《设计材料与工艺》 课件 张仲凤 第8-11讲：无机非金属材料及加工工艺-材料的设计技法表现

设计材料工艺学153第八讲：无机非金属材料及加工工艺8.1玻璃材料玻璃的基本性能是以石英砂、长石、石灰石等为主要原料，加入某些金属氧化物、化合物等辅助原料，经高温加热熔融、冷却凝固所得的非晶态无机材料。（1）强度（抗压强度为抗拉强度的14-15倍）（2）硬度（硬度仅次于金刚石、碳化硅等材料，不能用普通刀和锯进行切割）（3）光学性质（高度透明，具有吸收或透过紫外线和红外线、感光、光变色、光储存和显示等重要光学性能）（4）电学性能（常温下是电的不良导体，在潮湿空气或温度升高是，导电性迅速提高）（5）热性质（导热性差，热稳定差）（6）化学稳定性的玻璃的化学性质稳定（耐碱腐蚀性较差）第八讲：无机非金属材料及加工工艺设计材料工艺学154玻璃的工艺特性包括玻璃的熔制工艺、玻璃的成型工艺以及玻璃的二次加工工艺。玻璃制造成型工艺过程：原料计量配料熔窑熔融玻璃澄清剂成型加工玻璃制品第八讲：无机非金属材料及加工工艺设计材料工艺学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、硼砂及含硼矿物：向玻璃中引入氧化硼的原料，它能降低玻璃的膨胀系数，提高其热稳定性、化学稳定性和机械强度，增加玻璃的折射率，改善玻璃的光泽。长石、瓷土、蜡石：向玻璃中引入氧化铝的原料，它能提高化学的稳定性，热稳定性，机械强度、硬度和折射率，减轻玻璃液对耐火材料的浸蚀。纯碱、芒硝：向玻璃中引入碱金属氧化物氧化钠的主要原料，氧化钠是玻璃的良好助熔剂，可以降低玻璃黏度，使其易于熔融和成型。方解石、石灰石：向玻璃中引入氧化钙的主要原料，氧化钙的主要作用为稳定剂，含量较高时，能使玻璃的结晶化倾向增大，而易使玻璃发脆。硫酸钡、碳酸钡：向玻璃中引入氧化钡的主要原料，含氧化钡的玻璃吸收辐射线能力较强，常用于制作高级器皿玻璃、光学玻璃、防辐射玻璃等。铅化合物：向玻璃中引入氧化铅的主要原料，增加玻璃比重，提高折射率。第八讲：无机非金属材料及加工工艺设计材料工艺学156②辅助原料澄清剂：促进排除玻璃中气泡的物质，如氧化砷、硫酸盐等。着色剂：使玻璃制品着色的物质，如锰、钴等金属和非金属化合物等。脱色剂：去除玻璃原料中含有的铁、铬、钛、钒等化合物和有机物的有害杂质。

