产品材料与工艺

一、产品材料与工艺

二、金属材料与工艺

三、有机高分子材料与工艺

四、合成高分子材料与工艺

五、无机非金属材料与工艺

六、纤维复合材料与工艺

七、进展中的新材料

八、产品设计程序与选材方法

九、涂装工艺

十、电镀工艺

十一、金属的氧化与着色工艺

十二、其他装饰工艺

绪论产品设计材料概论

1.学习材料的重要性

2.设计专业学习材料课程的特点

3设计材料的分类

4.材料的特性

5.材料的感受特性

6.材料的美感与设计应用

7.材料与环境

8.材料进展趋势

1.1材料是设计的物质基础与载体

物将与N艺是产品设计的物质技术条件，是实现产品设计

的必要条件。设计通过材料与工艺转化为实体产品，材料与工艺

又通过设计实现自己的价值。任何一个产品设计，只有选用材料

的性能特点及其加工工艺性能相一致，才能实现设计的目的与要

求。

2.1与工科院校课程的区别

作为射击类院校关于材料的教学应该与其他工科类院校

教学是完全不一致的。在学习与掌握的重点等方面有所区别。这

种不一致正式又两类院校的学生的四围特点、同意能力与知识构

架来决定的。

工科的材料学（微观方面）

工程力学，物理学，机械，垫子，分子间距，应力等

设计类材料学（宏观方面）

材料与工艺，材料的没敢，材料的机理应用

2.2我们要掌握的知识点

具备有关的材料与工艺的知识；

熟悉材料的基本性能；

会应用材料工艺学知识解决设计的问题；

在设计中选择恰当的材料与工艺；

能运用材料的自然美使产品具有美感；

使加工工艺符合材料的性能。

3.设计材料的分类

3.1按材料进展史分类

3.2按材料的物理状态、化学性质及用途分类

3.3按材料的来源、成分、状态、构造,形态、组合等分类

3.4按照材料的形态分类

3.1按材料进展史分类

＞天然材料（石头、木头等）

＞加工材料（矿物通过冶炼、烧结，制成金属与陶瓷材料）

＞合成材料（通过化学合成方法将石油，天然气与煤等原料制

成高分子材料）

＞复合材料（指用有机、无机分金属等各类原材料复合而成的

材料）

＞智能材料或者应变材料（指随环境条件的变化具有应变能力,

拥有潜在的功能的高级形式的复合材料）

3.2按材料的物理状态、化学性质及用途分类

＞按材料物理状态分类：气态、液态、固态

＞按材料化学结构分类：金属、无机、有机（包含高分子）

＞按材料用途分类：行业不一致材料不一致：机械、电器、化

学、土建、医用、农业等。建筑材料、电工材料、结构材料、

垫子材料、淹没材料、光学材料、耐火材料、感光材料、耐

腐蚀材料、包装材料等。（为方便，但不系统）

3.3按材料的来源、成分、状态、构造、形态、组合等分类

＞按材料来源分类：天然材料、加工材料、合成材料

＞按材料成分分类：有机材料、无机材料、复合材料、其他材

料

＞按材料状态分类：按原有的状态或者伴随有变化使用的材料、

气体材料、液体材料

＞按材料的构造分类：晶质材料：非晶质材料、晶质与非晶质

混合材料

＞皆看料形态分类：一次元材料、二次元材料、三次元材料

＞按材料组合分类：单一材料、复合材料

＞按照材料的形状分类：线状材料、板状材料、块状材料

4.材料的特性

设计材料的特性包含：

固有特性：

力学特性、热性能、电磁性能、防腐性能等

派生特性：

加工特性、感受特性与经济特性

其中牵涉到了材料的密窗强度、弹性、耐磨性、导电性、

密性等各个方面的多种特性。熟悉它们是设计师进行设计的前

提，熟悉它们是产品能够成功实现功能的保证。

5.材料的感受特性

感受特性是人的感受系统由于生理刺激对材料做出的反应或

者者由人的直觉系统从材料的表面特征得出的信息，是人对材料

的生理与心理活动，它建立在生理基础上，是人们通过感受器官

对材料做出的综合印象。

5.1材料的触觉特性

5.2材料的视觉特性

材料的视觉特性是靠眼睛的视觉来感知的材料表面特征，是

材料被视觉感受后通过大脑处理昌盛的一种对材料表面特征的

感受与映像。

6.材料的美感与设计应用

材料美是产品造型美的一个重要方面，不一致的材料给人不

一致的触觉、联想、心里感受与审美情趣，如黄金的福利汤焕，

白银的高贵，刚才的朴实，锌的评理轻快，木材的轻巧自然，玻

