材料工艺第一章概论

第一章 概 论教学内容 1.1设计与材料概述1.2设计材料的发展1.3设计材料的几种分类1.4设计材料的性能与特性1.5设计材料的感性1.6设计材料的选择学时安排 6 学时知识点及其基本要求 必须掌握的概念：材料 材料密度 材料强度 材料弹性 材料塑性 材料脆性与韧性 材料硬度 材料疲劳特性 材料耐磨性 材料熔点 材料导电性与电绝缘性 材料耐腐蚀性 材料抗氧化性 材料耐候性 基本要求：1. 通过本章的学习，了解设计材料的发展和分类。2. 通过本章的学习，掌握设计材料的性能和特性。重点和难点 1. 重点掌握设计材料的基本性能。2. 重点掌握对于材料质感的特点及其感性评价。3. 掌握设计材料在设计中体现的美感及美感形式法则。4. 掌握在设计中材料的选择因素。1.1设计与材料概述一、什么是设计设计是人类特有的一种造物活动，是人们在生产中有计划、有意识地运用工具和手段，将材料加工塑造成可视的或可触及的具有一定形状的实体，使之成为具有使用价值或具有商品的性质。二、什么是材料材料是可以为人类用来制造产品和工具的物质。正是材料的发现、发明和使用，使人类在与自然界的斗争中，走出混沌蒙昧的时代，发展到科学技术高度发达的今天。三、设计与材料的关系设计是一种复杂的行为，它涉及设计者直观与理性的判断。材料的选择是最基本的，它提供了设计的起点。当设计师在设计某件产品时，他必须首先考虑应选用何种材料。材料选择的好坏，对产品内在和外观质量影响极大。左图 “不粘锅 ”右图磁悬浮列车每次新材料的出现会给设计带来新的飞跃，在设计中，对新材料的开发与应用成了提高产品效用和开发产品新功能的重要因素。举 例：1、石椅子：基座式的造型，能承受很大的压力，不易加工装配，整体落地。2、明式圈椅：造型完美简洁，结构严谨合理，工艺精致，质感自然亮丽。木材质地坚硬，色泽柔和，纹理优美，强度高。3、钢管椅：以钢管和帆布为材料，产品造型轻巧优美，华贵高雅、结构坚固，单纯紧凑，体现了钢的强度和弹性的结合。4、胶合板椅：采用胶合板材热压弯曲而成，具有几何形体的明确性和简洁性的造型特点。5、 S型塑料椅：采用塑料一次性成型，造型简洁优美，色彩艳丽。6、 Sacco椅：采用乙烯基布缝制成锥状袋子，内装颗粒状聚苯乙烯泡沫球，适宜各种座姿。7、玻璃椅子 8、充气椅子1.2设计材料的发展(1)石器时代250万年前，旧石器时代，使用木棒、石块，形状不规则，加工十分粗糙； 1万年前，新石器时代，石器打制得很精美，使用石头、砖瓦做建筑材料，在石器上装木柄，使用更方便。砍砸器玉石锄饰 物(2) 陶器时代陶是人类第一种人工制成的合成材料。陶器、陶器上釉、玻璃、玉器、水泥。(3)青铜器时代铜是人类获得的第二种人造材料。青铜 铜锡合金，这是最原始的合金，也是人类历史上发明的第一种合金。象征青铜文明的器物有司母戊方鼎、秦王鼎、铜编钟等。(4) 铁器时代公元前 1400年开始，春秋早期的铜柄铁剑，铁斧、铁锄、铁塔等。人类四次技术革命：一： 18世纪后期，蒸汽机的发明；二： 19世纪末，电的发明和广泛应用；三： 20世纪中期，原子能的应用；四： 20世纪 70年代，计算机、微电子技术、空间技术。艾菲尔铁塔湖北大冶铁矿(5) 高分子材料时代从 1909年第一个人工合成酚醛塑料开始，至今塑料年增长率远大于钢铁。垃圾筒塑料瓶(6) 复合材料时代复合材料是由高分子、无机非金属材料或金属材料等几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型材料。 21世纪是复合材料的时代。1.3设计材料的几种分类1.3.1 岛村昭治历史分类法1980年前后，日本机械技术研究所的岛村昭治提出了将材料的发展历史划分为以下五代。第一代材料： 石器时代的木片、石器、骨器等天然材料。第二代材料： 陶、青铜和铁等从矿物中提炼出来的加工材料。第三代材料 ：高分子材料，原料主要从石油、煤等矿物资源中来。第四代材料： 复合材料。第一到第三代材料都是各向同性的，而复合材料以各向异性为特征。第五代材料： 材料的特征随环境和时间而变化的复合材料。1.3.2物质结构分类法如图 1-10所示对材料的分类，通常是按材料的组成、结构特点进行分类：金属材料、无机非金属材料、无机材料、有机高分子材料 (也称高分子材料 )和复合材料。（ 1） 金属材料：黑色金属：铸铁、碳钢、合金钢等；有色金属：铜、铝及合金等。（ 2） 无机材料： 石材、陶瓷、玻璃、石膏等。（ 3） 有机材料： 木材、皮革、塑料、橡胶等。（ 4） 复合材料： 玻璃钢、碳纤维复合材料。1.3.3材料加工度分类法设计用材料按加工度来分可分为天然材料、加工材料与人造材料三种。 天然材料： 是指不改变在自然界中所保持的自然特性或只施加材料低度加工的材料而言。如竹、木、皮革、金属、宝石等。 加工材料： 是指介于天然材料和人造材料之间，经过不同程度人为加工的材料。如纸张、胶合板、黏胶纤维等。 人造材料： 是指人工制造的材料。主要有两大部分：一是以天然材料为蓝本所制造的人造材料，如人造皮革、人造大理石、人造象牙、人造水晶、人造钻石等；二是利用化学反应制成的在自然界不存在或几乎不存在的材料，如金属合金、塑料与玻璃等。1.3.4材料形态分类法为了加工使用方便，设计用材料往往事先制成一定的形状，按这些形状可分为颗粒材料、线状材料 (包括线状与纤维状 )、面状材料 (包括膜、箔 )以及块状材料。(1) 颗粒材料主要指粉末与颗粒状等细小形状的物体。(2) 线状材料设计中常用的有钢管、钢丝、铝管、金属棒、塑料管、塑料棒、木条、竹条、藤条等。下图为线状材