氣或溫度升高是，導電性迅速提高）（5）熱性質(zhì)（導熱性差，熱穩(wěn)定差）（6）化學穩(wěn)定性的玻璃的化學性質(zhì)穩(wěn)定（耐堿腐蝕性較差）第八講：無機非金屬材料及加工工藝設計材料工藝學154玻璃的工藝特性包括玻璃的熔制工藝、玻璃的成型工藝以及玻璃的二次加工工藝。玻璃制造成型工藝過程：原料計量配料熔窯熔融玻璃澄清劑成型加工玻璃制品第八講：無機非金屬材料及加工工藝設計材料工藝學155（1）玻璃原料①主要原料石英砂：主要成分是二氧化硅，它是玻璃形成的重要氧化物。硼酸、硼砂及含硼礦物：向玻璃中引入氧化硼的原料，它能降低玻璃的膨脹系數(shù)，提高其熱穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性和機械強度，增加玻璃的折射率，改善玻璃的光澤。長石、瓷土、蠟石：向玻璃中引入氧化鋁的原料，它能提高化學的穩(wěn)定性，熱穩(wěn)定性，機械強度、硬度和折射率，減輕玻璃液對耐火材料的浸蝕。純堿、芒硝：向玻璃中引入堿金屬氧化物氧化鈉的主要原料，氧化鈉是玻璃的良好助熔劑，可以降低玻璃黏度，使其易于熔融和成型。方解石、石灰石：向玻璃中引入氧化鈣的主要原料，氧化鈣的主要作用為穩(wěn)定劑，含量較高時，能使玻璃的結晶化傾向增大，而易使玻璃發(fā)脆。硫酸鋇、碳酸鋇：向玻璃中引入氧化鋇的主要原料，含氧化鋇的玻璃吸收輻射線能力較強，常用于制作高級器皿玻璃、光學玻璃、防輻射玻璃等。鉛化合物：向玻璃中引入氧化鉛的主要原料，增加玻璃比重，提高折射率。第八講：無機非金屬材料及加工工藝設計材料工藝學156②輔助原料澄清劑：促進排除玻璃中氣泡的物質(zhì)，如氧化砷、硫酸鹽等。著色劑：使玻璃制品著色的物質(zhì)，如錳、鈷等金屬和非金屬化合物等。脫色劑：去除玻璃原料中含有的鐵、鉻、鈦、釩等化合物和有機物的有害雜質(zhì)。