提高无色玻璃的透明度，如硒、氧化锰、硝酸盐等。乳浊剂：使玻璃制品对光线产生不透明的乳浊状态的物质，如氟化物等。助熔剂：能促使玻璃熔制过程加速的物质。第八讲：无机非金属材料及加工工艺设计材料工艺学157（2）玻璃的熔制是指将配合料经过高温熔融，形成均匀无气泡并符合成型要求的玻璃液的过程，它包括一系列物理的、化学的、物理化学的现象和反应，其结果是使各种原料混合物变成复杂的熔融物，即玻璃液。大致分为：硅酸盐的形成、玻璃的形成、澄清、均化和冷却五个阶段。（3）玻璃的成型是指将熔融的玻璃液加工成具有一定形状和尺寸的玻璃制品的工艺过程。成型方法分为两类：热塑成型和冷成型。常见的玻璃成型方法：压制成型、吹制成型、压延成型、拉制成型和浮法成型等。第八讲：无机非金属材料及加工工艺设计材料工艺学158①压制成型（下左图）是在模具中加入玻璃熔料加压成型，多用于玻璃盘碟、玻璃砖的制作。②吹制成型（下右图）是玻璃器皿最常见的成型方法，是先将玻璃黏料压制成雏形型块，再将压缩气体吹入处于热熔状态的玻璃型块中，使之吹胀成为中空制品。第八讲：无机非金属材料及加工工艺设计材料工艺学159③压延成型是用金属辊将玻璃熔体压成板状制品，主要用来生产压花玻璃、夹丝玻璃等。平面压延（a）；辊间压延（b）；连续压延（c）；加丝压延（d）（右上图）④拉制成型是利用机械拉引力将玻璃熔体制成制品，分成垂直拉制和水平拉制，主要用来生产平板玻璃、玻璃管、玻璃纤维等（右下图）第八讲：无机非金属材料及加工工艺设计材料工艺学160⑤浮法成型是生产平板玻璃的主要工艺方法，其成型过程是在通入保护气体（氮气及氢气）的锡槽中完成的。熔融玻璃从池窑中连续流入盛有熔融锡液的锡槽中并漂浮在相对密度较大的锡液表面上，在重力和表面张力的作用下，玻璃液在洁净的锡液面上铺开、摊平，形成上下平整且具有一定厚度的玻璃板，硬化、冷却后被牵引离开锡槽进入退后窑，经退火、切裁，就得到平板玻璃产品。（见图）第八讲：无机非金属材料及加工工艺设计材料工艺学161（4）玻璃的热处理一般包括退火和淬火两种工艺。①玻璃的退火退火就是消除或减少玻璃制品中的热应力的热处理过程，包括加热、保温、慢冷及快冷四个阶段。②玻璃的淬火淬火就是将玻璃制品加热到转变温度以上，然后在冷却介质（淬火介质）中急速均匀冷却，以提高玻璃制品的机械强度和热稳定性。第八讲：无机非金属材料及加工工艺设计材料工艺学162（5）玻璃制品的二次加工可分为冷加工、热加工和表面处理三大类。①玻璃制品的冷加工冷加工是指在常温下通过机械方法来改变玻璃制品的外形和表面状态所进行的工艺的过程。冷加工的基本方法包括研磨、抛光、切割、磨边、喷砂、钻孔和车刻等。②玻璃制品的热加工主要方法有：火焰切割、火抛光、锋利边缘的烧口等。③玻璃制品的表面处理包括表面着色、表面涂层（如镜子镀银、表面导电等）以及玻璃表面光滑面与散光面的形成（如玻璃表面的蚀刻、玻璃的抛光等）。第八讲：无机非金属材料及加工工艺设计材料工艺学163常用玻璃材料（1）玻璃材料的分类按玻璃的用途和使用环境分类:①日用玻璃②技术玻璃③建筑玻璃④玻璃纤维按玻璃化学成分分类：①钠钙玻璃②铅玻璃③石英玻璃④硼硅玻璃⑤铝硅玻璃⑥特殊成分玻璃按制造方法分类：①吹制玻璃②拉制玻璃③压制玻璃④铸造玻璃第八讲：无机非金属材料及加工工艺设计材料工艺学164（2）常用玻璃品种①平板玻璃磨砂玻璃：其表面呈细微凹凸，可使光线产生漫射，透光不透视，具有均匀柔和的效果。