（设计艺术学专业论文）造物“选”材·“适”之为良——产品设计中陶瓷材料选用的适应性研究.pdf

摘要 在大干世界里，材料可谓是一个庞大的家族。对材料的研究内容也相当广 泛，既有属于社会科学范畴的，又有属于自然科学范畴的，但多数专著研究是 以材料学为出发点，而较少从设计艺术的角度研究，尤其对于设计选材的适应 性缺乏系统的探讨，也就是说没有把材料的特性应用于产品设计中去，完全将 材料、工艺和设计的关系割裂开来，这样必然导致设计中狭窄的思维方式。本 文以造物选材为主要立足点，建立设计“材选”、“材用”的适应性系统的理论 框架。 鉴于此，本文依托文化人类学、社会学、符号学、认知心理学等学科的理 论，来切入设计材料适应性的研究，以建构较为广泛的知识框架来明确适应性 选材的研究方法。本文主要探讨了“陶瓷产品设计选材”以及“陶瓷材料适应 性目标系统”这两方面内容。 本文的理论框架分为以下四个部分： 第一部分为本文的第一章，通过问题的提出、研究背景和现有成果综述， 对设计选材的发展现状做出了分析，重点界定了本文的研究内容和方向。 第二部分为本文的第二章，是本文的核心内容。剖析了设计选材的复杂性， 以“造物选材适之为良”中的“适”为核心加以分析。将设计选材的适应 性系统看作是材料的外部限定因素与材料的内部构成因素共同组成的关联性复 杂系统。设计选材过程中，在材料与工艺外部因素的“适应”与对内部因素的 “合理”之间寻找相适应的契合点，将内部因素作为一个难点，强调设计选材 的适应性要求。 第三部分为本文的第三章和第四章，是典型案例研究。先分析了陶瓷材料 的固有特性及感觉特性，后将重点放在“陶瓷材料如何适应于设计”，通过设 计选材适应性系统的分析，结合各方面理论与实例，对设计材料的特性及其应 用进行系统、科学的研究。通过比较、分析来阐述如何在产品设计中科学选材、 用材，以达到陶瓷材料与产品的相适。 第四部分为第五章和第六章，对主要成果和思路进行了总结，并且对其发 展趋势进行了展望，提出了有待深入的问题。 关键词：陶瓷，选材，适应性 a b s t r a c t m a t e r i a l sa r eah u g ef a m i l yi nt h ew o r l d m a n ya s p e c t so fm a t e r i a lh a v eb e e n r e s e a r c h e d , i n c l u d i n gt h es o c i a ls c i e n c e sc a t e g o r ya n dt h en a t u r a ls c i e n c e sc a t e g o r y h o w e v e r , m o s to ft h em o n o g r a p hr e s e a r c hs t a r t i n gp o i ml i e s i nt h em a t e r i a l s t e c h n o l o g y , f e wo ft h e m s t a r tf r o mt h ea n # eo f d e s i g na r t ，e s p e c i a l l yl a c k st h es y s t e m r e s e a r c hi nt h ec o m p a t i b i l i t yo fa r td e s i g na n dm a t e r i a l i no t h e rw o r d s ，t h e u n d e r s t a n d i n go fm a t e r i a lc h a r a c t e r i s t i c si sn o ta p p l i e di nt h ep r o d u c td e s i g n , t h e t e c h n o l o g ya n dt h ed e s i g na r cr e s e a r c h e ds e p a r a t e l yw h i c hw i l ln a r r o wt h es p a c ef o r t h ec r e a t i o no ft h ep r o d u c t a ne l e m e n t a r yt h e o r yf o u n d a t i o na b o u tf o rt h es u i t a b l e “m a t e r i a ls e l e c t i o n ”a n d “m a t e r i a la p p l i e d ”i ss e tu pi nt h i sd i s s e r t a t i o n i nv i e wo ft h i s , t h i sd i s s e r t a t i o ns t a r t st h er e s e a r c ho fm a t e r i a l sc o m p a t i b i l i t y b a s e do nt h et h e o r i e so fc u l t u r a la n t h r o p o l o g y , s o c i o l