《产品和材料的关系》课件.ppt

1、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“陶瓷陶瓷”这一名词源自古代希腊的“烧物烧物”，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“经高温热处理经高温热处理工艺所合成的非金属无机材料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：全面的定义为：陶瓷是用陶瓷是用天然或人工合成天然或人工合成的粉状化合物，经过的粉状化合物，经过成型成型和和高温烧结高温烧结制成的、由金属元素和非金属元素的无机化合制成的、由金属元素和非金属元素的无机化合物构成的物构成的多相固体材料多相固体材料，包括

2、陶器和瓷器，也包括玻璃、搪瓷、，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。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无机非金属材料的通称

3、。一、成份和特点一、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：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：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、分类二、分类 陶瓷陶瓷 普通陶瓷普通陶瓷（传统陶瓷）（传统陶瓷）日用、建筑、绝缘、化工、多孔陶瓷等日用、建筑、绝缘、化工、多孔陶瓷等 特种陶瓷（特种陶瓷（现代陶瓷现代陶瓷）按性能分类按性能分类：高强度

4、、高温、耐磨、耐酸、压电、电介质、电光和光学、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、快离子导体陶瓷半导体、磁性、生物、导电、结构、超导、快离子导体陶瓷等；等；按化学组成分类按化学组成分类：氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、复合陶瓷复合陶瓷（如氧氮（如氧氮化硅铝陶瓷等）、化硅铝陶瓷等）、金属陶瓷金属陶瓷、纤维增强陶瓷、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 金属材料的性能金属材料的性能 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

5、性等 化学性能：抗蚀性、抗氧化等 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：(c=0.02%)塑性好、强度低，主要用于制造磁铁(0.02%=c=2.11%)钢铁材料(0.02%=c2.11%)碳钢：低碳钢、中碳钢、钢碳钢：普通碳素钢、优质碳素钢：碳素结构钢、碳素工具钢 合金钢：合金弹簧钢、合金轴承钢等：刃具钢、模具钢、量具钢：不锈钢、耐热钢、耐磨钢铝及铝合金纯度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纯铝强度低，加入合金以提高强度 变形铝合金变形铝合金 1.防

6、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.：纯度99.5%99.95%,、导电、导热性、，用于电工导体和防磁器械含锌50%普通黄铜：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

7、强度的结构件 特殊黄铜：加入锡、铅、铝等元素 锡青铜：一般含锡3%14%,特殊青铜：指不含锡的青铜，如铝青铜、铍青铜等，材料的选用 材料加工工艺的制定 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：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：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：磨损、腐蚀、表面疲劳造型设计中金属的选材原则木材及加工工艺 木

8、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

9、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

10、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(

11、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

12、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

13、。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

14、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

15、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

16、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

17、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。