提高無色玻璃的透明度，如硒、氧化錳、硝酸鹽等。乳濁劑：使玻璃制品對光線產(chǎn)生不透明的乳濁狀態(tài)的物質(zhì)，如氟化物等。助熔劑：能促使玻璃熔制過程加速的物質(zhì)。第八講：無機非金屬材料及加工工藝設計材料工藝學157（2）玻璃的熔制是指將配合料經(jīng)過高溫熔融，形成均勻無氣泡并符合成型要求的玻璃液的過程，它包括一系列物理的、化學的、物理化學的現(xiàn)象和反應，其結果是使各種原料混合物變成復雜的熔融物，即玻璃液。大致分為：硅酸鹽的形成、玻璃的形成、澄清、均化和冷卻五個階段。（3）玻璃的成型是指將熔融的玻璃液加工成具有一定形狀和尺寸的玻璃制品的工藝過程。成型方法分為兩類：熱塑成型和冷成型。常見的玻璃成型方法：壓制成型、吹制成型、壓延成型、拉制成型和浮法成型等。第八講：無機非金屬材料及加工工藝設計材料工藝學158①壓制成型（下左圖）是在模具中加入玻璃熔料加壓成型，多用于玻璃盤碟、玻璃磚的制作。②吹制成型（下右圖）是玻璃器皿最常見的成型方法，是先將玻璃黏料壓制成雛形型塊，再將壓縮氣體吹入處于熱熔狀態(tài)的玻璃型塊中，使之吹脹成為中空制品。第八講：無機非金屬材料及加工工藝設計材料工藝學159③壓延成型是用金屬輥將玻璃熔體壓成板狀制品，主要用來生產(chǎn)壓花玻璃、夾絲玻璃等。平面壓延（a）；輥間壓延（b）；連續(xù)壓延（c）；加絲壓延（d）（右上圖）④拉制成型是利用機械拉引力將玻璃熔體制成制品，分成垂直拉制和水平拉制，主要用來生產(chǎn)平板玻璃、玻璃管、玻璃纖維等（右下圖）第八講：無機非金屬材料及加工工藝設計材料工藝學160⑤浮法成型是生產(chǎn)平板玻璃的主要工藝方法，其成型過程是在通入保護氣體（氮氣及氫氣）的錫槽中完成的。熔融玻璃從池窯中連續(xù)流入盛有熔融錫液的錫槽中并漂浮在相對密度較大的錫液表面上，在重力和表面張力的作用下，玻璃液在潔凈的錫液面上鋪開、攤平，形成上下平整且具有一定厚度的玻璃板，硬化、冷卻后被牽引離開錫槽進入退后窯，經(jīng)退火、切裁，就得到平板玻璃產(chǎn)品。（見圖）第八講：無機非金屬材料及加工工藝設計材料工藝學161（4）玻璃的熱處理一般包括退火和淬火兩種工藝。①玻璃的退火退火就是消除或減少玻璃制品中的熱應力的熱處理過程，包括加熱、保溫、慢冷及快冷四個階段。②玻璃的淬火淬火就是將玻璃制品加熱到轉(zhuǎn)變溫度以上，然后在冷卻介質(zhì)（淬火介質(zhì)）中急速均勻冷卻，以提高玻璃制品的機械強度和熱穩(wěn)定性。第八講：無機非金屬材料及加工工藝設計材料工藝學162（5）玻璃制品的二次加工可分為冷加工、熱加工和表面處理三大類。①玻璃制品的冷加工冷加工是指在常溫下通過機械方法來改變玻璃制品的外形和表面狀態(tài)所進行的工藝的過程。冷加工的基本方法包括研磨、拋光、切割、磨邊、噴砂、鉆孔和車刻等。②玻璃制品的熱加工主要方法有：火焰切割、火拋光、鋒利邊緣的燒口等。③玻璃制品的表面處理包括表面著色、表面涂層（如鏡子鍍銀、表面導電等）以及玻璃表面光滑面與散光面的形成（如玻璃表面的蝕刻、玻璃的拋光等）。第八講：無機非金屬材料及加工工藝設計材料工藝學163常用玻璃材料（1）玻璃材料的分類按玻璃的用途和使用環(huán)境分類:①日用玻璃②技術玻璃③建筑玻璃④玻璃纖維按玻璃化學成分分類：①鈉鈣玻璃②鉛玻璃③石英玻璃④硼硅玻璃⑤鋁硅玻璃⑥特殊成分玻璃按制造方法分類：①吹制玻璃②拉制玻璃③壓制玻璃④鑄造玻璃第八講：無機非金屬材料及加工工藝設計材料工藝學164（2）常用玻璃品種①平板玻璃磨砂玻璃：其表面呈細微凹凸，可使光線產(chǎn)生漫射，透光不透視，具有均勻柔和的效果。