o g y , s e m i o l o g y , c o g n i t i o n p s y c h o l o g y , t i c , e x p e c t i n gt o s e tu paw i d e s p r e a dk n o w l e d g ef r a m et oc o n f i r ma r e s e a r c hm e t h o df o rt h ec o m p a t i b l es e l e c t i o no fm a t e r i a l s t h em a t e r i a l ss e l e c t i o n f o rt h ed e s i g n so fc e r a m i c s a n d “t h ec e r a m i c sc o m p a t i b l eg o a ls y s t e m ”a r em a i n l y d i s c u s s e di nt h i sd i s s e r t a t i o n t h i sd i s s e r t a t i o ni sc o m p o s e do ft h ef o l l o w i n gf o u rp a r t s ： c h a p t e ro n e i st h ef i r s tp a r to ft h i st h e s i s t h eq u e s t i o ni sp r o p o s e d , t h er e s e a r c h b a c k g r o u n d ，t h er e s e a r c hp r o g r e s sa n dt h ed e v e l o p m e n to fd e s i g nm a t e r i a ls e l e c t i o n a r ed i s c u s s e d , a n dt h er e s e a r c hc o n t e n ta n dd i r e c t i o na t ec o n f i r m e de s p e c i a l l y c h a p t e rt w oi st h es e c o n dp a r to ft h i st h e s i s ，a n di ti st h ec o r ec o n t e n lt h e c o m p l e x i t yo ft h ed e s i g nm a t e r i a ls e l e c t i o ni sa n a l y z e d ；t h e “s u i t a b l e ”i n “t h em o s t s u i t a b l ei st h eb e s t ”i se x p l a i n e di nd e t a i l t h ec o m p a t i b i l i t ys y s t e mf o rt h ed e s i g n m a t e r i a ls e l e c t i o ni sr e g a r d e da sac o m p l e xs y s t e mm a d eu po ft h ee x t e r i o rd e f i n i t i o n f a c t o ra n dt h ei n t e r n a lc o n s t i t u t i o nf a c t o ro ft h em a t e r i a l i nt h ep r o c e s so ft h e s e l e c t i o nf o rt h ed e s i g n , ap r o p e rc o n j u n c t i o ns p o ti ss e e k e di nt h ei n t e r n a ls u i t a b l e a n de x t e r n a lr e a s o n a b l ef a c t o r so ft h em a t e r i a l sa n dt e c h n o l o g y t h ei n t e r n a lf a c t o r s a r es e ta sn o d it oe m p h a s i st h ed e m a n do ft h ec o m p a t i b i l i t yf o rt h ed e s i g nm a t e r i a l s e l e c t i o n c h a p t e rt h r e ea n dc h a p t e rf o u ra r ct h et h i r dp a r to ft h i st h e s i s ，t h e ya r ea b o u t t h er e s e a r c h0 1 1t h em a i nc a s e t h ei n h e r e n tc h a r a c t e r i s t i c sa n dt h ef e e l i n g c h