品功能与艺术处理的具体表达

3.产品造型的艺术处理，决定着形式的美观与否，表达了一定的

思想感情与审美情趣

质感运用的形式美基本法则

1.配比率

调与法则——使整体各个部位的物面质感统一与谐

对比法则一一对比法则就是整体哥哥部位的物面质感有对比

的变化，形成材质的对比、工艺的对比。

2.主从率

强调在产品的质感设计中要有重点。

所谓重点是反应失误的外在因素在排列组合式要突出中心，

主从分明

3.适合率

各类材质有明显的个性，在质感设计中应充分考虑到材质的

功能与价值，质感应与适用性相符。

质感设计在产品设计中的作用

1.提高有用性—良好的触觉质感设计，能够提高整体设计的适

用性。

2.增加装饰性——良好的视觉质感设计，就能够提高工业产品整

体设计的装饰性，还能补充形态与色彩锁难以替代的形式美。

3.获得多样性与经济性一一良好的认为质感设计能够替代与不

救自然质感，能够节约大量珍贵的自然材料，达到工业产品整体

;凸;+的当太羊小比t=%:文4吐

4.表现真实性g彳介’值型:一一良好的质感设计往往决定整体设计

的真实性与价值型

二、金属材料与工艺

3-1金属材料概述

37.1金属的造型特征

1.具有特有的颜色，良好的反射能力，不透明性及金属光泽

2.具有良好的延展性（塑性变形能力）——由于金属键没有方向

性，金属表现出良好的承受塑性变形的能力。

3.表面工艺性好一一在金属表面可进行各类装饰工艺获得理想

的质感。

4.其他性能——金属还具有良好的导电性与导热性。

上述特征明确地反映了金属的本质，因此，在工业产品材

料中，常常把金属视为特殊光泽、优良导热与良好塑性的造型材

料。非金属也可能有上述特性中的一种或者几种，但不可能同时

具有以上全部特性，达不到金属具有的那样高的性能水平。

37.2金属的分类

金属材料包含金属与以金属为主的合金

有色金属：轻金属（密度W4.5g/cn?）、重金属（密度24.5g/cn?）

金属的性能：

机械性能：强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度、弹性

工艺性能：铸造型、锻压型、焊接性、切削加工型

机械性能

1.强度：强度是金属材料抵抗外力荷载而不致失效的能力

2.塑性：塑性是指金属材料在外力作用下产生塑性变形而不破坏

的能力

3.硬度：硬度是金属材料抵抗更硬物体压入其内的能力

4.韧性：金属材料抵抗冲击载荷的能力，叫做冲击韧性。

5.疲劳强度：疲劳强度是指材料经受无数次应力循环时的最大应

力

6.弹性变形：弹性变形实质材料在产生变形之后，取消应力，能

够恢复到原先形状的能力。

金属材料的各类机械性能并非相互孤立，二十有一定联系

的，通常提高金属材料的强度、硬度则往往会降低其塑性、韧性。

为了提高塑性、韧性，有的时候就会削弱其强度。

工艺性能

1.铸造性：是指金属材料的铸造时的流淌性、收缩性、与偏析倾

向等。

2.锻压型：是金属能否用断崖方法制成优良锻压件的性能。

3.焊接性：是指金属材料易于用焊接方法连接起来，而且不需附

加特殊措施即能获得优良焊接质量的性能。

4,切削加工型：金属材料是否易于被道具切削的性能，成为切削

加工型。

黑色金属：铁、钢、铁的粉末冶金术

铁：铸铁

钢：碳钢、铸造、合金钢、铸钢、工具钢、高强度低合金钢、强

度钢、

3-3.1铁

纯铁

纯铁有极好的铁磁性，要紧用于制造磁铁货磁极的铁心，通

常不用纯铁来制造具有强度要求的结构与外观材料。

铸铁

铸铁用于锻造或者铸造。铸铁中至少含有2%的碳与1%~3%

的硅。铁通常有下列几种：

灰口铸铁：由于碳在铁的晶阵中过饱与溶解，灰铁具有极好的抗

疲劳性与减震性。

球墨铸铁：由于其可加工型、抗疲劳强度与高得弹性模量、通常

应用于机轴与重型齿轮等。

白口铸铁：得名于它发白的外观，是铸型总灰铁或者球墨铁局部

急剧冷却造成的。

可锻铸铁：是一种用于汽车、卡车与铁路车辆的重型轴承的表面

3-3.2钢

钢是含碳量在0.02%~2.11%之间的铁碳合金。为了保证其韧

性与塑性，含碳量通常不超过1.7%,钢的要紧元素除铁、碳外,

还有硅、镒、硫、磷等。

钢的分类：

碳素钢：普通碳钢、优质碳钢

合金钢.