磨光玻璃：又稱鏡面玻璃，表面平整光滑，有光澤，物像透過玻璃不變形。第八講：無機非金屬材料及加工工藝設計材料工藝學165夾層玻璃：是利用透明、黏結力強的塑料薄膜片將兩塊或多塊平板玻璃在高溫高壓作用下黏結起來的玻璃。強度高，有優(yōu)異的抗沖擊和抗穿透性能，破碎時玻璃不易脫離分散。主要用作汽車、飛機的風擋玻璃、防彈玻璃等。（右上圖）鋼化玻璃：具有良好機械性能和耐熱震性能，破碎后裂成圓鈍的小碎片，碎片不帶尖銳棱角，可減少對人的傷害。多用車輛的車窗和建筑門窗、隔墻等。（右下圖）夾絲玻璃：由于金屬絲或金屬網(wǎng)的嵌入，玻璃在遭受沖擊或溫度劇變時破而不缺，裂而不散、具有較好的安全性和防火性。彩色玻璃：對通過的可見光具有一定的選擇性吸收的玻璃。可分為本體著色和表面著色兩種。第八講：無機非金屬材料及加工工藝設計材料工藝學166釉面玻璃：具有鋼化玻璃的所有特性，是一種具有抗酸堿、耐腐蝕的安全裝飾材料。花紋玻璃：將玻璃依設計圖案加以雕刻、印刻等無彩色處理，使表面呈現(xiàn)透明與不透明的花紋圖案，具有良好的藝術效果?？煞譃閴夯úＡА娀úＡШ涂袒úＡ?。中空玻璃：又稱隔熱玻璃，具有優(yōu)良的保溫、隔熱、隔聲及防結露等性能。熱放射玻璃：又稱鍍膜玻璃，具有良好的隔熱性和遮光性，并具有光線單向透過性，具有較好的隱蔽效果。吸熱玻璃：在普通硅酸鹽玻璃中引入一定量得著色氧化物或在玻璃表面噴涂著色氧化物薄膜而具有吸熱性，具有控制陽光與熱能透過的功能。光柵玻璃：又稱鐳射玻璃，在光源照射下，光柵玻璃發(fā)生物理衍射現(xiàn)象產(chǎn)生七彩光。光致變色玻璃：又稱為光色玻璃，在玻璃中引入鹵化銀等光敏劑而得，具有隨光線強弱而變色的特性。第八講：無機非金屬材料及加工工藝設計材料工藝學167②日用玻璃是用于制造日用器皿、藝術品和裝飾品的玻璃的總稱。具有較好的透明度和白度（日光下呈無色或很弱的藍色）。主要用于制作茶具、餐具、藝術制品等。③泡沫玻璃又稱多孔玻璃，機械強度高。不透氣、不燃、導熱系數(shù)小，不變形，經(jīng)久耐用，是良好的保溫絕熱材料。④微晶玻璃又稱玻璃陶瓷，常被用來制造耐高溫和抗沖擊性產(chǎn)品，如炊具。第八講：無機非金屬材料及加工工藝設計材料工藝學168⑥玻璃纖維耐熱性好，具有很好的抗張強度和抗沖擊強度，具有吸聲、隔聲性、脆性大。主要用作增強材料、隔熱吸聲材料、絕緣材料等。⑤其他玻璃玻璃馬賽克：一種小規(guī)格的乳濁狀半透明彩色飾面玻璃。尺寸一般為20-30mm、30-30mm、40-40mm，厚度為4-6mm。用于建筑物的外墻裝飾。玻璃空心磚：將兩塊模壓成凹形的玻璃熔接或膠接成一整體，中間充入干燥空氣，經(jīng)退火處理和涂飾側面而成。多用來砌筑透光墻壁。第八講：無機非金屬材料及加工工藝設計材料工藝學169（3）新穎奇特的玻璃①可釘玻璃是把硼酸玻璃粉與碳化纖維混合后加熱制成的。無脆性，在上面釘釘子和裝木螺絲，無須擔心破碎。②天線玻璃玻璃內(nèi)層嵌有很細的天線。安裝后，室內(nèi)電視機能呈現(xiàn)清晰的畫面。③滅菌玻璃加入適量的銅離子，制出的玻璃就具有滅菌、防霉的功效。④導電玻璃⑤發(fā)電玻璃當吸收太陽光的能量后可以發(fā)電。第八講：無機非金屬材料及加工工藝設計材料工藝學170⑥折光玻璃因涂上了一種能折射光線的涂層，具有折射光線的作用。⑦調(diào)光玻璃一種可調(diào)透明度的玻璃，可以免用窗簾，用遙控開關調(diào)節(jié)明暗。⑧薄紙玻璃（其厚度約為0.003mm）⑨自凈玻璃又稱自潔玻璃，達到自動清洗的效果，可不費力氣清潔玻璃窗⑩防盜玻璃玻璃結構內(nèi)層嵌有金屬絲，而金屬絲與報警裝置想連接。