a r a c t e r i s t i c so fc e r a m i c sa r ea n a l y z e d “h o w 啪t h ec e r a m i c sa d a p tt ot h ed e s i g n i ss t u d i e ds u b s e q u e n t l y c o m b i n e dw i t hv a r i o u sa s p e 圮t so ft h e o r i e sa n d e x a m p l e s t h e c h a r a c t e r i s t i c so ft h ed e s i g nm a t e r i a la n di t sa p p l i c a t i o na r es t u d i e ds y s t e m i c a l l ya n d s c i e n t i f i c a l l yt h r o u g ht h ea n a l y s i so ft h ec o m p a t i b i l i t ys y s t e mf o rd e s i g nm a t e r i a l s e l e c t i o n h o wt os e l e c ta n du s et h em a t e r i a l ss c i e n t i f i c a l l yi np r o d u c td e s i g na l ea l s o e x p a t i a t e dt h r o u g hc o m p a r i s o na n da n a l y s i s , s ot h ec e r a m i c sc a nf i te v e r ya s p e c t so f t h ep r o d u c t c h a p t e rf i v ea n dc h a p t e rs i xa r et h ef o u r t hp a r to ft h i st h e s i s ，m a i nr e s u l t sa n d m e t h o d sa t ec o n c l u d e d , t h ed e v e l o p i n g t r e n di sp r o s p e c t e da n ds o m eu n s o l v e d q u e s t i o n sa r ep r o p o s e d k e yw o r d ：c e r a m i c ，s e l e c t i o n ，c o m p a t i b i l i t y m 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的 学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：挝日期：照鎏 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保 留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) e t 期：业 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章引言 五材：金、木、水、火、土也。 考工记 1 1 课题的源起背景 材料，就象建筑物的砖瓦钢筋，是设计中不可或缺的重要构成元素。考工 记中记载“天有时，地有气，材有美，工有巧，合此四者，然后可以为良。” 1 这说明中国工匠在几万年前就意识到材料是构成物质的载体。除了考工记 以外，萄子也对材料做了论述：“邢范正，今锡美，工治巧，火得奇。”其中，“今 锡美”讲的就是材料之美。随着时代的变迁，材料在设计造物的过程中，逐渐 转变为人类文化语言的一种符号，成为时代文明的标志，人类文明的发展就是 一个学习利用材料进行创造、创新的过程。大家在通过追求更好的材料的性质 和功能来满足人们的要求。2 产品，是由一定的材料经过一定的加工工艺而构成的。一件完美的产品必 须是功能、形态和材料三要素的和谐统一。3 材料与工艺是设计的物质技术基础， 然而在诸多的造型材料中，每种材料都通过自身不同的材料特性、加工性能和 装饰处理体现出不同的材质感觉，影响到产品的设计。任何一种产品的设计只 有与选用材料的性能特点及其工艺相一致，才能实现设计的目标和要求。4 作为 一个设计师，合理的了解、选用和使用材料是其设计过程中的一个重要环节。 但设计选材并不是一个简单的任务，而是包括“物人环境”的材 料复杂系统，是将材料的性能、使用、选择、制造、开发、废弃处理和环境保 护看成一个整体，着重材料的特性的一种研究。5 现在国内的材料学科并没有相 应的选材评价体系。另外现在材料的研究多是从技术的观点进行研究，注重对 材料本身的自然属性和加工工艺等的研究，而对材料的自然属性以外的人文价 值，心理属性未做更为深入的研究，这就局限了对设计的直观指导启示作用。 ( 春秋) 佚名，戴吾三编著考工记图说山东画报出版社出版2 0 0 3 年5 月1 日出版1 袁维忠材料实验江苏美术出版社2 0 0 4 年1 2 月第一版，4 江湘芸设计材料及加工工艺北京理工大学出版社2 0 0 3 年8 月第一版3 江湘芸设计材料及加工工艺北京理工大学出版社2 0 0 3 年8 月第一版4 江湘芸设计材料及加工工艺北京理工大学出版社2 0 0 3 年8 月第一版4 武汉理工大学硕士学位论文 笔者在导师郑建启教授的指导下，基于目前产品设计中存在的选材问题， 为适应产品设计选材的需要，并配合导师。十一五”课题设计材料工艺学 教材的编写，确定“产品设计中陶瓷材料选用的适应性研究”作为毕业论文研 究课题。 1 2 课题研究的目的与意义 翻开艺术史，我们可以清晰的看到艺术作品如原始时代彩陶、商代的漆器 等，在不同材料的作用下无不表现各个时代的文明程度和发展轨迹。3 在我看来， 人类的发展分明是一部材料的发展史。正如材料学家莫里斯科恩所说：“我们 周围到处都是材料，他们不仅存在于我们的现实生活中，而且也扎根于我们的 文化和思想领域”。人类的艺术设计及其造物活动正是从选择材料和利用材料 开始的。6 事实上，材料与人类的出现和进化有着密切的联系，因而它们的名字 已作为人类文明的标志，如石器时代、青铜时代和铁器时代等。不管什么时代， 材料都是人类生活中不可分割的组成部分。如今，材料已经与事物、居住空间、 能源和信息并列一起组成人类的基本资源。 考i 记记有：“天有时，地有气，材有美，工有巧，合此四者，然后可 以为良。”7 所谓“天时”、“地气”，是指自然方面的客观因素。在顺应“天时”、 “地气”即人适应、协调于大自然因素的前提下，考i 记强调“材美”与“工 巧”。所谓“材美”，是肯定人对材料质地品性的选择性，要求工匠根据实际需 要去主动地认识材料的美，具体到某一器物制作，又涉及合理的选材和用材。 而“工巧”，更多的是对人的创造才能的肯定。这段述文可认为是中国古代技术 传统中一个深刻的造物原则或价值标准。这在当时是一个较为系统的理论总 结，即使在今天仍然可以作为产品制作的基本法则。“造物选材，适之为良”也 与其理念同出一辙，既体现设计师的主动性，又把“适”作为衡量选材是否为 “良”的杠杆，这就是工业设计的根本任务一- - 仓, j 造更合理的生存( 使用) 方 式。9 但是在我们目前的工业设计的领域中，发现有很多的研究都是将工艺和设 计分开在谈，并没有立足于产品材料的适应性选材、用材，没有完全理解材料 6 尹定邦设计学概论湖南科学技术出版社9 3 7 ( 春秋) 佚名藏吾三编著考工记圈说山东画报出版社出版2 0 0 3 年5 月1 日出敝2 0 8 ( 春秋) 侠名藏吾三编著考工记图说山东画报出版社出版2 0 0 3 年5 月1 日出版1 3 7 9 柳冠中事理学纲要中南大学出版社3 2 2 武汉理工大学硕士学位论文 和产品设计的适应性关系，那么我们发挥的空间就必定很狭窄。本文以造物选 材为主要立足点，建立材料的适用选材的一个基本理论基础。 设计是一种复杂的行为，它涉及设计者感性与理性的判断。与设计的其它 方面相比，材料的选择是最基本的，它提供了设计的起点。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。因此，设计师在选择材料时， 除了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。” 笔者基于造物选材的适应性系统的大环境中选择历史悠久的陶瓷材料作为 研究目标，重点放在“陶瓷材料如何适应于设计”上面，结合各方面理论与实 例，对设计材料的特性及其应用进行系统、科学的探寻。通过比较、分析来阐 述如何在产品设计中科学选材、用材，以达到陶瓷材料与产品各方面的相适。 陶瓷是人类生活和生产中历史悠久同时也是不可缺少的一种材料。我国从 很久以前就开始使用陶瓷，陶瓷的发展主要靠的是工匠们技艺的传授，缺乏科 学的指导。但现在随着科学技术的高速发展，迫切需要一些有特殊性能的材料， 陶瓷材料因具备其它金属材料和高分子材料所无法比拟的优异性能，恰恰能满 足这样的要求，因此，在现代技术中占有越来越重要的地位。对产品设计而言， 设计在很大程度上取决于材料的固有特性，陶瓷材料本身具有极为复杂的特性， 所以设计师只有了解和掌握陶瓷材料的特性，正确评价陶瓷材料的特性，选择 合适的材料及工艺，才能从陶瓷材料本身推演出产品所需要的结构和形式，能 动的使用无机技术条件，将陶瓷材料特性发挥到最大的程度。1 1 另外，随着环保 意识的增强，产品设计中对材料的选择己不再是仅仅满足产品的使用要求和功 用，更应注重材料在提取、制备、生产及制品的使用与废弃过程中与环境的相 容性和协调性，因而，产品设计人员在产品设计中应充分考虑到陶瓷材料使用 过中对环境的污染，尽可能的将危害减少到最低。这样的话，合理选材就显得 意义重大了。 1 3 研究目标、研究内容和拟解决的关键问题 1 、基础目标 1 0 江湘芸设计材料及加工工艺北京理工大学出版社2 0 0 3 年8 月第一版5 5 “江湘芸设计材料及加工工艺北京理工大学出版社2 0 0 3 年8 月第一版1 3 武汉理工大学硕士学位论文 探寻、分析、归纳出陶瓷材料在产品设计中的相适性的发展现状和未来趋 势； 2 、最终目标 依据基础目标的成果，着重研究陶瓷材料在产品设计中的有效适应途径及 其在适用领域的相适机制； 3 、关键问题 在现有产品材料工艺研究的基础上，笔者将具体、深入而系统的探讨陶瓷 材料在产品设计中的适应性研究。