产品和材料的关系.ppt

,产品和材料,产品和材料,陶瓷 金属 木材 玻璃 塑料,陶瓷 火与土凝结的艺术,陶瓷定义,“陶瓷”这一名词源自古代希腊的“烧物”，它意味着陶器是经焙烧而赋予其强度的材料，即陶瓷被定义为“经高温热处理工艺所合成的非金属无机材料”。 目前，陶瓷为所有无机非金属材料的简称。陶瓷材料也常称为硅酸盐材料。 全面的定义为：陶瓷是用天然或人工合成的粉状化合物，经过成型和高温烧结制成的、由金属元素和非金属元素的无机化合物构成的多相固体材料，包括陶器和瓷器，也包括玻璃、搪瓷、石膏、水泥、石灰、砖瓦、耐火材料等人造无机非金属材料。 近20年来，陶瓷材料有巨大的发展，许多新型陶瓷的成分远超出硅酸盐的范畴，陶瓷的性能面临重大的突破，陶瓷的应用已渗透到各类工业、各种工程和各个技术领域。,一、成份和特点,传统意义的陶瓷主要指： 陶器和瓷器，也包括玻璃、搪瓷、耐火材料、（硅酸盐类材料）砖瓦等。（用粘土、石灰石、长石、石英等天然硅酸盐类矿物制成） 现今意义上的陶瓷： 变化巨大，许多新型陶瓷已经远远超出了硅酸盐的范畴，是各种无机非金属材料的通称。,一、成份和特点,陶瓷材料是由天然矿物质和人造化合物混合后，经磨细、成型、烧结等工艺制成的。 化学成分： 金属元素和非金属元素构成的简单化合物； 或复杂的多项固体混合物。 结构组织： 离子晶体（大多）或共价晶体（较少）与含量不等的玻璃相和气孔。 一般特点： 耐高温、耐磨等。但受配方、成型工艺条件（影响陶瓷晶粒的大小、晶界形状、气孔大小及分布、组织均匀性等）等的影响。,二、分类,陶瓷 普通陶瓷（传统陶瓷） 日用、建筑、绝缘、化工、多孔陶瓷等 特种陶瓷（现代陶瓷） 按性能分类： 高强度、高温、耐磨、耐酸、压电、电介质、电光和光学、半导体、磁性、生物、导电、结构、超导、快离子导体陶瓷等； 按化学组成分类： 氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、复合陶瓷（如氧氮化硅铝陶瓷等）、金属陶瓷、纤维增强陶瓷,常用金属材料的分类,金属材料的特性及分类,金属材料的性能 使用性能 使用过程中表现出来的性能 机械(力学)性能：强度、塑性、弹性 、刚度等 物理性能：导热性、导电性、热膨胀性、磁性等 化学性能：抗蚀性、抗氧化等 工艺性能 制造和加工过程中表现出来的性能 如铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能和热处理性能等,金属材料的特性及分类,钢铁材料,钢铁材料可分为三大类： 纯铁 (c=2.11%),钢铁材料,钢 (0.02%=c2.11%) 碳钢 按含碳量：低碳钢、中碳钢、钢碳钢 按品质：普通碳素钢、优质碳素钢 按用途：碳素结构钢、碳素工具钢 合金钢 合金结构钢：合金弹簧钢、合金轴承钢等 合金工具钢：刃具钢、模具钢、量具钢 特殊用途钢：不锈钢、耐热钢、耐磨钢,铝及铝合金,纯铝：纯度98%99.996%，密度小、导电、导热性优良；主要用于科研及制造电容器 铝合金：纯铝强度低，加入合金以提高强度 变形铝合金 1.防锈铝合金：含锰、镁等，不可热处理强化，耐蚀性好，用于制造高耐蚀性薄板容器 2.硬铝：含铜、镁等，强度、硬度高（与高强钢相近），塑性低、韧性差，用于制造飞机大梁、螺旋桨、铆钉等 3.