初中一年级科学《材料制造工艺与工程思维》复习知识清单

初中一年级科学《材料制造工艺与工程思维》复习知识清单

一、课程核心概念与知识体系总览

本章节“我们一起来制造”隶属于“制造技术与工程”领域，其核心在于引导学生理解人类如何利用自然界的材料，通过特定的物理和化学工艺，将其转化为满足生活、生产需求的产品。这不仅是对物质世界的一次探索，更是对工程思维、技术意识以及科学、技术、社会、环境（STSE）关系的初步建立。复习时，需构建起“材料特性决定加工方式，加工方式影响产品性能，产品应用引发环境思考”的逻辑闭环。整个知识体系可划分为三大核心板块：金属制品的成型与铸造、塑料制品的分类与成型、陶瓷器的工艺与演化。

二、金属制品的制造：力与热的艺术

【基础】金属制造技术的定义：指将金属材料加工成零件或物品的工艺总称。其两大核心技术为成型技术与铸造技术。

（一）金属的成型技术：固态下的塑性变形

【重要/高频考点】成型技术的核心原理：通过对固态金属施加超过其弹性极限的外力，使其发生永久性的塑性形变，从而获得所需的形状、尺寸和性能。

1、主要方式与辨析：【难点】

轧制：金属通过旋转轧辊的间隙，截面减小、长度增加。主要用于生产板材、型材（如工字钢）和管材。【例】制作桥梁的钢架、火车铁轨。

挤压：将金属放入凹模，通过凸模施加压力，使其从凹模孔或缝隙中挤出。适合生产截面复杂的型材。【例】铝合金门窗框架、散热器型材。

拉拔：将金属坯料拉过锥形的拉丝模孔，使其截面减小、长度增加。主要用于生产细线状的制品。【例】电线、电缆的铜芯或铝芯、弹簧钢丝。

锻造：利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以获得特定形状和性能的锻件。【例】古代的农具、现代的汽车曲轴、齿轮毛坯。锻造能显著改善金属的内部组织结构，提高力学性能。

冲压：【高频考点】通过模具对板料施加压力，使其分离或变形。特点是生产效率高、产品一致性好、材料利用率高。【例】易拉罐罐体、汽车外壳覆盖件、不锈钢餐具。

2、【易错点】成型技术的关键特征：整个过程金属处于固态，不发生相变。其难点在于需要施加足够大的压力，且对材料的延展性有要求。

（二）金属的铸造技术：液态下的模具

【基础】铸造技术的核心原理：将金属加热熔炼成符合要求的液态金属，然后浇注到与零件形状相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固后，获得毛坯或零件的方法。

1、铸造的特点：【重要】优点：能够以较低成本制造形状复杂（特别是内腔复杂）的构件，是机械制造工业的基础。缺点：力学性能通常不如锻件，易产生缩孔、气孔等缺陷。

2、铸造的发展：【拓展/热点】从古代的“泥范铸造法”（如商周青铜器）、“失蜡法”（如曾侯乙尊盘），到现代的“精密铸造”、“低压铸造”、“离心铸造”，乃至汽车制造中广泛应用的一体化压铸技术（大型智能压铸单元），体现了制造业向大型化、精密化、集成化发展的趋势。