磨光玻璃：又称镜面玻璃，表面平整光滑，有光泽，物像透过玻璃不变形。第八讲：无机非金属材料及加工工艺设计材料工艺学165夹层玻璃：是利用透明、黏结力强的塑料薄膜片将两块或多块平板玻璃在高温高压作用下黏结起来的玻璃。强度高，有优异的抗冲击和抗穿透性能，破碎时玻璃不易脱离分散。主要用作汽车、飞机的风挡玻璃、防弹玻璃等。（右上图）钢化玻璃：具有良好机械性能和耐热震性能，破碎后裂成圆钝的小碎片，碎片不带尖锐棱角，可减少对人的伤害。多用车辆的车窗和建筑门窗、隔墙等。（右下图）夹丝玻璃：由于金属丝或金属网的嵌入，玻璃在遭受冲击或温度剧变时破而不缺，裂而不散、具有较好的安全性和防火性。彩色玻璃：对通过的可见光具有一定的选择性吸收的玻璃。可分为本体着色和表面着色两种。第八讲：无机非金属材料及加工工艺设计材料工艺学166釉面玻璃：具有钢化玻璃的所有特性，是一种具有抗酸碱、耐腐蚀的安全装饰材料。花纹玻璃：将玻璃依设计图案加以雕刻、印刻等无彩色处理，使表面呈现透明与不透明的花纹图案，具有良好的艺术效果。可分为压花玻璃、喷花玻璃和刻花玻璃。中空玻璃：又称隔热玻璃，具有优良的保温、隔热、隔声及防结露等性能。热放射玻璃：又称镀膜玻璃，具有良好的隔热性和遮光性，并具有光线单向透过性，具有较好的隐蔽效果。吸热玻璃：在普通硅酸盐玻璃中引入一定量得着色氧化物或在玻璃表面喷涂着色氧化物薄膜而具有吸热性，具有控制阳光与热能透过的功能。光栅玻璃：又称镭射玻璃，在光源照射下，光栅玻璃发生物理衍射现象产生七彩光。光致变色玻璃：又称为光色玻璃，在玻璃中引入卤化银等光敏剂而得，具有随光线强弱而变色的特性。第八讲：无机非金属材料及加工工艺设计材料工艺学167②日用玻璃是用于制造日用器皿、艺术品和装饰品的玻璃的总称。具有较好的透明度和白度（日光下呈无色或很弱的蓝色）。主要用于制作茶具、餐具、艺术制品等。③泡沫玻璃又称多孔玻璃，机械强度高。不透气、不燃、导热系数小，不变形，经久耐用，是良好的保温绝热材料。④微晶玻璃又称玻璃陶瓷，常被用来制造耐高温和抗冲击性产品，如炊具。第八讲：无机非金属材料及加工工艺设计材料工艺学168⑥玻璃纤维耐热性好，具有很好的抗张强度和抗冲击强度，具有吸声、隔声性、脆性大。主要用作增强材料、隔热吸声材料、绝缘材料等。⑤其他玻璃玻璃马赛克：一种小规格的乳浊状半透明彩色饰面玻璃。尺寸一般为20-30mm、30-30mm、40-40mm，厚度为4-6mm。用于建筑物的外墙装饰。玻璃空心砖：将两块模压成凹形的玻璃熔接或胶接成一整体，中间充入干燥空气，经退火处理和涂饰侧面而成。多用来砌筑透光墙壁。第八讲：无机非金属材料及加工工艺设计材料工艺学169（3）新颖奇特的玻璃①可钉玻璃是把硼酸玻璃粉与碳化纤维混合后加热制成的。无脆性，在上面钉钉子和装木螺丝，无须担心破碎。②天线玻璃玻璃内层嵌有很细的天线。安装后，室内电视机能呈现清晰的画面。③灭菌玻璃加入适量的铜离子，制出的玻璃就具有灭菌、防霉的功效。④导电玻璃⑤发电玻璃当吸收太阳光的能量后可以发电。第八讲：无机非金属材料及加工工艺设计材料工艺学170⑥折光玻璃因涂上了一种能折射光线的涂层，具有折射光线的作用。⑦调光玻璃一种可调透明度的玻璃，可以免用窗帘，用遥控开关调节明暗。⑧薄纸玻璃（其厚度约为0.003mm）⑨自净玻璃又称自洁玻璃，达到自动清洗的效果，可不费力气清洁玻璃窗⑩防盗玻璃玻璃结构内层嵌有金属丝，而金属丝与报警装置想连接。