合金结构钢:低合金结构、渗碳钢、滚动轴承钢、调质钢、

弹簧钢

合金工具钢:易切削结构钢、刃具钢、模具钢

特殊性能钢：不锈钢、耐热钢、耐磨钢

合金:是以一种金属为基础,加入另外一种金属或者多种金属或

者非金属,要紧表现为金属特性的材料。

有色金属：

低成本中等成本标准产品：铝、铜、镁、锌

低熔点到高熔点低成本到高成本合金：铅、贵金属、锡

高熔点高性能高成本合金：

3-4.1铝及其合金

1.纯铝：

纯铝分为高纯铝与工业纯铝两类。高纯度铝要紧用于科学

研究及制造电容器。工业纯铝课制作电线、电缆与器皿等。

2.铝合金

铝合金是以铝位基础加入其他合金元素（铜、硅、镁、铝、

锌、镒等）而构成的合金，铝合金质轻，强度高，比强度值接近

或者超过钢，具有优良的导电，导热性与抗浊性，易加工，耐冲

压，同时可阳极氧化成各类颜色。

铝合金分类：铸造铝合金、变形铝合金

铝的特性：密度约为钢铜等较重金属的三分之一，往往用来制造

飞机、仪器仪表，导电导热性好，常用来制炊具、散热器材，价

格低廉、资源丰富，约占地壳金属含量的三分之一，强度高塑性

好，有良好的抗腐蚀能力，且不具备铁磁性，不能自燃，无毒性

3-4.2铜及其合金

1.纯铜

纯铜是玫瑰红色金属，常见紫红色，故又名紫铜。纯铜的耐

腐蚀性优良，可制作各类有用品及工艺美术用品。纯铜通常不宜

用于制造手里的结构零件。

铜合金分类：

普通黄铜：具有良好的机械性能，耐腐蚀性能与工艺性能好，价

格比纯铜低

特殊黄铜：黄铜中加入铝铁硅镒铅锡等金属元素，工业常用的有

铝黄铜、硅黄铜、铅黄铜

3-4.3其他有色金属

镁与镁合金

镁是一种关于产品设计非常重要的金属，由于他是日常应用

中最轻的结构金属。

镁合金是在纯镁中加入铝锌犁镒错与稀土元素形成的，具有

较高的强度，能够作为结构材料广泛应用。

镁合金：铸造镁合金、变形镁合金

钛及钛合金

钛的耐腐蚀性极好，对海水的耐腐蚀性与白金相同，熔点高,

耐热性能好，常用于航空工业，火箭导弹化学用耐腐蚀零部件也

有应用。

3-5金属加工工艺

金属材料的成型加工按其特点分为：冷加工与热加工

热加工成型有：液态成型、塑性成型、固态成型三种方法

3-5.1金属材料的热成型工艺

液态成型

金属的液态成型工艺（铸造）是指金属受热融化冰教主道预

先制作好的铸型内，凝固后获得一定形状与性能的金属制品的成

型方法。

分类

一次铸型：砂型、石膏型、陶瓷型

永久铸型：石墨型、金属型（铸铁）、压力铸造（工具钢）'金属压

铸

塑性加工

又叫压力加工，塑性成型即在外力作用下金属材料通过塑性

变形，获得具有一定形状、尺寸与力学性能的零件或者毛坯的加

工方法

分类

锻造:锤锻、落锤模锻、压力锻造、模锻、钳锻

轧制：冷轧、热轧

钢丝拉拔

挤压：直接挤压、冲挤

固态成型

固态成型是成型金属板料、棒料、线材与管材的工艺，通常

在室温下进行。

分类

纯弯曲低成本到中等成本：弯曲、滚轧、连续滚轧

复合成型中等成本到高成本：旋压、液压成型、拉深

成型与冲载高成本：进给模、自动送给模、多工步模

3-5.2金属材料的切屑加工工艺（冷加工）

利用道具与工件做相对运动，从毛坯上切去多余的金属以获

得所需集合形状、尺寸精度与表面粗糙度的零件，这种加工方法

称之冷加工

板材加工

板材操作：剪切、冲压/空白切口/板口切开/裂缝、带旋转工装

的旋塔冲床、激光加热/等离子弧

有屑切削

在这个部分，“切削”是指通过去除切削。而是材料分离或者者

减少。、这些工艺能够切削大多数材料

金属连接

焊接：焊接是通过加热或者加压，或者两者同时运用，使两个分

离的物体产生原子间结合力而连接成一体的成型方法

分类：

熔焊：酱工件焊接处局部加热到融化状态，形成熔池（通常还加

入填充金属），冷却结晶后形成焊缝，被焊工件结合为不可分离

的整体。

常见有气焊，电弧焊，电渣焊，等离子弧焊，电子束焊，激光焊

等

压焊：在焊接过程中不管加热与否，均需要加压的焊接方法

常见有电阻焊，摩擦焊，冷压焊，扩散焊，爆炸焊

钎焊：使用熔点低于被焊金属的钎料（填充金属）融化之后，填

充街头间隙，并与北韩金属相互扩散实现连接。

3.6金属的表面处理技术

3.6.1金属材料的热处理

金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，

并在此温度中保持一定时间后，又以不一致速度冷却，以达到改

善材料性能的一种工艺

分类

热处理：退火，正火，回火，淬火

3.6金属的表面处理技术

3.6.2金属材料表面装饰技术

金属表面装饰技术一方面是保护产品，即保护材质本身富裕产品

表面的光泽、色彩与肌理等而呈现出的外观美，并提高产品的耐

用性，确保产品的安全性，由此有效地利用了材料资源，另一方

面是根据产品造型设计的一图，给产品表面附加上更丰富的色

