手表材料分析.doc

手表材料分析虽然手表的历史不过几百年，但是手表的材料的变化和发展却很大，由最初的玻璃、塑料、金属到如今的金刚石、陶瓷以及许多高科技材料。可知手表的发展是引世人瞩目的。今天不讨论手表的发展史，只分析一下手表的几种经典材料的发展。首先谈论下塑料的发展史，塑料的产生是由一个摄影师在暗房里的实验导致的。亚历山大帕克斯有许多爱好，摄影是其中之一。19世纪时，人们还不能够像今天这样购买现成的照相胶片和化学药品，必须经常自己制作需要的东西。所以每个摄影师同时也必须是一个化学家。 摄影中使用的材料之一是“胶棉”，它是一种“硝棉”溶液，亦即在酒精和醚中的硝酸盐纤维素溶液。当时它被用于把光敏的化学药品粘在玻璃上，来制作类似于今天照相胶片的同等物。 在19世纪50年代，帕克斯查看了处理胶棉的不同方法。一天，他试着把胶棉与樟脑混合。使他惊奇的是，混合后产生了一种可弯曲的硬材料。帕克斯称该物质为“帕克辛”，那便是最早的塑料。 塑料是一种很轻的物质，用很低的温度加热就能使它变软，随心所欲地做成各种形状的东西。塑料制品色彩鲜艳，重量轻，不怕摔，经济耐用，它的问世不仅给人们的生活带来了诸多方便，也极大地推动了工业的发展。塑料是一种用途广泛的合成高分子材料，在我们的日常生活中塑料制品比比皆是。从我们起床后使用的洗漱用品、早餐时用的餐具，到工作学习时用的文具、休息时用的座垫、床垫，以及电视机、洗衣机、计算机的外壳，还有夜晚给我们带来光明的各种造型的灯具塑料以它优异的性能逐步地代替了许多已经使用了几十年、几百年的材料和器皿，成为人们生活中不可缺少的助手。塑料集金属的坚硬性、木材的轻便性、玻璃的透明性、陶瓷的耐腐蚀性，橡胶的弹性和韧性于一身，因此除了日常用品外，塑料更广泛地应用于航空航天、医疗器械、石油化工、机械制造、国防、建筑等各行各业。 由于塑料有如下的特性：1、塑料具有可塑性 顾名思义，塑料就是可以塑造的材料。所谓塑料的可塑性就是可以通过加热的方法使固体的塑料变软，然后再把变软了的塑料放在模具中，让它冷却后又重新凝固成一定形状的固体。塑料的这种性质也有一定的缺陷，即遇热时容易软化变形，有的塑料甚至用温度较高的水烫一下就会变形，所以塑料制品一般不宜接触开水。 2、塑料具有弹性 有些塑料也像合成纤维一样，具有一定的弹性。当它受到外力拉伸时，卷曲的分子就由柔韧性而被拉直，但一旦拉力取消后，它又会恢复原来的卷曲状态，这样就使得塑料具有弹性，例如聚乙烯和聚氯乙烯的薄膜制品。但是有些塑料是没有弹性的。 3、塑料具有较高的强度 塑料虽然没有金属那样坚硬，但与玻璃、陶瓷、木材等相比，还是具有比较高的强度及耐磨性。塑料可以制成机器上坚固的齿轮和轴承。 4、塑料具有耐腐蚀性 塑料既不像金属那样在潮湿的空气中会生锈，也不像木材那样在潮湿的环境中会腐烂或被微生物侵蚀，另外塑料耐酸碱的腐蚀。因此塑料常常被用作化工厂的输水和输液管道，建筑物的门窗等。 5、塑料具有绝缘性 塑料的分子链是原子以共价键结合起来的，分子既不能电离，也不能在结构中传递电子，所以塑料具有绝缘性。塑料可用来制造电线的包皮、电插座、电器的外壳等。 6.塑料的制造过程 绝大多数塑料制造的第一步是合成树脂的生产（由单体聚合而得），然后根据需要，将树脂（有时加入一定量的添加剂）进一步加工成塑料制品。有少数品种（如有机玻璃）其树脂的合成和塑料的成型是同时进行的。 所以塑料做为手表的材料是一种很明智的选择。而手表的另外一种重要组成材料-金属也有它重要的特性而一直被用为手表的表壳和机芯的。金属材料性能为更合理使用金属材料，充分发挥其作用，必须掌握各种金属材料制成的零、构件在正常工作情况下应具备的性能(使用性能)及其在冷热加工过程中材料应具备的性能(工艺性能)金属材料性能为更合理使用金属材料，充分发挥其作用，必须掌握各种金属材料制成的零、构件在正常工作情况下应具备的性能(使用性能)及其在冷热加工过程中材料应具备的性能(工艺性能)。