打不碎玻璃

不反光玻璃1112第八讲：无机非金属材料及加工工艺设计材料工艺学171隔声玻璃

空调玻璃用双层玻璃加工制造的，可将暖气送到玻璃夹层中，通过气孔散发到室内，代替暖气片。

污染变色玻璃受到污染时能改变颜色，用它来制作污染检测材料和标示材料用途广泛。

排二氧化碳玻璃是一种能透过二氧化碳的玻璃膜，湿度越大，透过性越高。调温玻璃

生物玻璃（具有生物适应性，可用于人造骨等）

信息玻璃（记录信息）13141516171918第八讲：无机非金属材料及加工工艺设计材料工艺学172玻璃在设计的应用第八讲：无机非金属材料及加工工艺设计材料工艺学1738.2陶瓷材料陶瓷材料的基本知识（1）陶瓷的组成和分类是以天然矿物质材料和人工制成的化合物为原料，按一定配比称量配料，经成型、高温烧制而成的制品的总称。陶瓷普通陶瓷陶器、炻器、瓷器日用陶瓷、建筑陶瓷、绝缘陶瓷、化工陶瓷、多孔陶瓷特种陶瓷结构陶瓷、功能陶瓷氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、复合瓷、金属陶瓷、纤维增强陶瓷按成分性能分类按用途分类按用途分类按化学组成分类第八讲：无机非金属材料及加工工艺设计材料工艺学174（2）陶瓷的基本特性①陶瓷的力学性质：刚度大、硬度大；强度高；性脆；②陶瓷的热性能：熔点高、高温强度好，抗蠕变能力强，热硬度可达1000℃；膨胀系数和导热系数小，承受温度快速变化的能力差，在温度剧变时会开裂。③陶瓷的化学性能：有良好的抗氧化的能力，能抵抗强腐蚀介质和高温的共同作用。对酸、碱、盐等腐蚀性很强的介质均有较强的抗蚀能力。④陶瓷的导电性：变化范围广，大部分可作绝缘材料，有的可作半导体材料，还可以压电材料、热电材料和磁性材料等。⑤陶瓷的光学性能：普通日用瓷的白度一般要求在60-70%，透光度与陶瓷材料的组成、结构、气孔率、厚度等因素有关。⑥气孔率和吸水率气孔率的大小是衡量陶瓷质量和工艺制度是否合理的重要标志，吸水率反映了陶瓷制品是否烧结和烧结后的致密程度。第八讲：无机非金属材料及加工工艺设计材料工艺学175陶瓷的成型工艺通常包括原料的配制、坯料成型、干燥、施釉、窑炉烧结和后续加工等主要工序。（1）原料的配制①传统陶瓷原料：为可塑性原料，主要是指黏土类天然矿物。②特种陶瓷原料：通常为无可塑性原料，主要为人工精制合成原料，分为氧化物原料和非氧化物原料。（2）坯料成型主要包括三大类：可塑成型、注浆成型和压制成型。第八讲：无机非金属材料及加工工艺设计材料工艺学176①可塑成型坯料中加入一定量的水分或塑化剂，使坯料成为具有良好塑性的料团。利用泥料的可塑性通过手工或机械成型，将泥料塑造成坯体得工艺过程。基本方法有：拉坯成型、旋坯成型、挤压成型、车坯成型、印坯成型等。旋坯成型：将泥料掼入旋坯机上旋转着的模具中，通过型刀得挤压力和刮削作用将坯泥成型与模型工作面上。可分为阴模旋坯成型（a）和阳模旋坯成型（b）。第八讲：无机非金属材料及加工工艺设计材料工艺学177②注浆成型又称浆料成型，适用于形状复杂、不规则、薄壁、体积大且尺寸要求不严格的陶瓷制品。又分为空心注浆成型（上）和实心注浆成型（下）。③压制成型又称粉料成型、干压成型、模压成型。它是将含有一定水分和添加剂分粉料在金属模具中用较高的压力压制成型。压成后坯体的强度较大，变形小，得到的制品尺寸精度高，易于机械化和自动化，生产率高。第八讲：无机非金属材料及加工工艺设计材料工艺学178（3）干燥干燥处理有利于提高坯体对釉料的附着力，还可缩短烧结周期、降低燃料消耗。但由于水分的失去，生坯在干燥后可能产品收缩变形，甚至开裂。对于生坯的干燥，必须根据不同的成型方法所致坯体的干燥收缩特点，确定正确的干燥方法和制定相应的干燥制度。常用的干燥方法有：对流干燥、微波干燥、远红外线干燥等。（4）施釉施釉是在陶瓷坯体表面覆以釉质材料。釉不仅是陶瓷的装饰层，也是保护层。施釉的表面平滑、光亮、无吸湿性、不透气，可进行釉上彩或釉下彩。按釉料的成分分为：石灰釉、长石釉、铅釉、无铅釉等；按烧成的温度分：高温釉；按烧成后的表面特征分为：透明釉、乳浊釉、有色釉、无色釉等。施釉方法有：荡釉、浸釉、喷釉、浇釉、刷釉等。第八讲：无机非金属材料及加工工艺设计材料工艺学179（5）窑炉烧结又称烧成，是将成型后的坯体放置窑炉中在一定条件下进行热处理，进行低于熔点的高温高热，使其内的粉体间产生颗粒黏结，经过物质迁移导致致密化和高温度成为陶瓷产品的过程。（见图）（6）后续加工针对特种陶瓷而言，经成型、烧结后，可根据需要进行后续精加工，使之符合表面粗糙度、形状、尺寸等精度要求，如磨削加工、研磨与抛光、超声波加工、激光加工甚至切削加工等。第八讲：无机非金属材料及加工工艺设计材料工艺学180常用陶瓷制品（1）日用陶瓷是人们日常生活中使用的陶瓷器皿，根据生产原料、结构特征，通常分为陶器、炻器和瓷器。①陶器制品一般由黏土烧制而成，一般不超过1000℃，通常带有一定的吸水率，断面粗糙无光泽，结构不致密，不透光，击之声粗哑沉浊。②瓷器是以瓷土作原料，须经1200℃以上高温烧制，其坯体致密、细腻，基本上不吸水，有一定的透光性，断面呈石状或贝壳状、白色，质地坚硬，轻轻敲打有金属般的清脆声音。③炻器是介于陶器与瓷器之间的一类产品，称为半瓷。与瓷器的主要区别是：炻器坯体通常较厚，大多有颜色，且无半透光性，有吸水性（吸水率＜2%），轻轻敲打有浑浊的声音。第八讲：无机非金属材料及加工工艺设计材料工艺学181（2）建筑陶瓷建筑陶瓷的主要品种为各种陶瓷饰面砖制品。陶瓷饰面砖是指将黏土和长石等主要原料，经特定的烧制工艺制成的。按工艺分为通体砖、抛光砖、玻化砖、釉面砖、陶瓷锦砖。①通体砖：表面不上釉，正反面的材质和色泽一致，有很好的防滑性和耐磨性。②抛光砖和玻化砖：表面光亮，同时耐磨性高，但色泽单一，易脏，不防滑和容易渗入有颜色的液体。③釉面砖：表面经过烧釉处理的砖。可分为亮光釉面砖和哑光釉面砖。④陶瓷锦砖：俗称马赛克，质地坚硬，具有耐酸碱、耐磨、吸水率小、易清洗和永不褪色等特点。第八讲：无机非金属材料及加工工艺设计材料工艺学182（3）卫生陶瓷指用于卫生设施上的带釉陶瓷制品。该类制品表面坚硬，具有良好的耐污性和抗腐蚀性，易于保持清洁。主要采用注浆成型法来生产。（4）美术陶瓷该类制品的烧制工艺及其造型、釉色和装饰等都呈现出艺术特点。（5）园林陶瓷该类制品具有良好的耐久性和艺术性，常用作园林式建筑的装饰。第八讲：无机非金属材料及加工工艺设计材料工艺学183（6）特种陶瓷①结构陶瓷：具有高稳定性和优异的高温机械性能，耐化学腐蚀、耐高温氧化、