（三）金属制造考点整合与解题指导

1、【常见考查方式】通常以生活实例或文物为背景，辨析成型与铸造技术，或分析某一过程涉及的物态变化与物理原理。

2、【解题步骤与要点】

第一步，判断金属是否经历“固态→液态→固态”的完整相变。若是，则为铸造；若始终为固态变形，则为成型。

第二步，若为成型，根据产品特征判断具体方式：板材多为轧制或冲压；线材多为拉拔；型材多为挤压；块状且受力复杂多为锻造。

3、【解答要点与易错点】

（1）熔化和凝固：铸造过程中，金属熔化是吸热过程，凝固是放热过程。特别注意，晶体金属在熔化（如铁、铜）和凝固过程中温度保持不变。

（2）质量不变：无论形状如何改变，只要没有磨损或添加，金属的质量保持不变。密度是物质的特性，一般也不变（除非发生相变）。

（3）混淆成型与铸造：例如“滚轮挤压”不锈钢盘，是固态下的冲压成型，而非将金属熔化后浇注的铸造技术。

三、塑料品的制造：分子的重塑与环境的反思

【基础】塑料的来源与定义：主要由石油工业副产品（如乙烯、丙烯）通过聚合反应制成的高分子聚合物。

（一）塑料的“双重性格”：热塑性vs热固性

【非常重要/高频考点】这是本专题最核心的概念辨析，也是考试和实际应用的重点。

1、热塑性塑料：

结构特点：具有线型或支链型分子结构，分子间以物理作用力结合。

宏观特性：【关键句】加热时软化、熔融，流动成形；冷却后硬化定型。该过程为物理变化，可反复进行。

典型应用：聚乙烯（PE，保鲜膜、塑料袋）、聚丙烯（PP，微波炉餐盒、水桶）、聚氯乙烯（PVC，水管、雨衣）、聚苯乙烯（PS，一次性泡沫饭盒）。

2、热固性塑料：

结构特点：在制造过程中，分子链之间通过化学反应形成三维网状（体型）结构。

宏观特性：【关键句】首次加热时软化、流动并发生交联反应而固化成型。固化后，再次加热时不会软化，若温度过高将直接分解或碳化。该过程为化学变化，不可逆。

典型应用：酚醛树脂（俗称电木，插座、开关手柄）、环氧树脂（强力胶、电路板基材）、脲醛树脂（电器外壳）。

（二）塑料的“诞生之旅”：四大成型工艺

【重要】理解不同工艺的原理及其对应的产品形态。

1、模压成型：将粉/粒料放入加热的模具中，加压使其流动并充满型腔，同时发生交联反应（热固性）或冷却固化（热塑性）。主要用于热固性塑料的复杂制品。【例】电木插座、餐具手柄。

2、挤出成型：【高频考点】将熔融的塑料通过特定形状的口模连续挤出，经冷却定型而成。特点是连续生产，截面形状一致。【例】塑料管、板、片、薄膜、电线电缆包覆层。此工艺主要适用于热塑性塑料。

3、注射成型（注塑）：【热点/难点】将粒料在注塑机料筒内加热熔融，然后以高压、高速注入闭合的模具型腔中，经冷却定型后开模取出制品。特点是生产周期短、效率高、能成型形状复杂、尺寸精确的制品。【例】手机外壳、乐高积木、汽车保险杠。

4、浇铸成型：将液态塑料（通常是单体、预聚体或熔体）倒入模具中，在常压或低压下使其固化成型。【例】人造琥珀（将昆虫封入树脂）、有机玻璃（PMMA）板材。

（三）科学、技术、社会、环境：塑料的功与过

【拓展/热点】辩证看待塑料应用。

1、便利性：轻便、耐腐蚀、绝缘、成本低、易加工。

2、环境问题——白色污染：

根源：【难点】塑料的难降解性，尤其是热固性塑料的永久性存在，以及热塑性塑料极长的自然降解周期（数百年）。

危害：污染土壤和地下水、被动物误食致死、焚烧产生二噁英等剧毒气体、微塑料通过食物链进入人体。

3、【解题思路】解决“白色污染”的措施：减少使用（如禁用一次性塑料餐具）、重复使用（布袋代替塑料袋）、回收利用（建立分类回收体系）、研发推广可降解塑料（如聚乳酸生物塑料）、寻找替代品等。