将设计的重心从工艺上升到如何适应到设计 的思考层次，通过设计案例和设计实践去阐述陶瓷材料在产品设计中的适应性。 小结： 本章对工业设计中设计材料选材适应性的概念的起源和定义进行了深入分 析，就目前现状提出本课题的研究目的、研究意义、研究内容及研究方法。 4 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章设计选材适应性研究相关问题 为器择材，惟良是视。 第0 4 部卷三百五十六全唐文 2 1 设计选材探源与比较 材料的认识和选择经历了一个从简单到复杂的进化过程。在新时代时期， 人类偶尔发现泥土经过火烧后会变结实而且不怕水，据其特性制作成为早期生 活器皿的材料；继新时代后，到了一个流淌着奴隶的鲜血、烁金烈火的时代， 人类利用坚硬的青铜材料进行设计和制造兵器和工具；进入第三代后，人类已 经不再满足于生活的需求用土陶瓷作为器皿，而选用了具有独特光泽和色彩、 轻便、美观、耐用、抗腐蚀等优点的漆器器皿可以看出，随着时代的进步， 设计选材也随着社会生活方式的多样化而呈现逐渐复杂的趋势。 如今随着新材料的不断出现，材料的品种也更加的多样化，如何去选择材 料，处理材料和环境、结构等各方面的交叉关系使本课题越来越成为一门复杂 的系统工程。 2 2 产品设计中选材适应性研究的目标系统 产品设计是一门综合性的交叉学科，它是人一产品一环境一社会的中介， 是对产品的功能、材料、构造、形态、色彩、表面处理、装饰等因素从社会的、 经济的、技术的角度进行综合处理的一门学科，既要符合人们对产品的物质功 能的要求，又要满足人们审美心理的需要，所以说它是人类科学、艺术、经济、 社会有机统一的创造性的活动。”它影响着人们的生活方式，运用自然、社会、 人文诸学科知识，协调技术与艺术等因素，围绕以人为目的的产品设计进行思 考和研究，并把思考和研究的结果以产品的形式表现出来。”产品设计的目的就 是为了创造更合理的使用( 生存) 方式，而设计选材便是其中的一个重要环节， 选择合适的材料与工艺作为产品设计的物质技术基础，对设计概念转化为实物 1 2 王华斌设计一设计观一从适应性系统观念向主导系统观念的转迁2 1 3 王华斌设计一设计观一从适应性系统观念向主导系统观念的转迁2 5 武汉理工大学硕士学位论文 起着关键的作用。 在这里我们不禁要提出这么一个问题，什么是适应性? 什么材料才是合适 的? 材料要与什么相适应? “适应”这个词我们应该把它分解成“适”和“应” 来看待。“适”在古代汉语中有适合，适宜之解，如商君书画策中：“然 其名尊者，以适于时也”，另外还具有引申意思，即满足的意思。如汉书贾 山传中：。( 秦王) 穷困万民，以适其欲也。”4 “应”在康熙字典中解释道“答 也，物相应也”，有符合、适应、顺应之解。如玉台新咏古诗为焦仲卿妻作 中：“六合正相应”。”“适”是主动去寻求相切合的物，而“应”是对“适” 的一种回执。有“适”才有“应”。“适”、“应”好比就是物体的内外因素一样， 一个提出需求，一个不断的接受信息并予以反馈。设计发生在内部因素与外部 因素的“适应关系”中，设计活动则是在二者之间寻找着相互适应的过程。先 了解外部需求与限定，然后组织内部结构，而后接受外部的评估、反馈，再次 进行修改内部，如此循环往复。 柳冠中先生提出了适应性系统观念，它的理论根据是人为创造的第二自然 与第一自然协调形成天人合一的系统工程，这个系统针对性的很强。它的描述 方法是规范性、限定性的描述方法一即从目的、手段适应环境的角度去讨论 “应当是何种方式”( 应当怎样) 的问题。产品的内部因素、外部因素及目的这 三个要素，是适应性系统的组成要素，该系统的目的成功与否取决于对它内外 环境之间的关系特定方式的理解程度。只有当它的内外条件协调时方可实 现它的目的。 对这个适应性系统的深刻理解，需要从内、外环境两个方面去考察，系统 的复杂行为主要是其所处外部环境的复杂性表现，同时也受内在环境少量限定 性质的制约，这才是完整的适应性系统观。以碗为例，它目的是在人们的经济 能力能够承受的情况下安全地完成食用任务。系统的外部因素包括使用的环境、 大众能够承受的经济价位等，系统内部因素包括技术、工艺、材料、形态、结 构等，只有内、外部因素相适应，系统的目的才能实现。选择的合理性，只有 在特定方式中，整体的适应所处内、外环境系统时才有意义。 依据赫伯特a 西蒙的理论，一个设计问题可以表述为“通过内部环境的组 织来适应外部环境的变化”。内部环境代表了可能性，是一些可变通的元素及其 1 4 古汉语常用字字典商务印书馆1 9 9 3 年7 月修订版2 5 9 1 5 康熙字典z d i c n e t 汉典粤i c p 备0 5 0 1 4 3 0 1 号 6 武汉理工大学硕士学位论文 组合；外部环境代表了限定性，是一组变化的参数。设计潜水表就是考虑如何 在变化的外部环境( 深水) 下组织内部因素( 材料特性等) ，达到计时准确的最目 的。当设计师选择一种材料时，他既想到了生产的可行性与成本、环境资源的 限制，又想到了材质带给人的心理感受，内外系统是有机联系着的。