耐磨损、密度小等特性。②功能陶瓷。指具有一定特殊声、光、电、磁、热等物理性能和化学性能。具

有性能稳定、可靠性好、成本低、易于多功能化和集成化等优点。③氧化物陶瓷：用高纯的天然原料经化学方法处理后制成，主要包括氧化铝、

氧化锆、氧化镁等。最突出的优点是不存在氧化问题，原料价

格低廉，生产工艺简单，烧结性能好，但蠕变抗力较差。④非氧化物陶瓷：用天然原料或人工合成的无机化合物为原料，具有较高的硬

度、模量、蠕变抗力、还具有极佳的高温耐蚀性和抗氧化性。第八讲：无机非金属材料及加工工艺设计材料工艺学184陶瓷材料在设计中的应用第八讲：无机非金属材料及加工工艺设计材料工艺学【思考题】以玻璃或陶瓷为主要材料，设计一组餐具（根据所设计餐具的特点制定出相应的成型及加工工艺）。设计材料工艺学185第九讲：复合材料及加工工艺9.1复合材料的基本特征复合材料的概念是指两种或两种以上不同化学性质或不同组织结构的材料，通过不同的工艺方法组成的多相材料，一般是有高强度、高模量和脆性很大的增强材料和强度低、韧性好、低模量的基体所组成。常用玻璃纤维、碳纤维、硼纤维等做增强塑料，以塑料、树脂、橡胶、金属等做基体组成各种复合材料。金属金属陶瓷陶瓷塑料塑料玻璃玻璃第九讲：复合材料及加工工艺设计材料工艺学186复合材料的特点（1）比强度（强度与密度之比）、比模量（弹性模量与密度之比）高。（2）良好的抗疲劳性能。（3）良好的减摩、耐磨性能。（4）减振能力强。（5）高温性能好。（6）复合材料的化学稳定性好。（7）成型工艺简单灵活。第九讲：复合材料及加工工艺设计材料工艺学187复合材料的分类按使用性可分为：结构复合材料、功能复合材料按基体类型可分为：树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、