打不碎玻璃

不反光玻璃1112第八講：無機非金屬材料及加工工藝設計材料工藝學171隔聲玻璃

空調(diào)玻璃用雙層玻璃加工制造的，可將暖氣送到玻璃夾層中，通過氣孔散發(fā)到室內(nèi)，代替暖氣片。

污染變色玻璃受到污染時能改變顏色，用它來制作污染檢測材料和標示材料用途廣泛。

排二氧化碳玻璃是一種能透過二氧化碳的玻璃膜，濕度越大，透過性越高。調(diào)溫玻璃

生物玻璃（具有生物適應性，可用于人造骨等）

信息玻璃（記錄信息）13141516171918第八講：無機非金屬材料及加工工藝設計材料工藝學172玻璃在設計的應用第八講：無機非金屬材料及加工工藝設計材料工藝學1738.2陶瓷材料陶瓷材料的基本知識（1）陶瓷的組成和分類是以天然礦物質(zhì)材料和人工制成的化合物為原料，按一定配比稱量配料，經(jīng)成型、高溫燒制而成的制品的總稱。陶瓷普通陶瓷陶器、炻器、瓷器日用陶瓷、建筑陶瓷、絕緣陶瓷、化工陶瓷、多孔陶瓷特種陶瓷結構陶瓷、功能陶瓷氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、復合瓷、金屬陶瓷、纖維增強陶瓷按成分性能分類按用途分類按用途分類按化學組成分類第八講：無機非金屬材料及加工工藝設計材料工藝學174（2）陶瓷的基本特性①陶瓷的力學性質(zhì)：剛度大、硬度大；強度高；性脆；②陶瓷的熱性能：熔點高、高溫強度好，抗蠕變能力強，熱硬度可達1000℃；膨脹系數(shù)和導熱系數(shù)小，承受溫度快速變化的能力差，在溫度劇變時會開裂。③陶瓷的化學性能：有良好的抗氧化的能力，能抵抗強腐蝕介質(zhì)和高溫的共同作用。對酸、堿、鹽等腐蝕性很強的介質(zhì)均有較強的抗蝕能力。④陶瓷的導電性：變化范圍廣，大部分可作絕緣材料，有的可作半導體材料，還可以壓電材料、熱電材料和磁性材料等。⑤陶瓷的光學性能：普通日用瓷的白度一般要求在60-70%，透光度與陶瓷材料的組成、結構、氣孔率、厚度等因素有關。⑥氣孔率和吸水率氣孔率的大小是衡量陶瓷質(zhì)量和工藝制度是否合理的重要標志，吸水率反映了陶瓷制品是否燒結和燒結后的致密程度。第八講：無機非金屬材料及加工工藝設計材料工藝學175陶瓷的成型工藝通常包括原料的配制、坯料成型、干燥、施釉、窯爐燒結和后續(xù)加工等主要工序。（1）原料的配制①傳統(tǒng)陶瓷原料：為可塑性原料，主要是指黏土類天然礦物。②特種陶瓷原料：通常為無可塑性原料，主要為人工精制合成原料，分為氧化物原料和非氧化物原料。（2）坯料成型主要包括三大類：可塑成型、注漿成型和壓制成型。第八講：無機非金屬材料及加工工藝設計材料工藝學176①可塑成型坯料中加入一定量的水分或塑化劑，使坯料成為具有良好塑性的料團。利用泥料的可塑性通過手工或機械成型，將泥料塑造成坯體得工藝過程。基本方法有：拉坯成型、旋坯成型、擠壓成型、車坯成型、印坯成型等。旋坯成型：將泥料摜入旋坯機上旋轉(zhuǎn)著的模具中，通過型刀得擠壓力和刮削作用將坯泥成型與模型工作面上。可分為陰模旋坯成型（a）和陽模旋坯成型（b）。第八講：無機非金屬材料及加工工藝設計材料工藝學177②注漿成型又稱漿料成型，適用于形狀復雜、不規(guī)則、薄壁、體積大且尺寸要求不嚴格的陶瓷制品。又分為空心注漿成型（上）和實心注漿成型（下）。③壓制成型又稱粉料成型、干壓成型、模壓成型。它是將含有一定水分和添加劑分粉料在金屬模具中用較高的壓力壓制成型。壓成后坯體的強度較大，變形小，得到的制品尺寸精度高，易于機械化和自動化，生產(chǎn)率高。第八講：無機非金屬材料及加工工藝設計材料工藝學178（3）干燥干燥處理有利于提高坯體對釉料的附著力，還可縮短燒結周期、降低燃料消耗。但由于水分的失去，生坯在干燥后可能產(chǎn)品收縮變形，甚至開裂。對于生坯的干燥，必須根據(jù)不同的成型方法所致坯體的干燥收縮特點，確定正確的干燥方法和制定相應的干燥制度。常用的干燥方法有：對流干燥、微波干燥、遠紅外線干燥等。（4）施釉施釉是在陶瓷坯體表面覆以釉質(zhì)材料。釉不僅是陶瓷的裝飾層，也是保護層。施釉的表面平滑、光亮、無吸濕性、不透氣，可進行釉上彩或釉下彩。按釉料的成分分為：石灰釉、長石釉、鉛釉、無鉛釉等；按燒成的溫度分：高溫釉；按燒成后的表面特征分為：透明釉、乳濁釉、有色釉、無色釉等。施釉方法有：蕩釉、浸釉、噴釉、澆釉、刷釉等。第八講：無機非金屬材料及加工工藝設計材料工藝學179（5）窯爐燒結又稱燒成，是將成型后的坯體放置窯爐中在一定條件下進行熱處理，進行低于熔點的高溫高熱，使其內(nèi)的粉體間產(chǎn)生顆粒黏結，經(jīng)過物質(zhì)遷移導致致密化和高溫度成為陶瓷產(chǎn)品的過程。（見圖）（6）后續(xù)加工針對特種陶瓷而言，經(jīng)成型、燒結后，可根據(jù)需要進行后續(xù)精加工，使之符合表面粗糙度、形狀、尺寸等精度要求，如磨削加工、研磨與拋光、超聲波加工、激光加工甚至切削加工等。第八講：無機非金屬材料及加工工藝設計材料工藝學180常用陶瓷制品（1）日用陶瓷是人們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫奶沾善髅?，根?jù)生產(chǎn)原料、結構特征，通常分為陶器、炻器和瓷器。①陶器制品一般由黏土燒制而成，一般不超過1000℃，通常帶有一定的吸水率，斷面粗糙無光澤，結構不致密，不透光，擊之聲粗啞沉濁。②瓷器是以瓷土作原料，須經(jīng)1200℃以上高溫燒制，其坯體致密、細膩，基本上不吸水，有一定的透光性，斷面呈石狀或貝殼狀、白色，質(zhì)地堅硬，輕輕敲打有金屬般的清脆聲音。③炻器是介于陶器與瓷器之間的一類產(chǎn)品，稱為半瓷。與瓷器的主要區(qū)別是：炻器坯體通常較厚，大多有顏色，且無半透光性，有吸水性（吸水率＜2%），輕輕敲打有渾濁的聲音。第八講：無機非金屬材料及加工工藝設計材料工藝學181（2）建筑陶瓷建筑陶瓷的主要品種為各種陶瓷飾面磚制品。陶瓷飾面磚是指將黏土和長石等主要原料，經(jīng)特定的燒制工藝制成的。按工藝分為通體磚、拋光磚、?；u、釉面磚、陶瓷錦磚。①通體磚：表面不上釉，正反面的材質(zhì)和色澤一致，有很好的防滑性和耐磨性。②拋光磚和玻化磚：表面光亮，同時耐磨性高，但色澤單一，易臟，不防滑和容易滲入有顏色的液體。③釉面磚：表面經(jīng)過燒釉處理的磚?？煞譃榱凉庥悦娲u和啞光釉面磚。④陶瓷錦磚：俗稱馬賽克，質(zhì)地堅硬，具有耐酸堿、耐磨、吸水率小、易清洗和永不褪色等特點。第八講：無機非金屬材料及加工工藝設計材料工藝學182（3）衛(wèi)生陶瓷指用于衛(wèi)生設施上的帶釉陶瓷制品。該類制品表面堅硬，具有良好的耐污性和抗腐蝕性，易于保持清潔。主要采用注漿成型法來生產(chǎn)。（4）美術陶瓷該類制品的燒制工藝及其造型、釉色和裝飾等都呈現(xiàn)出藝術特點。（5）園林陶瓷該類制品具有良好的耐久性和藝術性，常用作園林式建筑的裝飾。第八講：無機非金屬材料及加工工藝設計材料工藝學183（6）特種陶瓷①結構陶瓷：具有高穩(wěn)定性和優(yōu)異的高溫機械性能，耐化學腐蝕、耐高溫氧化、