彩、光泽与肌理等变化，使产品表面根由节奏感；有的时候也是

造型材料本身具有的外观不符合设计要求时，务必使用适当的表

面处理方法进行调整，已达到满足产品设计的要求

分类：

金属表面机理工艺：表面切削与研磨加工，表面抛光，表面镶嵌,

表面蚀刻，拉丝

金属表面着色工艺：镀层被覆，涂层被覆，化学着色，电解着色

4-1木材概述

4.1.1木材应用的进展历史及现状

木材是人类使用最早的一种造型材料，是人们生活不可缺少

的重要的再生绿色资源。人类对木头大概有着与生俱来的感情，

这能够从中国传统“崇尚自然”的文化观念中去寻找。

考古材料已经证实，中国古代早在距今7000多年往常就使用

木头来制作漆器，漆器的前身就是木器，这事不言自明的

木材的现代应用领域：建筑用材，工业用材，

4-2木材的通常特性

木材的通常特性：质轻、具有天然的色泽与美丽的花纹、具有平

衡调节空气中湿气的功能、具有可塑性、易加工与涂饰、具有良

好的绝缘性能、易变型、易燃、各向异性

4.2.2木材的设计特性

视觉感受：

色彩：变幻的木材纹理富裕了木材生活的气息，也更富有材质的

情趣性。

木纹：色彩是决定木材印象最重要的因素，也是设计中最生动、

最活跃的因素，木材的明度与混度也会产生不一致感受

触觉感受：

冷暖感：木材除材色为暖色，从视感上给人温暖感外，与其他材

料相比其触感也是温暖感较强的材料。

干湿感：温度与湿度是构成材料，舒适与否的要紧条件，对人们

心里活动的影响极为明显。

按生长状况分：外长树、内长树

按材质分：软质、硬质

按树叶外形分：针叶树（红松、马尾松、杉木、红豆杉、银杏）、

阔叶树（白毛杨、白桦、紫搬、水曲柳，紫檀）

缺点：有节，虫害，裂纹，易燃，易腐蚀，易弯曲

常用木材：原木，人造板材

人造板材：胶合板、纤维板、刨花板、细木工板、空心板、塑料

贴面板

新奇的木材：特硬木材（加拿大）、有色木材（日本）、陶瓷木材

（日本）、染色木材（美国）、防火木材（保加利亚）、铁化木材

（前苏联）、模压木材（中国）、浇筑木材（日本）

木材选用的基础条件：

1.有一定的强度及韧性、刚度与硬度，重量适中，材料结构应细

致。

2.有美丽的自然纹理，材质感悦目

3.干缩、湿胀与翘曲变形性小

4.易加工、切削性能良好

5.胶合、着色及涂饰性能好

6.弯曲性能良好

7.有抗气候与虫害性

4-7木制品的加工工艺

4.7.1木制品的加工工艺流程

配料——构建加工（配料加工、基准面加工、向对面的加工、桦

头与樟孔的加工）——装配——表面涂饰（表面处理、木材着色、

涂饰涂料）

四、合成高分子材料与工艺

4-1工程塑料概述

塑料：合成树脂加入固化剂、着色剂、填料、润滑剂、增塑

剂等而形成的高分子化合物

4.1.1塑料的构成及分类

塑料的构成：

1.合成树脂

2.填充剂

3.增塑剂

4.润滑剂

5.着色剂

6.固化剂

7.稳固剂

8.阻燃剂

9其他添加剂

塑料的分类：

按树脂受热时的行为分：

热固性塑料：指在加工成型后，加热不可能再软化，或者在

溶剂中，不在溶解的高分子材料

酚醛塑料——电木，用作绝缘材料，日用品等

氨基塑料——电玉，制造颜色鲜艳的产品

酚醛，服醛、三聚氧胺、环氧、不饱与聚酯、有机硅等塑

料

热塑性材料：指受热时软化，能够加工成一定的形状，能多

次重复加热塑制，其性能不发生显著变化的高分子材料

聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、ABS、聚碳酸酯等

聚氯乙烯——氯纶，台布、雨衣、人造革、板材等

按塑料的使用范围分：

通用塑料一一指那些生产量大、货源广、价格低、适于大量

应用的塑料

工程塑料——多在工程技术中做结构、外观材料的有的塑料

特种塑料一一有某种特殊功能、适于某种特殊用途的塑料，

如用于导电、压电、液晶、高分子分离膜等

4.1.2塑料的通常特性

设计上的优良性能：

质轻与强度高——优良的耐磨性、减摩性与自润滑性——优美舒

适的质感

化学稳固性好——良好的消声性与吸震性——光学性能好

优异的电器绝缘性能——特殊的造型工艺性——具有多种

防护性能

塑料的弱点：

1.不耐图温，低温容易发脆

2•塑料制品易变型

3.有老化现象

4-2产品设计中常用的工程塑料

4.2.1ABS塑料：A丙烯晴——B丁二烯——S丙乙烯

丙烯晴：刚性、耐热性、耐化学腐蚀性

丁二烯：抗冲击性、耐低温性

丙乙烯：表面光泽、尺寸稳固

ABS塑料：耐热、表面硬度高、尺寸稳固、耐化学性能及电性能

良好、易于成型与机械加工

ABS特性：成型加工性好，加工方式有磨、锯、锂、锻、模压，

三氯甲烷作粘着剂，强度高，硬度大，质轻，易电镀，易表面喷

涂抗、抗蠕变

种类：耐热ABS、高抗ABS(强度)、高光泽ABS

4.2.2聚烯燃塑料

聚乙烯(PE)：化学稳固性好，机械强度不高，表面难于涂装(热

塑性)