“因此，在 内、外之间找到一个契合点，人为事物就诞生在那个点上。设计就是内外互动 的介质，是彼此沟通的桥梁，是相互联系的纽带，是人的系统与物的系统的融 合。 在设计选材过程中，设计师总是在材料与工艺内部因素和外部因素之间寻找 相适应的契合点，体现了设计选材的适应性要求。 2 2 1 “内部”之“适” 设计师在日常生活中接触的材料很多，要创造出优良的产品，也需要去选 择适合的材料。在符合生产成本的前提下，不同的材料选择可以导致完全不同 的产品面貌。因此，设计师只有充分认识了材料的特性与质地即内部因素表现 时，才可以取此材料之长补彼材料之短产生本来单一材料无法呈现的“整体 美” 因此，从产品设计的角度来看，工业设计师不仅需要了解材料的物理特性， 也要熟悉材料本身所包括的文化属性及其它感性特性，这样的话就可以将冷冰 冰的材料变为鲜活的产品，赋予产品深刻的文化、情感和艺术内涵。材料特性 是指材料在使用及加工过程中所体现出来的性能，对材料特性了解得越深入， 对材料的理解就越深刻，对材料的应用就越得心应手，材料特性是设计创新、 设计可行性及材料选择的重要依据。材料的固有属性，也就是影响陶瓷材料选 用的内部适应性因素主要有以下几个方面： 1 、材料的物理特性 材料的物理特性包括材料的密度、热性能( 导热性、耐热性、热胀性、耐 燃性、耐火性) 、电性能( 导电性、电绝缘性) 、磁性能等，是实现或阻绝各种 物理现象的重要依据，如摩擦产生热、静电现象、密度差异所产生的漂浮现象、 热胀冷缩现象、光的反射、折射、透射现象等。 2 、材料的化学特性 1 6 柳冠中事理学论纲中南大学出版社2 2 7 武汉理工大学硕士学位论文 材料的化学特性是指材料在各种温度、压力、光、电、磁、生物等条件下 对各种介质的化学反应特性及自身可能发生的化学变化特性。”主要包括耐腐蚀 性( 材料抵制周围介质腐蚀破坏的能力) 、抗氧化性( 材料抵抗氧化作用的能力) 和耐候性( 材料在各种气候下能保持物理化学性能不变的性质) 。巧妙利用或小 心避免以上各种化学变化的发生对设计中材料的选择与创新具有重大意义，如 自动充气救生设备等。 3 、材料的力学特性 材料的力学特性指材料对外力所导致的弹性变形、塑性变形、硬物压入甚 至断裂破坏的抵抗能力，主要包括强度、弹性和塑性、脆性和韧性、硬度、耐 磨性等性能指标，是评价材料力学质量的重要参数，也是选用材料的重要依据， 直接关系到产品设计的形态及制品的稳定性及使用的可靠性、安全性等。 1 ) 强度与比强度 强度是指材料在外力( 载荷) 作用下抵抗塑性变形和破坏作用的能力，主 要包括抗拉强度、抗压强度、抗弯强度和抗剪强度。” 比强度是材料强度与比重的比值，即获得同样的强度所需材料的重量，主 要用来比较材料的效率性能。 2 ) 弹性与塑性 弹性是衡量材料在外力作用下产生变形，而当外力去除后材料能恢复原来 形状的性能。 塑性是衡量在外力作用下材料无破坏、永久变形的能力。主要通过延伸率 或断面伸长率来衡量，延伸率大于5 的称为塑性材料或韧性材料，小于5 的 称为脆性材料。 3 ) 硬度 硬性是衡量材料抵抗其它物体压入自身表面及反映材料局部塑性变形的能 力。硬度高的材料表面耐磨性好，耐划伤能力强。材料硬度值随试验方式不同 而异。 4 、材料的加工工艺特性 材料的加工工艺特性指材料适应各种加工和工艺处理要求，最终成为目标 制品的能力，包括有材料的加工工艺、成型工艺及表面处理工艺。它是材料固 1 7 刘丽红产品设计工程基础上海人民美术出版社1 1 1 8 江湘芸设计材料及加工工艺北京理工大学出版社2 0 0 3 年8 月第一版1 0 8 武汉理工大学硕士学位论文 有特性的一种综合的反映，能决定材料是否可以加工以及如何加工。材料的加 工工艺涉及到材料在加工成型过程中所表现出来的特性，如通过何种方法成型、 成型方法对结构形态设计有何要求、成型质量是否优良、成型方法是否多样、 成型成本是否经济、成型效率的高低等，能构建出具有审美价值和使用价值的 工业产品。 对材料加工工艺特性的学习和了解可增加设计的可行性与创造性，使艺术 与技术更好地结合。 5 、材料的人文特性 材料的人文特性是指材料受地域文化及个人经验的影响，与人的生理感觉、 心理感知相关的特性。是人对材料的生理和心理活动，如材料的质地、纹理、 冷暖、轻重、贵贱、雅俗、软硬、亲远、好恶等基本感觉特征。 6 、材料的经济特性 材料的经济特性是指材料经济性指标，包括材料价格、加工成本等。在产 品设计过程中，产品成本的影响因素除了材料本身的价格以外，材料的加工工 艺对成本也有巨大影响，有时一种材料制品的价格昂贵很大程度上是由其加工 成本引起的。反过来，对于加工性能好的材料其竞争优势也就体现在其加工成 型简便、成型质量可靠、对成型设备要求低，表面性能优越等方面。” 2 2 2 “夕h 部”之“适” 材料种类繁多，量大面广，对于一个特定的应用场合，可以选用各种材料。 在设计中如何正确、合理的选用材料是个实际而又重要的问题。设计师在选择 材料的时候，除了要考虑材料的固有特性外，还必须着眼于材料于人、环境的 有机联系。材料选用的重要因素是其应用的环境即外部因素中，所选的材料可 因材施用并满足要求。除了材料本身的固有特性外，影响材料选择的外部因素 适应性的主要有以下几方面： 1 、使用者的制约 不管什么产品都有使用人群，设计者在设计产品前必须对未来可能使用自 己所设计产品的使用人群进行调研。