耐磨損、密度小等特性。②功能陶瓷。指具有一定特殊聲、光、電、磁、熱等物理性能和化學性能。具

有性能穩(wěn)定、可靠性好、成本低、易于多功能化和集成化等優(yōu)點。③氧化物陶瓷：用高純的天然原料經(jīng)化學方法處理后制成，主要包括氧化鋁、

氧化鋯、氧化鎂等。最突出的優(yōu)點是不存在氧化問題，原料價

格低廉，生產(chǎn)工藝簡單，燒結性能好，但蠕變抗力較差。④非氧化物陶瓷：用天然原料或人工合成的無機化合物為原料，具有較高的硬

度、模量、蠕變抗力、還具有極佳的高溫耐蝕性和抗氧化性。第八講：無機非金屬材料及加工工藝設計材料工藝學184陶瓷材料在設計中的應用第八講：無機非金屬材料及加工工藝設計材料工藝學【思考題】以玻璃或陶瓷為主要材料，設計一組餐具（根據(jù)所設計餐具的特點制定出相應的成型及加工工藝）。設計材料工藝學185第九講：復合材料及加工工藝9.1復合材料的基本特征復合材料的概念是指兩種或兩種以上不同化學性質(zhì)或不同組織結構的材料，通過不同的工藝方法組成的多相材料，一般是有高強度、高模量和脆性很大的增強材料和強度低、韌性好、低模量的基體所組成。常用玻璃纖維、碳纖維、硼纖維等做增強塑料，以塑料、樹脂、橡膠、金屬等做基體組成各種復合材料。金屬金屬陶瓷陶瓷塑料塑料玻璃玻璃第九講：復合材料及加工工藝設計材料工藝學186復合材料的特點（1）比強度（強度與密度之比）、比模量（彈性模量與密度之比）高。（2）良好的抗疲勞性能。（3）良好的減摩、耐磨性能。（4）減振能力強。（5）高溫性能好。（6）復合材料的化學穩(wěn)定性好。（7）成型工藝簡單靈活。第九講：復合材料及加工工藝設計材料工藝學187復合材料的分類按使用性可分為：結構復合材料、功能復合材料按基體類型可分為：樹脂基復合材料、金屬基復合材料、陶瓷基復合材料、