聚丙烯(PP)：常用塑料中最轻的一种，耐热性能良好

聚氯乙烯(PVC)：聚氯乙烯着色容易电性能优良

聚乙烯特点：在所有塑料中密度最小，比水轻，能浮在水面上，

呈乳白色，似蜡手感，无毒无味，耐磨性、耐热性好，加工成型

性好，易老化

生产方式：吹塑、挤出、注射

聚丙烯特点：半透明，无毒无味，质轻、耐弯性、电绝缘性优良、

成型尺寸改变小、热膨胀系数小、耐磨性强

生产方式：吹塑、挤出、注射

聚氯乙烯特点：耐酸碱、耐水、无毒、不易燃、电绝缘性良好、

耐多种溶剂

4.2.3聚碳酸酯

聚酸酯：是一种新型的热塑性工程塑料，目前在机械、仪表、电

讯、交通、航空、光学照明、医疗器械等方面广泛引用

特点：具有优应物极诚(耐冲击强度高)性能、耐热、耐寒、电性

能好、具有自燃性、通常是无色或者微带褐色的透明材料

耐疲劳性能差于聚缩醛、聚酰胺树脂差

抗张强度与聚缩醛、甲基丙烯酸树脂相当

4.2.4有机玻璃

有机玻璃：具有高透光性、重量轻、机械强度高、耐大气老化、

质地高雅

4.2.5酚醛树脂

酚醛树脂：刚性大，冷流性小。颜色总是比较深，明度低，不能

制成浅色、明度高、色泽鲜艳的制品，在产品造型设计中受到限

制

4.2.6其他塑料

聚酰胺、聚甲醛、聚砚、聚苯醛、环氧塑料、氨基塑料、聚酯树

脂、聚氨酯、氟塑料、有机硅

氟塑料：机械性能不突出、硬度小、易擦伤、相互摩擦时耐磨耗

性明显降低；耐腐属性较强，不受通常溶剂腐蚀，热稳固性好，

可在260℃下长期使用，在-250℃下仍不脆变，绝缘性好

4.2.7产品设计中塑料零件的选材

设计选材

要求透明的零件

选用有机玻璃、聚苯乙烯或者聚碳酸酯等

一些要求进行表面装饰的壳体

最常用的是ABS

产品常与热水或者蒸汽接触，或者制作稍大的壳体零件

可选用聚碳酸酯或者聚苯醒

通常结构件

通常选用价格低廉、成型工艺性好的塑料。如低压

聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、ABS、聚氯乙烯、改性聚苯烯塑料

4-3塑料的成型

4.3.1塑料零件的成型

塑料零件的成型

注射成型——真空成型—加工新工艺：冷挤压、电火花加

工、低压铸造、精密铸造

挤出成型、压制成型、吹塑成型、压砚成型、传递成型、滚

形成性、熔塑成型

注射成型的步骤：定量加料一一熔塑化——施压注射—冲模冷

压——起模取件

挤出成型优点：

1.设备成本低、制造容易、占地面积小、生产环境清洁、劳动条

件好

2.生产效率高

3.操作简单，工艺过程容易操纵，便于实现连续自动化生产

4.产品质量均匀、致密

5.能够一机多用、进行综合性生产

工艺操纵要点：1.挤塑温度2.螺杆转速3.机头压力4.牵引速度

塑料的二次加工：使用机械加工、热成型连接、表面处理等工艺,

将一次成型的塑料板材、管材、棒材、片材等制成所需制品的加

工方法

二次加工的注意事项：1.温度的把握2.回弹性大、表面粗糙、

尺寸不精确、易变型3.开裂、分层、起毛、崩落

塑料的连接方式：热熔粘接、溶剂（丙酮、三氯甲烷、二氯甲烷、

二甲苯）粘接、胶贴剂粘接

塑料的表面处理：喷涂、镀饰、烫印等

塑料的机械加工注意事项：1.为保证制件表面质量，切削、锯割

等工具务必经常保持锋利2.多数塑料制件对加工表面的刀痕等

缺陷较敏感，会导致材料机械强度显著降低，因此加工完毕的制

件应注意保持表面平整、光洁，不一致截面间应有圆润的过度

3.加工时，工件不宜夹持过紧，加工设备的动平衡性能应保持良

好

4-4塑料制作的工艺设计

塑料的工艺设计

1.形状一一塑件要尽量的避免旁侧凹陷部分

2.斜度——在塑件的内表面与外表面，沿脱模方向均应设计

足够的脱模斜度

3.壁厚——具有的强度与刚度；脱模时能经受冲击与震动，

装配能承受紧固力

4.加强筋与其他防止变形的结构设计——加强筋的要紧作用

是增加制品强度与避免制品变形翘曲

5.支撑面——常以凸出的底脚（三点或者四点）或者凸边来做

支撑面

6.圆角——除了使用上要求使用尖角，其余所有转角处应尽

可能使用圆弧过渡

7.孔的设计——孔应设置在不宜削弱塑件强度的地方，在孔

间与孔与壁间应留有足够距离

8.嵌件设计——为了增加塑件制件的性能而使用嵌件

4-5塑料的着色

4.5.1颜色作为设计元素

作为设计元素毫无疑问是颜色最重要的应用。一个物体有优

美的外形，良好的功能，但是假如他有一个“错误”的颜色，我

们也不可能喜欢它。相反，一个物体有“正确”的颜色二没有优

美的外形也能为这个产品有所弥补

4.5.2塑料作色方法

本体着色：能很好地保证塑料制品在长期使用过程中的力学强

度、满足材料的阻燃要求。这种方法在加工具有特定用途的元器

件方面尤为有效

自行着色：在设计中，宜人的颜色非常重要。由于时尚总是发生

变化，产品的颜色每年也会改变。自行着色在生产过程中，可在

加工机械上方便快速地更换颜色

4-6橡胶

4.6.1橡胶制品分类

橡胶制品分类

胶管：重量轻、柔性大，容易弯曲，有良好的耐化学腐蚀性

胶带：有运输胶带、传动胶带

胶鞋：工业生产与民用对胶鞋的需求大

轮胎：是橡胶制品中的要紧产品

其他橡胶工业制品

4.6.2橡胶加工工艺

塑炼——成型

混炼——硫华

压延与压处——浇注成型

4-7功能与特种合成高分子新材料简介

功能与特种高分子材料

1.反应性高分子材料

2.光敏性高分子材料

3.电性能高分子材料

4.高分子分离材料

5.高分子吸附材料

6.高分子智能材料

7.医用高分子材料

8.高性能工程材料

5-1陶瓷

5.1.1陶瓷的概念

陶瓷是用天然或者人工合成的粉状化合物，通过成型与高温

烧结制成的、由金属元素与非金属元素的无机化合物构成的多相

固体材料，包含陶器与瓷器，也包含玻璃、搪瓷、石膏、水泥、

石灰、砖瓦、耐火材料等人造无机非金属材料

传统陶瓷概念

指陶器、灯器、瓷器等，以黏土等无机非金属矿物为要紧原

料制品的通称

现代陶瓷；|；既念

凡是经高%热处理工艺合成的无机非金属固体材料

陶瓷的共同特征：1.耐热性优良2.绝缘性、半导体性3.磁性、

介电性4.不易变形，断裂时属于脆性破坏5.韧性低

5.1.2陶瓷的分类

陶瓷材料

工业玻璃

光学玻璃、电工玻璃、仪表玻璃,实验室用玻璃、器皿玻

璃、建筑玻璃、日用玻璃

陶瓷

普通陶瓷

日用陶瓷、建筑卫生陶瓷、电器绝缘陶瓷、化工陶瓷、

多孔陶瓷

特种陶瓷

高强度陶瓷、高温陶瓷、耐磨陶瓷、耐酸陶瓷、压电

陶瓷、半导体陶瓷、磁性陶瓷、生物陶瓷

玻璃陶瓷

耐热耐蚀微晶陶瓷、光学玻璃陶瓷、无线电透明微晶玻璃、

熔渣玻璃陶瓷

5.2.1陶瓷的机械性能

机械性能：刚度、硬度、强度好，塑性、韧性或者脆性差

5.2.2陶瓷的热性能

热性能：热膨胀性、热导电性、热稳固性好

5.2.3陶瓷的其他系能

其他性能：

薄电性：陶瓷的导电性变化范围很广

化学稳固性：陶瓷的结构非常稳固

透明性：陶瓷通常是透明或者半透明的，这一性质在产品设计中

应用较广，如各类工业玻璃在汽车、机床、建筑、太阳能面板、

照相器材、光学仪器、家具、日常生活用品中得到了广泛的应用。

5-3陶瓷加工工艺

陶瓷制品的生产流程比较复杂，如下图所示，各类品种的生产工

艺不尽相同，但通常都包含原先配置、配料成型与窑炉烧结等三

个重要工序

5.3.1原料配制

原料在一定程度上决定着产品的质量与工艺流程，工艺条件的选

择。陶瓷生产的最基本的原料是石英、长石、黏土三大类与一些

其他化工原料，这些原料通常都要通过加工制备才能进入“配合”