设计师必须探求是什么人、在什么情况下、 为什么需要、有什么样的原因等因素，如果可能，应尽可能使自己的产品达到 1 9 刘丽红产品设计工程基础上海人民美术出版社1 2 9 武汉理工大学硕士学位论文 或超出使用人群所期望的程度。对于材料而言，首先要考虑到使用者的态度， 他们往往受他所接触的各类产品的影响。有时使用者所期望的材料也许恰恰是 设计者并不准备采用的。在有些情况下，设计师对某些产品所选用的材料还受 到传统习惯的束缚，在一定时间内未必会被使用者接受。当然，这并不等于说 产品选用的材料就必须永远停滞在传统的水平上。随着科学技术水平的发展， 新材料、新技术的不断出现势在必然。问题在于当我们选择新材料替代传统材 料时，如何在造型设计上、在广告宣传上设法让消费者能够更快地适应和接受。 2 、适用的制约 材料的种类多种多样，但不同的产品使用场合的不一样也制约了材料的选 择。 按照材料使用性质和寿命的要求，在不同的应用场合可分为若干等级。如 产品的等级不同，对材料的要求就各不相同，高级物品选用高档材料，普通物 品选用普通材料。如酒的包装，高档酒瓶一般使用工艺较好的精致的玻璃器皿。 而低档酒瓶选用的可能就是造价较低的塑料材料。在材料选用时，大多数材料 都有相应的执行标准，在应用时坚持材料的标准验证，方可保证材料质量可靠。 在各种专项设计中选用材料的等级应基本一致，尽量避免高档和低档材料的混 用。 同时不同的应用条件对材料的功能也提出不一样的要求。比如大型会议厅 的顶棚材料应选色调淡雅庄重的材料，其它配置( 如灯具等) 也以稳重为宜；而 卫生间用材要充分考虑其防水性能和结露现象；公共场所地面材料的选择，由 于流量大，必须把耐磨和防滑放在首位。 按照材料设计理论，在不同地点材料的应用分若干层次。如在选用室内家 具材料时，必须考虑其在使用期间不失效，材料使用寿命可靠，这就对材料的 防水、防锈、防蛀、防腐、防毒、防磨损和防老化性能提出了要求另外抗腐 蚀性是材料选择的另一个重要准则，因为它影响着产品的操作、外观、寿命和 维护。在直接涉及人身安全的场合，则必须通过材料的选择来防止危险的腐蚀。 例如，为了保证维修、测试、操作过程的安全，对设备中必须具备的升降机或 其他必须保证生命安全的设备，其材料的选择就应该以保证安全为前提。 此外，材料的选择必须与设计师的构想相一致，各种流派与风格对材料的 要求与应用均不相同。如中国古典设计材料崇尚自然，材料应用以天然的竹、 木、藤、石为主；而现代设计则追求简洁实用，大量运用金属材料、玻璃和抛 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 光石材。在材料选择上除体现设计师意图外，还应考虑使用美的感觉，必须符 合一般的美学原理，即不仅重视材料的色泽、质感和触感等因素，还要考虑各 种材料相互组合效果的统一。” 3 、功能的制约 无论怎样的产品，都必须首先考虑产品应具有怎样的功能和所期望使用的 寿命，这样的考虑必定会在选用何种材料更合适方面做出总的指导。产品的基 本结构要求如何综合平衡设计中对产品的功能、人机工程学和美学方面的要求， 以及针对批量生产特点的机械结构、加工工艺难点和由此产生的成本问题等加 以解决，已成为材料选择中的主要问题。其中材料的耐久性应是材料选择中必 须最先考虑的。在大多数情况下，这样的考虑比仅考虑美学品质或节约成本而 选用可能导致产品在使用过程中过早废弃的劣质材料，显然要有意义的多。 4 、外观的制约 产品的外观在一定程度上受其可见表面的影响，并受材料所能允许的制造 结构形式的影响，因此，外观也是材料选择应考虑的一个重要因素。就产品的 表面效果来看，材料还影响着表面的自然光泽、反射率与纹理，影响着所能采 用的表面装饰材料和方式，影响着装饰的外观效果和在使用期限内的恶化程度 与速度。至于造型所采取的制造工艺与手段，如浇铸、模铸、冲压、弯折或切 削等也在很大程度上依赖于所采用的材料。 5 、生产的可行性与成本的制约 最经济的材料应当具备寿命长、环保、可循环利用等特性。材料的选用在 经济上应考虑直接成本和综合成本。材料的直接成本包括材料的购进价、运费、 利用率和损耗等因素。在考虑材料的直接成本时必须重视材料销售计量单位与 使用计量单位的差异和材料的利用率问题。如材料销售时通常以质量计算，而 使用时却以体积和面积计算，不同密度的材料往往引起判断直接成本的失误。 另外材料的利用率高低也直接影响直接成本，并不是材料( 如板材) 幅面越大 利用率就越高。除了材料的直接成本外，材料选择还与施工成本和寿命成本有 关，即材料的综合成本。虽然选用了廉价材料，但有可能加大运输、仓储、加 工等方面的费用。另外，既要考虑到工程的一次性投资尽可能低，还应该保证 材料的使用寿命。考虑材料经济性的另一个重要因素是材料标准的配套统一， 卸刘玉强术材料及其应用化学工业出版社4 1 1 武汉理工大学硕士学位论文 包括各种材料档次的统一。在考虑材料的经济性的同时，也要考虑材料的回收 复用性和再生利用性及其对环境的影响等。2 1 6 、人为破坏的制约 一般情况下，人为破坏会制约到材料的选用，因为材料的选择除考虑正常 的使用情况外，还要考虑到被粗暴对待的可能性。