碳—碳復合材料按增強體形態(tài)可分為：連續(xù)纖維復合材料、短纖維復合材料、顆粒復合材料、

編織物復合材料按復合形式及結構特點可分為：纖維增強復合材料、層合復合材料、顆粒復

合材料、混雜復合材料第九講：復合材料及加工工藝設計材料工藝學188纖維增強復合材料纖維增強復合材料的強化效果取決于纖維的特性（強度和彈性模量）、含量、長短、排列方式以及基體本身的特性及兩者界面間的物理、化學作用特點等應注意以下幾個問題：增強纖維的強度及彈性模量應比基體材料高。基體和纖維的相容性好，高溫下不發(fā)生化學反應，基體不腐蝕、損傷纖維?；w和纖維之間要有一定的黏結作用，而且應具有適當?shù)慕Y合強度。纖維排布方向應和構件受力方向基本一致，以發(fā)揮纖維增強作用。9.2常用復合材料第九講：復合材料及加工工藝設計材料工藝學189（1）玻璃纖維增強塑料是以玻璃纖維及其制品（織物、氈材等）為增強材料制成的樹脂基復合材料。質(zhì)輕，堅硬，比強度高，耐腐蝕性、絕熱性和電絕緣性良好?？煞譃闊崴苄圆ＡЮw維增強塑料和熱固性玻璃纖維增強塑料。①熱塑性玻璃纖維增強塑料：以玻璃纖維為增強劑和以熱塑性樹脂為膠黏劑制成的復合材料。同熱塑性塑料相比，在基體相同的條件下，強度和疲勞性能可提高2-3倍以上，沖擊韌性提高2-4倍，蠕變抗力提高2-5倍。②熱固性玻璃纖維增強塑料：以熱固性樹脂為膠黏劑，俗稱玻璃鋼。具有高的比強度，具有良好的電絕緣性和絕熱性，對淡水、大氣及多種腐蝕性化學介質(zhì)都具有穩(wěn)定性，能承受超高溫的短時作用，適宜于制成大型整體件，可以方便地制成任意曲面、不同厚度和非常復雜的形狀。具有防磁、透過微波等特殊性能。第九講：復合材料及加工工藝設計材料工藝學190（2）碳纖維增強塑料各種纖維在隔絕空氣的條件下，在2000℃以下燒制成碳纖維。①碳纖維樹脂復合材料：這類復合材料的密度比鋁輕，比強度、比模量比鋼大，疲勞強度高，沖擊韌性好，同時耐水和濕氣，化學穩(wěn)定性好高，摩擦系數(shù)小，導熱性好。碳纖維與樹脂的粘結力不夠大，各向異性強度較高，耐高溫性能差。②碳纖維金屬復合材料：碳不易被金屬潤濕，在高溫下容易生成金屬碳化物，所以制作比較困難。現(xiàn)在主要用于熔點較低的金屬或合金。③碳纖維陶瓷復合材料：我國研制了一種碳纖維石英玻璃復合材料。同石英玻璃相比，它的抗彎強度提高了約12倍，沖擊韌性提高了約10倍，熱穩(wěn)定性非常好，它克服了玻璃最大的缺點：脆性。第九講：復合材料及加工工藝設計材料工藝學191（3）其他纖維復合材料①硼纖維復合材料：抗壓強度和抗剪強度很高，蠕變小，硬度和彈性模量高，有很高的疲勞強度，耐輻射，對水、有機溶劑和燃料、潤滑劑都很穩(wěn)定。主要用于宇航和航空工業(yè)等②晶須增強復合塑料：晶須也叫纖維狀晶體，是一種單晶纖維，是一類新型的高強度增強材料。由于成本高，多用于尖端工程。③石棉增強材料：石棉是一種礦物纖維，它具有耐酸、耐熱、保溫及不導電等特性。改性樹脂和石棉布復合的材料，可以壓制成剎車片。這種剎車片柔軟、耐沖擊，在沖擊載荷下不致斷裂。第九講：復合材料及加工工藝設計材料工藝學192層合復合材料是由兩層或兩層以上不同材料結合而成的，其目的是為了將組分層的最佳性能組合起來以得到更為有用的造型材料。（1）金屬層壓復合材料是由兩層或多層以上不同金屬組合的復合材料。根據(jù)需要選擇不同的金屬層，可使層壓金屬基復合材料具有多種優(yōu)異的性能。（2）塑料金屬多層復合材料由塑料和金屬層合成的多層復合材料，常見的有鋁覆塑板（鋁塑板）、鋼覆塑板復合材料和多層金屬復合材料。鋁塑板的施工性能良好；耐酸堿、易清潔、隔聲、減振、阻燃效果好，很強的耐候性能和耐紫外線性能，輕質(zhì)、高強、剛性優(yōu)。（3）夾層結構復合材料是由兩層薄而強的面板中間夾著一層輕而弱得芯子組成。比重小，減輕了產(chǎn)品的結構質(zhì)量；具有較高的剛度和抗穩(wěn)定性；可以根據(jù)需要選擇面板和芯子材料，以得到所需的性能和質(zhì)感。第九講：復合材料及加工工藝設計材料工藝學193顆粒復合材料是由一種或多種材料的顆粒均勻分散在基體材料內(nèi)所組成的材料。