阶段，假如是不够纯净的原料，需炼选，淘洗，

可塑性原料：要紧是指黏土类天然矿物，包含高岭土、多水高岭

土及作为增塑剂的膨润土等，他们在坯料中起塑化与黏结作用，

给予坯料以塑性与注浆成型性能，保证干坯强度及烧后的各类使

用性能。

不可塑性原料：高温下熔融后能够溶解一部分石英及高岭土分

解，产物，对熔融后的高黏度玻璃可起到高温胶结作用，能增加

制品的密实性与强度

1.可塑成型：1.旋坯成型2.挤压成型3.拉坯成型4.雕塑与印坯

2.下压法

3.注浆成型：1.压力注浆2.离心注浆

5.3.2坯胎干燥

5.3.3坯胎装饰

坯胎成型后，匠师们据不一致时代不一致地域不一致人物的

审美需要进行装饰绘纹，方法多种多样，其技法有化妆土、划花、

刻花、贴、印花、剔花、镂空、彩绘、雕塑等

5.3.4上釉

上釉的方法：拓釉法、吹釉法、浸釉法、

釉的制备及分类：

从制成物品的种类来分，如陶器釉、拓器釉、瓷器釉

从釉的要紧助溶剂分，如石灰釉、灰釉、长石釉

从施釉方式分，如生釉、食盐釉

从釉的起源、生产地、研究者分，如天目釉、布里斯托釉

从釉的构成的名称来分类，如铁红釉、青瓷釉

釉的要紧作用：

可增加坯体的强度

防止

5.3.5窑炉烧结

烧结也成烧成，是坯体此话的工艺过程，噎死太次制品工艺中最

重要的一道工序。经成型、干燥与施釉后的半成品，务必在京高

温焙烧，坯体在高温下发生一系列物理化学变化，使原先由矿物

原料构成的生坯，达到完全致密程度的此话状态，成为具有一定

性能的陶瓷制品

5-4产品设计中常用的工业陶瓷

5.4.1工业玻璃

玻璃的要紧成分是Si02,通常通过熔烧硅土（砂、石英或者燧石）,

加上碱（苏打或者钾碱、碳酸钾）而得到的，其中碱是作为助溶

剂，也能够加入其他物质，比如石灰（提高稳固性）、镁（去除

杂质）、氧化铝（提高光洁度）或者加入各类金属氧化物得到不

一致的颜色，根据玻璃的构成成分与玻璃的特性用途，可对玻璃

作如下分类

分类：容器玻璃、仪器医疗玻璃、平板玻璃、电真空玻璃、工艺

美术玻璃、光学玻璃、光纤玻璃、建筑用玻璃、照明器具玻漓、

纤维泡沫玻璃、特种玻璃、其他

1.玻璃的性质

1.强度：玻璃具有很高的抗压强度，拉强度较低。玻璃的缺点

与通常陶瓷一样，他们均是脆性材料

2.硬度：玻璃的硬度对雕刻、加工与玻璃的耐磨性等方面有很

大意义、普通的刀、锯等不能切割。玻璃比石英软，用砂可进行

研磨加工

3.光学性质：玻璃是一种高度透明的物质、具有一定的光学常

数、光谱特性等一系列重要光学性质

4.电学性质：常温下玻璃通常是绝缘体。到熔融状时，玻璃成

为良导体。

5.热性能：玻璃的导热性能很差

6.化学稳固性：玻璃的化学性质较稳固。

2.常用工业玻璃

普通玻璃：又称钠钙玻璃

铅玻璃：：无色光学玻璃按光学特性分为“冕派”（K）玻璃与“火

石”（F）玻璃。

硼硅酸盐玻璃：硼硅酸盐玻璃又称耐热玻璃或者硬质玻璃，具有

良好的化学稳固性。

高硅氧玻璃；制造工艺简单，成本低，是石英玻璃的代用品。通

过紫外线的性能也较好。

石英玻璃：由各类纯净的天然石英（水晶、脉石英、石英砂）融

化而成

6-1复合材料概述

611复合材料概念

定义：复合材料是由两种以上物理与化学性质不一致的物质组合

而成的一种多项固体材料

特点：

1.算合材料的组分是多种多样的，并具有相对的独立性。

2.复合后的性能能够极大的弥补单一材料的性能与缺点，并非组

分材料制件性能的简单相加，即通过对原材料的选择、各组分分

布设计与工艺条件的保证等，使原组分材料有点互补，因而呈现

了出色的综合性能，从而合理的满足使用需求

6.1.2复合材料的分类

复合材料

功能复合材料

结构复合材料

按集体分类

按增强体分类

先进复合材料

以碳、芳纶、陶瓷等纤维与品须等高性能增强体与耐高温的

高聚物、金属、陶瓷与碳（石墨）等构成的复合材料。

多用于各类高技术领域中用料少而性能要求高的场合

结构复合材料：要紧用作成立与次承力结构，质量轻、强度与刚

度高，且能耐受一定温度，在某种情况下还要求有膨胀系数小、

绝热性能好或者耐戒指腐蚀等其他性能。

结构复合材料

聚合物基复合材料：热固性树脂基、热塑性树脂基、橡胶基

金属基复合材料：轻金属点、高熔点金属基、金属间化合物基