材料的使用性能包括物理性能(如比重、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性等)、化学性能(耐用腐蚀性、抗氧化性)，力学性能也叫机械性能。材料的工艺性能指材料适应冷、热加工方法的能力。 金属材料表面积也是非常重要的，比表面积研究和相关数据报告中，只有采用BET方法检测出来的结果才是真实可靠的，因为国内外制定出来的比表面积测定标准都是以BET测试方法为基础的。(GB.T 19587-2004)-气体吸附BET原理测定固态物质比表面积的方法。比表面积测定分析有专用的比表面积测试仪，国内比较成熟的是动态氮吸附法，现有国产仪器中大多数还只能进行直接对比法的，北京金埃谱科技公司的F-Sorb 2400新型比表面积分析仪是真正能够实现BET法检测功能的仪器（兼备直接对比法），更重要的北京金埃谱科技公司的F-Sorb 2400比表面积分析仪是迄今为止国内唯一完全自动化智能化的比表面积检测设备，其测试结果与国际一致性很高，稳定性也很好，同时减少人为误差，提高测试结果精确性。(一)、机械性能机械性能是指金属材料在外力作用下所表现出来的特性。1、强度：材料在外力(载荷)作用下，抵抗变形和断裂的能力。材料单位面积受载荷称应力。2、屈服点(s)：称屈服强度，指材料在拉抻过程中，材料所受应力达到某一临界值时，载荷不再增加变形却继续增加或产生0.2%L。时应力值，单位用牛顿/毫米2(N/mm2)表示。3、抗拉强度(b)也叫强度极限指材料在拉断前承受最大应力值。单位用牛顿/毫米2(N/mm2)表示。4、延伸率()：材料在拉伸断裂后，总伸长与原始标距长度的百分比。5、断面收缩率()材料在拉伸断裂后、断面最大缩小面积与原断面积百分比。6、硬度：指材料抵抗其它更硬物压力其表面的能力，常用硬度按其范围测定分布氏硬度(HBS、HBW)和洛氏硬度(HKA、HKB、HRC)。7、冲击韧性(Ak)：材料抵抗冲击载荷的能力，单位为焦耳/厘米2(J/cm2)。对低碳钢拉伸的应力应变曲线分析1.弹性：e=e/E， 指标e，E2.刚性：L=Pl/EF 抵抗弹性变形的能力强度3.强度： s-屈服强度，b-抗拉强度4.韧性：冲击吸收功Ak5.疲劳强度： 交变负荷-1s6.硬度 HR、HV、HB阶段 线弹性阶段拉伸初期 应力应变曲线为一直线，此阶段应力最高限称为材料的比例极限e.阶段 屈服阶段当应力增加至一定值时，应力应变曲线出现水平线段(有微小波动)，在此阶段内，应力几乎不变，而变形却急剧增长，材料失去抵抗变形的能力，这种现象称屈服，相应的应力称为屈服应力或屈服极限，并用s表示。阶段 为强化阶段，经过屈服后，材料又增强了抵抗变形的能力。强化阶段的最高点所对应的应力，称材料的强度极限。用b表示，强度极限是材料所能承受的最大应力。阶段 为颈缩阶段。当应力增至最大值b后，试件的某一局部显着收缩，最后在缩颈处断裂。对低碳钢s与b为衡量其强度的主要指标。刚性：L=Pl/EF，抵抗弹性变形的能力。P-拉力，l-材料原长，E-弹性模量，F-截面面积塑性变形：外力去处后，不能恢复的变形，即残余变形称塑性变形。材料能经受较大塑性变形而不破坏的能力，称为材料的塑性或延伸性。衡量材料塑性的两个指标是延伸率和断面收缩率。延伸率=(l0/l)100% 断面收缩率=(A-A1)/A)100%韧性(冲击韧性)：常用冲击吸收功 Ak 表示，指材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的力。疲劳强度：材料抵抗无限次应力(107)循环也不疲劳断裂的强度指标，交变负荷-1s为设计标准。硬度：材料软硬程度。