增強原理：利用大小適宜的高硬度、高強度的細小顆粒，呈高度均勻分布在韌性基體中，使其阻礙導致塑性變形的位錯運動或分子鏈運動。增強粒子的粒子體積、粒子特性、粒子直徑及粒子間距離直接影響增強效果。金屬陶瓷是常見的一種顆粒復合材料。兼有金屬和陶瓷的優(yōu)點，具有金屬的韌性、高高熱性和良好的熱穩(wěn)定性，又具有陶瓷的耐高溫、耐腐蝕和耐磨損等特性。第九講：復合材料及加工工藝設計材料工藝學1949.3復合材料的成型工藝復合材料成型有許多種，每種方法都有它自身的特點。這里主要介紹纖維—樹脂復合材料的成型特點。手糊成型在涂有脫模劑的模具上均勻地刷一層樹脂，再將按要求剪裁成一定形狀的片狀增強材料，鋪貼到模具上，然后涂刷樹脂，再鋪貼增強材料，如此重復至達到所需厚度和預定形狀，然后加熱固化，脫模即得制品。第九講：復合材料及加工工藝設計材料工藝學195纖維纏繞成型將經(jīng)過浸漬樹脂后的纖維和帶，用手工或機械方法按一定規(guī)律連續(xù)繞于芯模（或內(nèi)襯）上，然后固化成型，制成一定形狀的制品。（見圖）模壓成型借助壓力機采用很高壓力，將涂覆好的纖維或纖維制品壓制成所需要的形狀，然后固化成型。第九講：復合材料及加工工藝設計材料工藝學196噴射成型利用壓縮空氣將樹脂、硬化劑（或固化劑）和切短的纖維同時噴射到模具表面，達到一定厚度后固化成型。經(jīng)過輥壓、排除氣泡等，再在其表面噴涂一層樹脂經(jīng)固化而成玻璃鋼制品。（見圖）其他成型方法還有連續(xù)成型、離心成型、樹脂注射成型、回轉(zhuǎn)成型、裱襯成型等。第九講：復合材料及加工工藝設計材料工藝學1979.4復合材料在設計中的應用【設計師】：埃羅·沙里寧（美國）【設計講解】：它形狀圓渾優(yōu)雅，以管狀得鋁合金為支架，座椅骨架為模壓玻璃纖維，椅面為織布內(nèi)包高彈性海綿坐墊。體現(xiàn)出“有機”自由形態(tài)與功能的完美結合。郁金香椅第九講：復合材料及加工工藝設計材料工藝學198【設計師】：維納·潘頓（丹麥）【設計講解】：它是世界上首件用玻璃纖維增強塑料一次性模壓成型的座椅,其造型別致,色彩艷麗,具有強烈的雕塑感。潘頓椅第九講：復合材料及加工工藝設計材料工藝學199【設計師】：艾洛·阿尼奧（芬蘭）【設計講解】：它外表和底座采用玻璃鋼材質(zhì)出模一次成型，造型可愛乖巧，內(nèi)部填充火棉、高密度泡沫軟墊、以及絲綿絨布柔軟舒適.球椅第九講：復合材料及加工工藝設計材料工藝學【思考題】設計一款玻璃鋼家具，制定出加工流程及表面處理工藝。設計材料工藝學200第十講：設計材料的選擇與開發(fā)10.1設計材料的選用材料選擇的適當與否，對產(chǎn)品內(nèi)在和外觀質(zhì)量影響很大。如果材料選擇不當或考慮不周，不僅影響產(chǎn)品的使用功能，還會有損于產(chǎn)品的整體美感，降低使用價值，增加加工制件難度。設計師在選擇材料時，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)境的有機聯(lián)系。第十講：設計材料選擇及開發(fā)設計材料工藝學201設計材料的選擇原則（1）實用性原則①材料的外觀（考慮材料的感覺特性）②材料的使用性能（考慮材料的固有特性）（2）工藝性原則符合造型設計中成型工藝、加工工藝和表面處理的要求，應與加工設備及生產(chǎn)技術相適應。（3）經(jīng)濟性原則（4）環(huán)境性原則（5）創(chuàng)新性原則第十講：設計材料選擇及開發(fā)設計材料工藝學202影響材料選擇的基本因素除材料本身的固有特性外，其他基本因素主要有：（1）功能（2）基本結構要求（3）外觀（4）工藝（5）安全性（6）控制件（如操作鍵盤材料的恰當接觸摩擦性和沖擊回彈性）（7）抗腐蝕性（8）市場第十講：設計材料選擇及開發(fā)設計材料工藝學20310.2材料工程的發(fā)展材料科學與工程領域發(fā)生著日新月異的變化，主要特征體現(xiàn)在：（1）新構思、新觀念不斷涌現(xiàn)，成為此領域迅速發(fā)展的強大推力。（2）營造特殊環(huán)境，利用特殊手段，制備特殊材料，獲取特殊性能。（3）強烈依賴其他高新技術，材料領域成為其他高新技術綜合應用