陶瓷基复合材料：高温陶瓷基、玻璃陶瓷基

碳基复合材料

水泥基复合材料

6.2.2玻璃纤维复合材料

2.热固性玻璃钢

简称玻璃钢，以玻璃纤维为增强剂与以热固性树脂为粘合剂制成

的复合材料。热固性树脂常用的为酚醛树脂、环氧树脂、不饱与

聚酯与有机硅树脂等四种。粉拳树脂出现最早，环氧树脂性能较

好，应用较普遍

优点：

有高的比强度

具有良好的电绝缘性与绝热性

腐蚀性化学介质都具有稳固性

根据需要可制成半透明或者特别的保护色与辨别色

能承受超高温的短时作用

方便制成任意曲面形状、不一致厚度与非常复杂的形状

缺点：

刚性较差

受有机树脂耐热性的先知，只能在300匕一下使用

抗疲劳韧性相对较低

易老化与产生蠕变

玻璃钢在产品设计中的广泛应用

1.在宇航与航空方面

2.在造船方面

3.在车辆制造、卫浴方面

6.2.3碳纤维复合材料

是一种强度比铜打，比重比铝还小的新颖材料。与玻璃纤维相比,

碳纤维具有高强度、高模量的特点；是比较理想的增强材料，可

用来增强塑料、金属盒陶瓷

1.碳纤维树脂复合材料

特点：比重比铝轻、强度比钢高、弹性模比铝合金与钢大，疲劳

强度高。冲击韧性好，同时耐水与湿气，化学稳固性高，摩擦系

数小，导热性好，受X光线敷设时强度与模量不变比等。

应用范围：

宇宙飞行器的外层材料，人造卫星与火箭的机架、壳体、天线构

架，各类机械中的受载磨损零件，受摩擦件等。

2.碳纤维金属复合材料

在碳纤维表面镀金属，制成了碳纤维铝基复合材料，要紧用于熔

点较低的金属或者合金。

特点：有很好的强度与弹性模量，具有优越的减摩性能。

应用范围：高级轴承草料、制造高速列车的制动件。

3.碳纤维陶瓷复合材料

特点：同石英玻璃相比，它的抗弯强度提高了约12倍，冲击韧

性提高约40倍，热稳固性好，强度高，抗机械冲击与热冲击。

应用范围：刀具、滑动构件，发动机制件、能源构件等

6-3功能复合材料

6.3.1功能复合材料的类别与应用

功能复合材料：种类繁多且容易与结构复合材料结合，达到功能

上的复合并得到广泛的应用。

6-4复合材料的材料选择与加工成型

6.4.1复合材料的选择与可设计性

复合材料从选材到加工成型是一个复杂的系统问题，影响材料性

能的因素很多，导致生产出来的产品质量不稳固，可靠性差。

复合材料产品选择：设计要求、环境载荷、成本、可靠性、安全

性、保护与修补、检验测试、力学分析、成型方法与成型工艺、

材料选材。

复合材料的设计条件

1.结构所提出的要求

务必确保结构能够有效地抵抗外部环境载荷的作用，及应有的可

靠性及寿命

2.性能及结构重量

性能与重量的壁纸是衡量材料优劣的一个重要指标。在航空及航

天领域内线的非常重要。

3.环境载荷

1）机械条件：如震动、冲击、噪声、加速度等；

2）物理条件：如压力、温度、湿度等；

3）气象条件：如风雨、雷电、冰雪、日光灯

4）大气条件：如放射线、烟雾、风沙等

4.可靠性、安全性与经济性

对一个结构，可靠性与经济性务必同时考虑，此外还要考虑可修

复性与可回收性

6.4.2树脂——纤维复合材料的成型与加工

由于符合材料成型加工的方法不一致，每种方法都有他自身的特

点

手糊成型——普遍性与特殊性，模压成型——稳固性与可靠性

缠绕成型—规律性与局限性，喷射成型—方便性与随机性

树脂传递模塑成型——均匀性与流淌性

拉挤成型——准确性与牢固性，连续成型——连续性与先进性

其他成型—有关性与习惯性

1.手糊成型工艺

顾名思义就是用手工进行糊制的一种工艺，即“手艺二手艺的

好坏与每个人的素养能力、知识与条件有关。手糊成型工艺容易

掌握，方法比较简单，因此这种工艺应用比较普遍。

优点：

1.投资少，是成型工艺中成本低、见效最快的一种成型方法

2.生产技术容易掌握，通过短期脾培训，就能够掌握。

3.不受产品尺寸、形状的先知，适宜异形、复杂与体积较大的制

O

口口o

4.可在不一致部位任意增补增强材料，制成整体结构。

5.适合于修补、增强与防止其他产品。

缺点：

1.嬴品质量受人为因素影响较大，性能质量稳固性相对较差。

2.生产效率低，适合于批量小的产品。

3.操作时气味大，劳动条件差

2.模压成型工艺

是将一定量的模压料放入金属对模中，在一定温度与压力作用下