碳—碳复合材料按增强体形态可分为：连续纤维复合材料、短纤维复合材料、颗粒复合材料、

编织物复合材料按复合形式及结构特点可分为：纤维增强复合材料、层合复合材料、颗粒复

合材料、混杂复合材料第九讲：复合材料及加工工艺设计材料工艺学188纤维增强复合材料纤维增强复合材料的强化效果取决于纤维的特性（强度和弹性模量）、含量、长短、排列方式以及基体本身的特性及两者界面间的物理、化学作用特点等应注意以下几个问题：增强纤维的强度及弹性模量应比基体材料高。基体和纤维的相容性好，高温下不发生化学反应，基体不腐蚀、损伤纤维。基体和纤维之间要有一定的黏结作用，而且应具有适当的结合强度。纤维排布方向应和构件受力方向基本一致，以发挥纤维增强作用。9.2常用复合材料第九讲：复合材料及加工工艺设计材料工艺学189（1）玻璃纤维增强塑料是以玻璃纤维及其制品（织物、毡材等）为增强材料制成的树脂基复合材料。质轻，坚硬，比强度高，耐腐蚀性、绝热性和电绝缘性良好。可分为热塑性玻璃纤维增强塑料和热固性玻璃纤维增强塑料。①热塑性玻璃纤维增强塑料：以玻璃纤维为增强剂和以热塑性树脂为胶黏剂制成的复合材料。同热塑性塑料相比，在基体相同的条件下，强度和疲劳性能可提高2-3倍以上，冲击韧性提高2-4倍，蠕变抗力提高2-5倍。②热固性玻璃纤维增强塑料：以热固性树脂为胶黏剂，俗称玻璃钢。具有高的比强度，具有良好的电绝缘性和绝热性，对淡水、大气及多种腐蚀性化学介质都具有稳定性，能承受超高温的短时作用，适宜于制成大型整体件，可以方便地制成任意曲面、不同厚度和非常复杂的形状。具有防磁、透过微波等特殊性能。第九讲：复合材料及加工工艺设计材料工艺学190（2）碳纤维增强塑料各种纤维在隔绝空气的条件下，在2000℃以下烧制成碳纤维。①碳纤维树脂复合材料：这类复合材料的密度比铝轻，比强度、比模量比钢大，疲劳强度高，冲击韧性好，同时耐水和湿气，化学稳定性好高，摩擦系数小，导热性好。碳纤维与树脂的粘结力不够大，各向异性强度较高，耐高温性能差。②碳纤维金属复合材料：碳不易被金属润湿，在高温下容易生成金属碳化物，所以制作比较困难。现在主要用于熔点较低的金属或合金。③碳纤维陶瓷复合材料：我国研制了一种碳纤维石英玻璃复合材料。同石英玻璃相比，它的抗弯强度提高了约12倍，冲击韧性提高了约10倍，热稳定性非常好，它克服了玻璃最大的缺点：脆性。第九讲：复合材料及加工工艺设计材料工艺学191（3）其他纤维复合材料①硼纤维复合材料：抗压强度和抗剪强度很高，蠕变小，硬度和弹性模量高，有很高的疲劳强度，耐辐射，对水、有机溶剂和燃料、润滑剂都很稳定。主要用于宇航和航空工业等②晶须增强复合塑料：晶须也叫纤维状晶体，是一种单晶纤维，是一类新型的高强度增强材料。由于成本高，多用于尖端工程。③石棉增强材料：石棉是一种矿物纤维，它具有耐酸、耐热、保温及不导电等特性。改性树脂和石棉布复合的材料，可以压制成刹车片。这种刹车片柔软、耐冲击，在冲击载荷下不致断裂。第九讲：复合材料及加工工艺设计材料工艺学192层合复合材料是由两层或两层以上不同材料结合而成的，其目的是为了将组分层的最佳性能组合起来以得到更为有用的造型材料。（1）金属层压复合材料是由两层或多层以上不同金属组合的复合材料。根据需要选择不同的金属层，可使层压金属基复合材料具有多种优异的性能。（2）塑料金属多层复合材料由塑料和金属层合成的多层复合材料，常见的有铝覆塑板（铝塑板）、钢覆塑板复合材料和多层金属复合材料。铝塑板的施工性能良好；耐酸碱、易清洁、隔声、减振、阻燃效果好，很强的耐候性能和耐紫外线性能，轻质、高强、刚性优。（3）夹层结构复合材料是由两层薄而强的面板中间夹着一层轻而弱得芯子组成。比重小，减轻了产品的结构质量；具有较高的刚度和抗稳定性；可以根据需要选择面板和芯子材料，以得到所需的性能和质感。第九讲：复合材料及加工工艺设计材料工艺学193颗粒复合材料是由一种或多种材料的颗粒均匀分散在基体材料内所组成的材料。