超硬铝合金：含锌、铜等，强度接近超高强度钢 4.锻铝：含镁、硅、铜等，热塑性、耐蚀性好，适于锻造，用于航空等形状复杂、要求强度较高的锻件 铸造铝合金：要求有良好的铸造性能，分为铝硅、铝铜、铝镁、铝锌四系。,铜及铜合金,1.纯铜（紫铜）：纯度99.5%99.95%, 极好的塑性, 抗蚀、导电、导热性、抗磁性极好，用于电工导体和防磁器械 2.黄铜：含锌32%：热加工黄铜(含锌40%), 强度较高，含铜量少，价格低、用于制作电器上的导电、耐蚀及有一定强度的结构件 特殊黄铜：加入锡、铅、铝等元素 3.青铜 锡青铜：一般含锡3%14%, 强度、塑性增加 特殊青铜：指不含锡的青铜，如铝青铜、铍青铜等，比锡青铜具有更高的力学性能、耐磨性与耐蚀性。,金属材料设计是造型设计的重要组成部分，它包括： 材料的选用 材料加工工艺的制定 造型设计中，金属材料的选用是一个复杂的决策问题，它需要： 首先要掌握金属材料理论及其应用知识 明确目标及限制条件 进行必要的试验和选材方案对比,造型设计中金属材料的选用,根据使用性能选材 变形失效：弹性变形和塑性变形影响形状、尺寸精度 重要螺栓、弹簧、精密丝杠等，应选高弹性模量材料 断裂失效： 塑性断裂：明显塑性变形后断裂，应选高强度材料 低应力脆性断裂：无宏观塑性变形下断裂，如高强度的锤杆，应选强韧性材料 疲劳断裂：交变应力作用下的裂纹形成、扩展造成断裂，如齿轮，应表面强化处理 表面损伤失效：磨损、腐蚀、表面疲劳 选材的经济性原则：材料价格、加工费用等 其他因素：环保、市场等,造型设计中金属的选材原则,木材及加工工艺,木材是由树木采伐后经初步加工而得的，是由纤维素、半纤维素和木质素等组成。树干是木材的主要部分，由树皮、木质部和髓心三部分组成。图82所示为树干的构造。,木材的基本特性,木材的基本特性,(1)质轻 木材由疏松多孔的纤维素和木质素构成。 它的密度因树种不同，一般在03-08之间，比金属、玻璃等材料的密度小得多，因而质轻、坚韧、并富有弹性。 在纵向(生长方向)的强度大，是有效的结构材料，但其抗压、抗弯曲强度较差。,木材的基本特性,(2)具有天然的色泽和美丽的花纹 不同树种的木材或同种木材的不同材区，都具有不同的天然悦目的色泽。如红松的心材呈淡玫瑰色，边材成黄白色；杉木的心材成红褐色，边材呈淡黄色等。 又因年轮和木纹方向的不同而形成各种粗、细、直、曲形状的纹理，经旋切、刨切等多种方法还能截取或胶拼成种类繁多的花纹。,木材的基本特性,(3)具有调湿特性 木材由许多长管状细胞组成。在一定温度和相对湿度下，对空气中的湿气具有吸收放出的平衡调节作用。 (4)隔声吸音性 木材是一种多孔性材料，具有良好的吸音隔声功能。 (5)具有可塑性 木材蒸煮后可以进行切片，在热压作用下可以弯曲成型，木材可以用胶、钉、榫眼等方法比较容易和牢固地接合。 (6)易加工和涂饰 木材易锯、易刨、易切、易打孔、易组合加工成型，且加工比金属方便。由于木材的管状细胞吸湿受潮，故对涂料的附着力强，易于着色和涂饰。,木材的基本特性,(7)对热、电具有良好的绝缘性 木材的热导率、电导率小，可做绝缘材料，但随着含水率增大，其绝缘性能降低。 (8)易变形、易燃 木材由于干缩湿胀容易引起构件尺寸及形状变异和强度变化，发生开裂、扭曲、翘曲等弊病。木材的着火点低，容易燃烧。 (9)各向异性 木材是具有各向异性的材料，即使是同树种的木材，因产地、生长条件和部位不同，其物理、化学性质差异很大，使之使用和加工受到一定的限制。,玻璃及基本特性,玻璃的相关概念,* 玻璃，是指将原料加热熔融，再冷却凝固得到的一种非晶态无机材料。,* 最初的玻璃原料，是沙子、石灰石和碳酸钠的混合物。,* 由于混合物中含有杂质，因此最初的玻璃都是不透明的；但基本都带有一定的颜色。,* 化学元素上，玻璃主要包含二氧化硅(SiO2)，氧化钠(Na2O)和氧化钙(CaO)。,西 汉 玻 璃 料 器,金星玻璃天鸡式水盂,白料单耳桃式杯,黄玻璃桔瓣式奓斗,孔雀蓝色玻璃长颈瓶,黄色玻璃椭圆形水丞,玻璃的原料,主要原料,辅助原料,+,包含玻璃的主要成分 决定玻璃物理化学性质,辅助玻璃的熔制 给最终制品增加特殊性能,石英砂 SiO2 硼酸、硼砂 B2O3 长石 Al2O3 石灰石 CaO 硫酸钡 BaO 铅化合物 PbO,澄清剂 排除气泡 着色剂 金属和非金属化合物 脱色剂 提高透明度 乳浊剂 使不透明 助熔剂 调节熔点,玻璃的基本特性,强度和硬度,* 和陶瓷类似，玻璃也是脆性材料，因此其抗张强度较低。,* 玻璃的抗压强度远高于其抗张强度。,* 玻璃的硬度较大，比一般的金属硬。,* 注意，提高玻璃的硬度并不是增加玻璃的抗击打能力。一般硬度越高，耐磨性越好。,光学性质 投射 反射 吸收,热性质 导热性差、热胀冷缩,化学性质 耐腐蚀,玻璃的加工工艺,玻璃制品的工艺过程,配料,加热熔融,成型,热处理,玻璃制品,二次加工,塑料及其基本特性,塑料作为一种具有多种特性的使用材料，在世界各国获得迅速的发展，其主要原因是塑料的原料广，性能优良，加工成型方便，具有装饰性和现代质感，而且塑料的品种繁多，价格比较低廉，广泛应用于仪器、仪表“家用电器、交通运输、轻工、包装等各个部门。 据有关资料预测，到2010年世界塑料的产量将与钢铁产量相等，“以塑代钢”，“以塑代木”，使塑料迅速成为与钢铁、有色金属、无机非金属材料同步发展的基础材料。,塑料的基本特性,一. 塑料的组成 塑料是以合成树脂为主要成分，适当加入填料、增塑剂稳定剂、润滑剂、色料等添加剂，在一定温度和压力下塑制成型的一类高分子材料。 塑料各组分在塑料中所起的作用： (1)合成树脂 人工合成的高分子化合物，是塑料的基本原料，起着胶粘作用，能将其他组分胶结成个整体，并决定塑料的基本性能。,塑料的基本特性,(2)添加剂 添加剂的加入，可改善塑料的某些性能，以获得满足使用要求的塑料制品。 填料提高塑料的机械性能、耐热性能和电性能。同时降低成本，通常填料的加入量为4070。主要是一些在塑料配方中相对呈惰性的粉状材料或纤维材料。 增塑剂改进塑料的可塑性、柔软性，降低其刚性和脆性，并使塑料易于加工成型。,塑料的基本特性,(2)添加剂 稳定剂防止塑料在加工和使用过程中，因受热、氧气和光线作用而变质、分解，以延长塑料的使用寿命。 润滑剂提高塑料在加工成形中的流动性和脱模性。润滑剂还可以使塑料制品的表面光亮美观。 着色剂使塑料具有一定的色彩，以满足使用要求。 固化剂与树脂起化学作用，形成不溶不熔的交联网状结构。