测定硬度试验的方法很多，大体上可以分为弹性回条法(肖氏硬度)压入法(布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度)和划痕法(莫氏硬度)等三大类，生产上应用最广泛的是压入法。它是将一定形状、尺寸的硬质压头在一定大小载荷作用下压入被测材料表层，以留下的压痕表面面积大小或深度计算材料的硬度值。由于硬度测定时的测定规范，所用仪器设备等不同，用压入法井台测定材料的硬度的方法也有多种。常用的方法是布氏硬度法(HB)，维氏硬度法(HV)，洛氏硬度法(HR)。(二)、工艺性能指材料承受各种加工、处理的能力的那些性能。8、铸造性能：指金属或合金是否适合铸造的一些工艺性能，主要包括流性能、充满铸模能力；收缩性、铸件凝固时体积收缩的能力；偏析指化学成分不均性。9、焊接性能：指金属材料通过加热或加热和加压焊接方法，把两个或两个以上金属材料焊接到一起，接口处能满足使用目的的特性。10、顶气段性能：指金属材料能承授予顶锻而不破裂的性能。11、冷弯性能：指金属材料在常温下能承受弯曲而不破裂性能。弯曲程度一般用弯曲角度(外角)或弯心直径d对材料厚度a的比值表示，a愈大或d/a愈小，则材料的冷弯性愈好。12、冲压性能：金属材料承受冲压变形加工而不破裂的能力。在常温进行冲压叫冷冲压。检验方法用杯突试验进行检验。13、锻造性能：金属材料在锻压加工中能承受塑性变形而不破裂的能力。 所以金属作为手表的重要组成部分起到了主要的手表耐久作用。最后谈一下玻璃材料：一、玻璃的力学性质玻璃的理论抗拉强度极限为12000Mpa，实际强度只有理论强度的1/3001/200，一般为3060Mpa，玻璃的抗压强度约为7001000Mpa。玻璃中的各种缺陷造成了应力集中或薄弱环节，试件尺寸越大缺陷存在的越多。缺陷对抗拉强度的影响非常显著，对抗压强度的影响较小。工艺上造成的外来杂质和波筋(化学不均匀部分)对玻璃的强度有明显影响。在50+70范围内玻璃的强度基本不变。脆性是玻璃的主要缺点。玻璃的脆性指标为13001500(橡胶为0.40.6，钢为400460，混凝土为42009350)。E越大说明脆性越大。玻璃的脆性也可以根据冲击试验来确定。在实际应用中玻璃制品经常受到弯曲、拉伸和冲击应力，较少受到压缩应力。玻璃的力学性质主要指标是抗拉强度和脆性指标。二、玻璃的光学性质光学性质是玻璃最重要的物理性质。光线照射到玻璃表面可以产生透射，反射和吸收三种情况。光线透过玻璃称为透射，光线被玻璃阻挡，按一定角度反射出来称为反射，光线通过玻璃后，一部分光能量损失在玻璃内部称为吸收。玻璃中光的透射随玻璃厚度增加而减少。玻璃中光的反射对光的波长没有选择性，玻璃中光的吸收对光的波长有选择性。可以在玻璃中加入少量着色剂，使其选择吸收某些波长的光，但玻璃的透光性降低。还可以改变玻璃的化学组成来对可见光、紫外线、红外线、X射线、和射线进行选择吸收。三、玻璃的热工性质玻璃的比热与其化学组成有关，在室温范围内其比经热的范围为0.331.05103J/(kgK)。 表7 1玻璃的导热系数名称容 重(kg/m3)导热系数W/(mK)平板玻璃化学玻璃石英玻璃石英玻璃石英玻璃玻 璃 砖泡沫玻璃泡沫玻璃泡沫玻璃2500245022102210225025001401663000.750.930.711.352.710.810.0520.0870.116普通玻璃的导热系数在室温下约为0.75W/(mk)。玻璃的导热系数约为铜的1/400，是导热系数较低的材料。当发生温度变化时，玻璃产生的热应力很高。在温度剧烈变化时玻璃会产生碎裂，玻璃的急热稳定性比急冷稳定性要强一些。 四、玻璃的化学性质玻璃具有较高的化学稳定性，它可以抵抗除氢氟酸以外所有酸类的侵浊，硅酸盐玻璃一般不耐碱。玻璃遭受侵蚀性介质腐蚀，也能导致变质和破坏。大气对