增强原理：利用大小适宜的高硬度、高强度的细小颗粒，呈高度均匀分布在韧性基体中，使其阻碍导致塑性变形的位错运动或分子链运动。增强粒子的粒子体积、粒子特性、粒子直径及粒子间距离直接影响增强效果。金属陶瓷是常见的一种颗粒复合材料。兼有金属和陶瓷的优点，具有金属的韧性、高高热性和良好的热稳定性，又具有陶瓷的耐高温、耐腐蚀和耐磨损等特性。第九讲：复合材料及加工工艺设计材料工艺学1949.3复合材料的成型工艺复合材料成型有许多种，每种方法都有它自身的特点。这里主要介绍纤维—树脂复合材料的成型特点。手糊成型在涂有脱模剂的模具上均匀地刷一层树脂，再将按要求剪裁成一定形状的片状增强材料，铺贴到模具上，然后涂刷树脂，再铺贴增强材料，如此重复至达到所需厚度和预定形状，然后加热固化，脱模即得制品。第九讲：复合材料及加工工艺设计材料工艺学195纤维缠绕成型将经过浸渍树脂后的纤维和带，用手工或机械方法按一定规律连续绕于芯模（或内衬）上，然后固化成型，制成一定形状的制品。（见图）模压成型借助压力机采用很高压力，将涂覆好的纤维或纤维制品压制成所需要的形状，然后固化成型。第九讲：复合材料及加工工艺设计材料工艺学196喷射成型利用压缩空气将树脂、硬化剂（或固化剂）和切短的纤维同时喷射到模具表面，达到一定厚度后固化成型。经过辊压、排除气泡等，再在其表面喷涂一层树脂经固化而成玻璃钢制品。（见图）其他成型方法还有连续成型、离心成型、树脂注射成型、回转成型、裱衬成型等。第九讲：复合材料及加工工艺设计材料工艺学1979.4复合材料在设计中的应用【设计师】：埃罗·沙里宁（美国）【设计讲解】：它形状圆浑优雅，以管状得铝合金为支架，座椅骨架为模压玻璃纤维，椅面为织布内包高弹性海绵坐垫。体现出“有机”自由形态与功能的完美结合。郁金香椅第九讲：复合材料及加工工艺设计材料工艺学198【设计师】：维纳·潘顿（丹麦）【设计讲解】：它是世界上首件用玻璃纤维增强塑料一次性模压成型的座椅,其造型别致,色彩艳丽,具有强烈的雕塑感。潘顿椅第九讲：复合材料及加工工艺设计材料工艺学199【设计师】：艾洛·阿尼奥（芬兰）【设计讲解】：它外表和底座采用玻璃钢材质出模一次成型，造型可爱乖巧，内部填充火棉、高密度泡沫软垫、以及丝绵绒布柔软舒适.球椅第九讲：复合材料及加工工艺设计材料工艺学【思考题】设计一款玻璃钢家具，制定出加工流程及表面处理工艺。设计材料工艺学200第十讲：设计材料的选择与开发10.1设计材料的选用材料选择的适当与否，对产品内在和外观质量影响很大。如果材料选择不当或考虑不周，不仅影响产品的使用功能，还会有损于产品的整体美感，降低使用价值，增加加工制件难度。设计师在选择材料时，除必须考虑材料的固有特性外，还必须着眼于材料与人、环境的有机联系。第十讲：设计材料选择及开发设计材料工艺学201设计材料的选择原则（1）实用性原则①材料的外观（考虑材料的感觉特性）②材料的使用性能（考虑材料的固有特性）（2）工艺性原则符合造型设计中成型工艺、加工工艺和表面处理的要求，应与加工设备及生产技术相适应。（3）经济性原则（4）环境性原则（5）创新性原则第十讲：设计材料选择及开发设计材料工艺学202影响材料选择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）基本结构要求（3）外观（4）工艺（5）安全性（6）控制件（如操作键盘材料的恰当接触摩擦性和冲击回弹性）（7）抗腐蚀性（8）市场第十讲：设计材料选择及开发设计材料工艺学20310.2材料工程的发展材料科学与工程领域发生着日新月异的变化，主要特征体现在：（1）新构思、新观念不断涌现，成为此领域迅速发展的强大推力。（2）营造特殊环境，利用特殊手段，制备特殊材料，获取特殊性能。（3）强烈依赖其他高新技术，材料领域成为其他高新技术综合应用