比如说沙发，在沙发的使用 过程中可能会造到人突发原因的破坏。又如我们走在街上经常可以看到公用电 话厅被人为的抹上其它颜色或刮伤，在这个时候我们就不要选用昂贵的材料， 可以选用牢固而且价钱相对便宜的材料。在相关的材料选择中必须考虑到这个 制约因素。2 7 、火灾、生物危害、污损的制约 火灾危害、生物危害、污损都是选用材料时不可预测的未知因素，从安全 和持久使用的角度考虑，是材料选择时必须考虑的因素。像某些材料，如木材、 橡胶等材料可能会被昆虫或鸟类及其他动物啮食。在清洗产品表面的污物时， 可能也会造成产品某种程度的损坏。为保证产品的使用寿命及安全可靠性，在 材料选择时应考虑这种可能性。 8 、气候及温度与湿度的制约 紫外光线、霜冻和雨水是气候环境中对材料影响最大的因素。如果选用了 不适当的材料就容易引起老化或锈蚀，并因此大大缩短产品的使用寿命，或使 机器上操作指令之类的图形符号褪色、模糊而影响正确操作。 温度的极端值也是材料选择中必须考虑的一个方面。例如在具有极端温度 ( 特别热或特别冷) 的场合，选用导热率低的材料来制作手动控制器的操纵手 柄会更合适，因为这样的材料有助于降热传导。湿度也会对材料造成影响，例 如，某些塑料受潮后会引起尺寸的变化，从而影响机器的性能；有的金属在湿 度较大的环境中极易锈蚀：有的陶瓷再温度的骤变中可能开裂等。 9 、冲击与振动及噪声的制约 机器可能会经受一个范围较宽的冲击力影响。例如在地面上移动的设备， 在处理或运输过程中可能会因坠落、翻侧而受到冲击，而振动则能导致产品基 本结构散架。例如在工作状态承受较大载荷的螺栓，如果拧在较软的金属材料 或易脆裂的塑料上，当所在环境振动较大时就容易造成这种损坏。此外，如果 2 l 刘玉强木材料及其应用化学工业出版社5 2 2 江湘芸术设计材料及加工工艺北京理工大学出版社5 3 1 2 武汉理工大学硕士学位论文 振动产生的交变应力超出了材料的疲劳极限时，振动还会导致零件的疲劳失效。 噪声是有害的，尤其是突然而不被预料的噪音更为有害。这时，操作者就 需选择适当的隔音材料作防护。如复合板材能降低传导的噪声，而油漆了的金 属却会使噪声问题更严重。 综上所述，一件成功的产品的材料选择应当是建立在对上述因素综合考虑 的基础之上的。人与环境对材料选择的影响也是不容忽视的。当然，对具体的 产品而言，考虑的侧重会有所不同。所以选择材料时只有对外部因素的“适应” 与对内部因素的“合理”才能做到有的放矢。 小结： 本章是全文的创新部分，以。造物选材适之为良”中的“适”为切入点， 提出了选材适应性系统，包括有系统的外部因素( 使用的环境、大众能够承受 的经济价位等) 和系统内部因素( 技术、工艺、材料、形态、结构等) ，笔者认 为只有内、外部因素相适应，系统的且的才能实现。在设计选材过程中，要在 材料与工艺内部因素和外部因素之间寻找相适应的契合点，强调设计选材的适 应性要求。通过系统的分析为后面具体陶瓷材料的适应性研究奠定了坚实的基 础。 武汉理工大学硕士学位论文 第3 章陶瓷材料的适应性研究 后世方土效灵，人工表异，陶成雅器，有素肌玉骨之象焉。 宋应星 3 1 陶瓷材料适应性概述 3 1 1 陶瓷材料本源 根据考古学家的资料，我国目前发现的最早的原始陶器，大约在1 万年前， 除了在河北徐水高林村南庄头遗址出土了距今l 万年以前的罐、钵类粗陶，江 西省万年县大源乡仙人洞也曾出土了距今1 万年左右的夹砂陶片数百块。我国 制陶的历史至少有l 万年以上，完全是可信的。” 人类最早的设计被认为是旧石器时代生产工具的设计。生产工具包括有石 制、木制、骨制工具等，这些都只是人类对自然物的一种原始的创造性加工活 动，这种加工只是改变了自然物的形态，但并没有改变其本质。而陶器的产生， 从黏土到烧制成陶器，不仅改变了自然物的形态，而且也改变了其本质。也就 是把黏土经过水湿润后，塑造成一定的形状，干燥后，用火加热到一定的温度， 使之烧结成为坚固耐用的陶器。当发现陶非常适合作为器皿的材料的时候，陶 器就成了人类最早的真正意义上的物质的创造性人造活动。因此，陶器的产生， 标志着人类的造物活动发生了前所未有的质的飞跃。 商周 随着时间的推移，商周是陶器产品发展的一个重要时期。一方面，陶器在 原始时代的基础上有了新的发展，白陶和印纹硬陶是两个重要的新品种。白陶 器在原始时代晚期就己出现，但是是在商代流行，尤其是在商代晚期高度发展， 河南安阳殷墟就出土了相当数量的白陶器。商代、西周时期，中国的陶器经过 数千年的发展，在设计、制作和烧成工艺上已经逐步成熟，达到较高的水平， 同时也在酝酿着新的突破，以求更大的发展。这个时期，突破开始出现了曙光， 这就是原始瓷器的发明。 嚣高丰中国设计史广西美术出版社2 0 0 4 年1 1 月第1 版 1 4 武汉理工大学硕士学位论文 秦汉 秦汉的陶瓷设计，在我国古代艺术设计史上占有重要的地位。这主要是陶 器在这个时期出现了不少新品种，尤以陶明器和建筑用陶最具特色。东汉时期 又发明了真正的瓷器。瓷器的创造，在中国设计史乃至世界设计史上都具有十 分重要而深远的意义。 三国两晋南北朝 从三国两晋南北朝开始，日用产品进入了瓷器时代。这在中国古代艺术设 计史上具有里程碑的意义。从此，瓷器全面渗透到人们日常生活的各个领域， 并且独领风骚一千多年。直到现代，当