的試驗地。（4）經(jīng)濟實力成為制約材料領域發(fā)展速度、深度和廣度的關鍵因素。第十講：設計材料選擇及開發(fā)設計材料工藝學20410.3設計材料的開發(fā)對于新材料的發(fā)現(xiàn)和研制，材料開發(fā)閉環(huán)過程為：功能需求分析→確定性能指標→確定材料體系和加工方法→材料成分設計和工藝參數(shù)優(yōu)化→性能評價→應用→產(chǎn)品失效分析然后進入下一輪循環(huán)，直至達到預定要求。在閉環(huán)過程中還設置了一些對預定指標與實際指標的比較環(huán)節(jié)，從使用性能、工藝性能、經(jīng)濟效益、環(huán)境保護等方面對材料進行綜合比較，以便獲得合乎要求的材料。第十講：設計材料選擇及開發(fā)設計材料工藝學205新材料（1）新材料發(fā)展的標志①引起生產(chǎn)力的大發(fā)展，推動社會進步。②根據(jù)需要設計新材料，一改以往根據(jù)產(chǎn)品功能來選擇材料的方式，而是建立一種由材料來設計產(chǎn)品的新觀念。（2）新材料的應用特征①構思、新觀念不斷涌現(xiàn)，成為此領域迅速發(fā)展的強大推力。②營造特殊環(huán)境，利用極端手段，制備特殊材料，獲取特殊功能。③強烈依賴其他高新技術，材料領域成為其他高新技術綜合應用的實驗地。④經(jīng)濟實力成為制約材料領域發(fā)展速度、深度和廣度的關鍵因素。第十講：設計材料選擇及開發(fā)設計材料工藝學206（3）新材料的性能要求①結構和功能相結合：不僅能作為結構材料用，而且具有特殊功能。②智能化：具有敏感和驅(qū)動的雙重功能。③減少污染④可再生性⑤節(jié)省能源⑥長壽命（4）新世紀材料開發(fā)應用中必須考慮的因素①重視材料制備工藝與技術的開發(fā)。②材料應用的考慮因素。（實驗研究出來的具有優(yōu)異性能的材料不等于就擁有實用價值）第十講：設計材料選擇及開發(fā)設計材料工藝學207新材料對產(chǎn)品造型設計的影響和作用（1）在產(chǎn)品進一步電子化、集成化和小型化的趨勢下，新材料的使用有可能突破傳統(tǒng)結構，甚至還可能引起一場材料與技術革命，產(chǎn)生新的產(chǎn)品設計風格。因此，設計工作應與材料開發(fā)建立一種相互融合的關系。（2）產(chǎn)品外觀形象要具有未來性。新材料的使用，對產(chǎn)品外觀可以起到新穎、美觀、獨特的裝飾作用，使設計本身變得更簡潔、合理、更具時代感。（3）材料在與功能相適應的同時，還要有良好的觸覺質(zhì)感和更好的可操作性。通過新材料的使用，設計應最大限度地賦予產(chǎn)品新的魅力。（4）設計應進一步開發(fā)傳統(tǒng)材料，使之在現(xiàn)代生活中具有新的意義。第十講：設計材料選擇及開發(fā)設計材料工藝學208新材料的開發(fā)方向一般認為，新材料的研究與開發(fā)主要包括四方面的內(nèi)容：①新材料的發(fā)現(xiàn)或研制；②已知材料新功能、新性質(zhì)的發(fā)現(xiàn)和應用；③已知材料功能、性質(zhì)的改善；④新材料評價技術的開發(fā)；第十講：設計材料選擇及開發(fā)設計材料工藝學209新材料的開發(fā)主要體現(xiàn)在基礎材料的改良開發(fā)和復合材料的開發(fā)。（1）基礎材料的開發(fā)基礎材料是指金屬、木材、玻璃、陶瓷、塑料等常見材料。新材料的開發(fā)往往是對基礎材料的性能進行改良開發(fā)，進一步探索材料的組成、結構和性能，使其在性能上獲得重大突破的材料（如超強、超硬、耐高溫等），以提高或替代原有材料的特性為具體目標，擴大材料的使用范圍。（2）復合材料的開發(fā)復合材料的開發(fā)是采用新工藝和新技術合成的具有各種特殊機能（光、電、聲、磁、力、超導、超塑等）復合材料的目的主要體現(xiàn)為：①彌補某些材料的缺點，更好地發(fā)揮其有用的機能②利用具有某些特殊的材料以構成單一材料無法實現(xiàn)的特性③產(chǎn)生從未有的新機能第十講：設計材料選擇及開發(fā)設計材料工藝學21010.4發(fā)展中的新材料（1）納米材料①特殊的光學性質(zhì)金屬超微顆粒對光的反射率很低，利用這個特性可以作為高效率的光熱、光電等轉(zhuǎn)換材料。②特殊的熱學性質(zhì)固態(tài)物質(zhì)超細微化后其熔點將顯著降低。③特殊的磁學性質(zhì)磁性超微顆粒具有高矯頑力的特性，利用這個特性可作為高儲存密度的磁記錄磁粉。④特殊的力學性質(zhì)納米超微顆粒有甚佳的韌性與一定的延展性，還表現(xiàn)出超導電性、介電性能、聲學特性以及化學性能。第十講：設計材料選擇及開發(fā)設計材料工藝學211納米材料大致分為：納米粉末、納米纖維、納米膜、納米塊體四類。納米粉末：是一種介于原子、分子與宏觀物體之間處于中間物態(tài)的固體顆粒材料，可用于高密度磁記錄刺啦；吸波隱身材料等。納米纖維：直徑為納米尺度而長度較大的線狀材料?？捎糜谖Ь€、微光纖材料等納米膜：分為顆粒膜和致密膜。可用