为得到热固性塑料，则须加入固化剂。,塑料的基本特性,2 塑料的分类 塑料种类繁多，常用的分类方法有按热行为分类和按应用分类两种。 塑料按热行为可分为热塑性塑料和热固性塑料。 塑料按应用可分为通用塑料、工程塑料和特种塑料。,塑料的基本特性,2 塑料的分类 按热行为分类： 热塑性塑料：在特定温度范围内受热软化(或熔化)，冷却后硬化，并且能多次反复，其性能也不发生显著变化的塑料。热塑性塑料在加热软化时，具有可塑性，可以采用多种方法加工成型，成型后的机械性能较好，但耐热性和刚性较差。常见的热塑性塑料有聚乙烯、聚丙稀、聚氯乙烯、ABS、聚酰胺、聚碳酸酯等。,塑料的基本特性,2 塑料的分类 热固性塑料：在一定温度压力下或在固化剂、紫外光等条件作用下固化生成不溶不熔性能的塑料。热固性塑料在固化后不再具有可塑性，刚度大，硬度高，尺寸稳定，具有较高的耐热性。温度过高时，则会被分解破坏。常见的热固性塑料有酚醛塑料、环氧塑料、氨基树脂、有机硅塑料等。,塑料的基本特性,2 塑料的分类 按应用分类： 通用塑料：通用塑料一般是指使用广泛，产量大，用途多价格低廉的塑料，如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛树脂及氢基树脂等。 工程塑料：工程塑料通常是指性能优良，能承受一定外力作用和具有较高的机械强度，适用作工程材料或结构材料的塑料，如聚酰胺、聚碳酸脂、ABS、聚甲醛、聚矾、聚苯醚等。 特种塑料：特种塑料又称功能塑料，是指具有特殊功能、能满足特殊使用要求的塑料、如医用塑料、导电塑料等。,塑料的基本特性,3 塑料的一般特性 对造型材料要求其能够自由成型或易加工，并能够充分发挥材料的特性，作为人工合成开发的塑料恰好能满足这些要求。 虽塑料制品的性能，根据其种类、成型条件及使用环境等变化较大，但与只他材料相比较，塑料具有良好的综合特性。,塑料的基本特性,(1)塑料质轻，比强度高(比强度是指强度与密度的比值) 一般塑料密度在0. 923gcm3之间，聚乙烯、聚丙烯的密度最小，约为0.9gcm3，最重的聚四氟乙烯密度不超过2.3gcm3，但比强度高，超过了金属材料。,塑料的基本特性,塑料的基本特性,(2)多数塑料制品有透明性并富有光泽，能着鲜艳色彩大多数塑料可制成透明或半透明制品，可以任意着色，且着色坚固，不易变色。 表74是各种塑料的透光率与玻璃比较。,塑料的基本特性,塑料的基本特性,(3)优异的电绝缘性 (4)耐磨、自润滑性能好 (5)塑料有耐化学药品性 (6)塑料成型加工方便，能大批量生产,塑料的基本特性,塑料与金属及其他工业材料相比较有以下缺点。 塑料不耐高温，低温容易发脆。多数塑料虽不易燃烧，但在300左右发生变形，燃烧时放出有毒气体。由于耐热性较差，使塑料的用途受到限制。 塑料制品易变形。温度变化时尺寸稳定性较差，成型收缩较大，即使在常温负荷下也容易变形。 塑料有“老化”现象。塑料在长时间使用或贮藏过程中，质量会逐渐下降。这是由于受周围环境如氧气、光、热、辐射、湿气、雨雪、工业腐蚀气体、溶剂和微生物等的作用后，塑料的色泽改变、化学构造受到破坏，机械性能下降，变得硬脆或软粘而无法使用，这称为塑料的“老化”，它是塑料制品性能中的一个严重缺陷。,谢谢,再见,