的试验地。（4）经济实力成为制约材料领域发展速度、深度和广度的关键因素。第十讲：设计材料选择及开发设计材料工艺学20410.3设计材料的开发对于新材料的发现和研制，材料开发闭环过程为：功能需求分析→确定性能指标→确定材料体系和加工方法→材料成分设计和工艺参数优化→性能评价→应用→产品失效分析然后进入下一轮循环，直至达到预定要求。在闭环过程中还设置了一些对预定指标与实际指标的比较环节，从使用性能、工艺性能、经济效益、环境保护等方面对材料进行综合比较，以便获得合乎要求的材料。第十讲：设计材料选择及开发设计材料工艺学205新材料（1）新材料发展的标志①引起生产力的大发展，推动社会进步。②根据需要设计新材料，一改以往根据产品功能来选择材料的方式，而是建立一种由材料来设计产品的新观念。（2）新材料的应用特征①构思、新观念不断涌现，成为此领域迅速发展的强大推力。②营造特殊环境，利用极端手段，制备特殊材料，获取特殊功能。③强烈依赖其他高新技术，材料领域成为其他高新技术综合应用的实验地。④经济实力成为制约材料领域发展速度、深度和广度的关键因素。第十讲：设计材料选择及开发设计材料工艺学206（3）新材料的性能要求①结构和功能相结合：不仅能作为结构材料用，而且具有特殊功能。②智能化：具有敏感和驱动的双重功能。③减少污染④可再生性⑤节省能源⑥长寿命（4）新世纪材料开发应用中必须考虑的因素①重视材料制备工艺与技术的开发。②材料应用的考虑因素。（实验研究出来的具有优异性能的材料不等于就拥有实用价值）第十讲：设计材料选择及开发设计材料工艺学207新材料对产品造型设计的影响和作用（1）在产品进一步电子化、集成化和小型化的趋势下，新材料的使用有可能突破传统结构，甚至还可能引起一场材料与技术革命，产生新的产品设计风格。因此，设计工作应与材料开发建立一种相互融合的关系。（2）产品外观形象要具有未来性。新材料的使用，对产品外观可以起到新颖、美观、独特的装饰作用，使设计本身变得更简洁、合理、更具时代感。（3）材料在与功能相适应的同时，还要有良好的触觉质感和更好的可操作性。通过新材料的使用，设计应最大限度地赋予产品新的魅力。（4）设计应进一步开发传统材料，使之在现代生活中具有新的意义。第十讲：设计材料选择及开发设计材料工艺学208新材料的开发方向一般认为，新材料的研究与开发主要包括四方面的内容：①新材料的发现或研制；②已知材料新功能、新性质的发现和应用；③已知材料功能、性质的改善；④新材料评价技术的开发；第十讲：设计材料选择及开发设计材料工艺学209新材料的开发主要体现在基础材料的改良开发和复合材料的开发。（1）基础材料的开发基础材料是指金属、木材、玻璃、陶瓷、塑料等常见材料。新材料的开发往往是对基础材料的性能进行改良开发，进一步探索材料的组成、结构和性能，使其在性能上获得重大突破的材料（如超强、超硬、耐高温等），以提高或替代原有材料的特性为具体目标，扩大材料的使用范围。（2）复合材料的开发复合材料的开发是采用新工艺和新技术合成的具有各种特殊机能（光、电、声、磁、力、超导、超塑等）复合材料的目的主要体现为：①弥补某些材料的缺点，更好地发挥其有用的机能②利用具有某些特殊的材料以构成单一材料无法实现的特性③产生从未有的新机能第十讲：设计材料选择及开发设计材料工艺学21010.4发展中的新材料（1）纳米材料①特殊的光学性质金属超微颗粒对光的反射率很低，利用这个特性可以作为高效率的光热、光电等转换材料。②特殊的热学性质固态物质超细微化后其熔点将显著降低。③特殊的磁学性质磁性超微颗粒具有高矫顽力的特性，利用这个特性可作为高储存密度的磁记录磁粉。④特殊的力学性质纳米超微颗粒有甚佳的韧性与一定的延展性，还表现出超导电性、介电性能、声学特性以及化学性能。第十讲：设计材料选择及开发设计材料工艺学211纳米材料大致分为：纳米粉末、纳米纤维、纳米膜、纳米块体四类。纳米粉末：是一种介于原子、分子与宏观物体之间处于中间物态的固体颗粒材料，可用于高密度磁记录刺啦；吸波隐身材料等。纳米纤维：直径为纳米尺度而长度较大的线状材料。可用于微导线、微光纤材料等纳米膜：分为颗粒膜和致密膜。可用