四、陶瓷器的制造：泥与火淬炼的文明

【基础】陶瓷的概念：陶器和瓷器的总称。它们都是将黏土类矿物经配料、成型、干燥、焙烧而成的硅酸盐制品。

（一）陶器与瓷器的千年对话：【非常重要/高频考点】

这是本专题核心难点，需从多个维度进行精准区分。

1、原料差异：【关键】

陶器：使用陶土，其主要成分含有较多的氧化铁，因此烧成后多呈红、褐、灰等颜色。

瓷器：使用瓷土（又称高岭土），其主要成分氧化铝含量高，氧化铁含量低，因此胎体洁白细腻。

2、烧制温度差异：【关键】

陶器：烧成温度较低，一般在800℃—1100℃左右。

瓷器：烧成温度较高，一般在1200℃以上。高温使瓷土充分玻化，胎体致密，呈半透明状。

3、釉料差异：

陶器：表面通常不施釉，或施以低温釉。

瓷器：表面必须施一层高温釉。釉料在高温下熔融，形成光滑、坚硬、不吸水的玻璃质层。

4、特性对比：【基础】

吸水性：陶器有吸水性；瓷器几乎不吸水。

质地：陶器质地粗糙；瓷器质地细腻光滑。

声音：敲击时，陶器声音沉闷；瓷器声音清脆。

透光性：陶器不透光；薄胎瓷器有一定透光性。

（二）陶瓷器的制造工艺：工序与原理

【重要/基础】陶瓷器制造的一般步骤及其科学原理，每个步骤的目的都是考点。

1、揉泥：【易错点】目的不仅仅是混合均匀，核心是排空泥料中的气泡。气泡残留会导致坯体在干燥或烧制时因应力不均而开裂变形。

2、制坯：将揉好的泥料制作成所需器型的坯体。方法有手捏成型、土条盘筑成型、泥片拼接成型、拉坯成型等。

3、干燥：自然风干，使坯体中的自由水蒸发，获得一定强度。

4、素烧：【难点】将干燥后的坯体在较低温度（约800—900℃）下进行初次焙烧。目的有二：一是使坯体变得坚固，减少后续施釉、搬运时的破损；二是提高坯体的吸水性，便于施釉时能均匀吸附釉浆。

5、施釉：将釉浆均匀覆盖在素烧坯体表面。方法有浸釉、淋釉、喷釉、刷釉等。施釉不仅使陶瓷美观、易于清洁，更重要的是能使其成为不吸水的致密器具。

6、烧制：【重要】在高温窑炉中进行最终烧结。窑炉类型有柴窑、煤窑、气窑、电窑。现代工业通过精确控温，保证釉面质量。瓷器烧成温度高于陶器。

（三）陶瓷的科技进化论：【拓展】

陶瓷已从传统的日用、艺术领域，发展到现代科技领域，成为先进材料的重要组成部分。利用其耐高温、耐腐蚀、高硬度、绝缘等特性，被广泛应用于：

工业领域：陶瓷轴承、火花塞、切削刀具。

医疗领域：人工关节、牙科修复材料。

航空航天：航天飞机的隔热瓦、导弹头锥。

五、跨学科工程实践：设计与制作

（一）工程思维流程：【热点】

一个完整的制造项目，通常遵循：需求分析→方案构思（设计草图）→材料选择→工艺选择与流程设计→制作与测试→评价与改进。例如，制作一个陶艺作品，需要先构思其功能与形态，再选择合适的成型方法（手捏、泥条等），最后经过干燥、烧制才能完成。

（二）考点整合与解题指导

1、【常见考查方式】

（1）材料辨析题：给出文物或生活用品图片，判断其所属材料类别（金属、塑料、陶瓷、天然纤维等）。

（2）工艺流程图题：分析陶瓷或金属制造的流程图，判断工序的先后顺序（时序）及物理/化学变化。

（3）原理分析题：结合物态变化（熔化、凝固）、物理性质（密度、延展性）等知识，分析制造过程中的科学原理。

（4）方案设计题：设计实验检验产品是否合格（如检测铁制容器内部是否有空心）。

2、【解答要点与易错点】

（1）变化类