固化成型的一种方法

优点

1.制品尺寸精确（在所有玻璃钢成型工艺中）

2.制品两面最光洁（在所有玻璃钢成型工艺中）

3.产品一次成型，容易实现机械化自动化生产

4.制品能够多次重复生产，质量稳固可靠

5.制品生产效率高成本低

缺点

1.制品几何形状、尺寸有限，只适合于大量生产中小型制品

2.金属模具硬度高，加工复杂、精度高，但设备费用高

3.立面较深的制品需要大吨位压机

3,缠绕成型工艺

把纤维浸渍树脂胶椰并按照一定的规律连续缠绕于制品芯模上，

经固化而制成零件的一种方法。根据纤维缠绕成型时树脂基体物

理化学状态不一致，分为干法缠绕、施法缠绕与半干法缠绕三种

优点

1.露够充分表达纤维强度

2.比强度高（强度与质量之比），高于钛三倍，钢四倍，对应用

于航空航天等方面

3.产品质量可靠性高

4.容易实现机械化与自动化批量生产

5.成本低

缺点

1.只适合于集合对称外形的产品如管材、压力容器、储罐等

2,设备、技术成本高，不适合小批量生产

4.喷射成型工艺

使用喷射机把切断的玻璃纤维粗纱与树脂胶液，同时盆在敞开的

磨具上，用根子滚压浸渍，然后脱模的成型方法

优点

1.金品整体性好，没有搭接缝

2,成型工艺简便，生产效率高

3.产品的形状、尺寸基本上不受限制

4.节约原材料、材料配方能保持一定的准确性

5.有利于保证产品质量

缺点

1.只能做单面胶衣产品

2.质量可靠性多取决于人工操作技能

3.制品强度低

6.4.3玻璃钢表面的装饰方法与技巧

1.颜料着色法

将颜料直接加入树脂中，对玻璃钢进行整体装饰的方法；是最传

统、最常见的玻璃钢表面装饰技术

特点

1.加入树脂中的颜料能够在某一范围内变化

2.产品色彩的深浅能够通过颜料的加入量来操纵；加入的颜料

多，表面就不透明；反之，制品表面呈半透明状。

3.颜料糊通常为树脂用量的4%~8%

4.能够只加在表面树脂（或者中间层）的一部分中成型，得到特

殊效果

2.色笔着色法

通常适用于玻璃钢艺术品与壁画等产品的表面装饰。

操作方法：首先用色笔（包含蜡笔、碳笔、粉笔等）直接画在装

饰布上，将装饰布铺在玻璃布制件或者胶衣树脂下进行糊制成型

要点

1.旗饰布能够选择0.1mm的加捻玻璃纤维布与素棉布，均能得到

良好的装饰效果

2.玻璃纤维表面毡用作装饰布时，由于它的强度太低

3杂色处理法

常谪于工艺篇及装饰品的表面装饰，能够形成立体混合色的效

果，装饰效果非常显著

4.埋铸材料法

是一种在玻璃钢制品表面下

5.油漆着色法

用涂刷与喷涂的方法将油漆附着在玻璃钢表面，多用于表面有特

殊要求或者表面颜色不一致的玻璃钢制品的表面装饰

7-1生态环境材料

7.1.1生态环境材料的概念与分类

生态环境材料

满意的使用性能

优良的环境协调性

制造一使用一废弃一再生利用（整个过程，都做到对资源

与能源消耗少，对环境污染小与循环再生利用率高）

实际上任何一种材料只要通过改造达到节约资源并与环境协调

共存的要求，他就应视为生态环境材料

7.1.2生态环境材料的基本理论

生态环境材料研究

理论研究

对材料的环境性能的评价。其中生命周期评估已经成为这一

领域的主流方法

材料的可持续进展理论

材料流理论与生态加工、清洁生产理论与再循环、降解、废

物处理理论

有用研究

环境协调材料、传统材料的环境材料化

环境净化与恢复材料

降解材料，之通过自身的分解减小对环境的污染

生态环境材料的特征

1.节约能源，材料能够降低某一系统的能源消耗。

2.节约资源。材料能降低系统的资源消耗。

3.可重复使用

4.可循环再生

5.结构可靠性

6.化学稳固性

7.生物安全性

8.有毒、有害替代

9.舒适性。材料在使用时能给人提供舒适感的性质。

10.环境清洁、治理功能

生态环境材料的合成与加工工艺，可分为四类

1.能源节约工艺

2.资源节约工艺

3.降低污染的加工技术

4.净化环境的加工要求

7.1.3生态环境材料及其工艺

1.常见的金属生态环境材料及工艺

(1)常见的金属生态环境材料

1)通用合金

通用合金就是使用合金元素种类最少，且能满足各类用

途要求的标准合金系

2)简单合金

①合金组元简单，再生循环过程中易于分选

②原则上不加入目前尚不能用精炼方法去除的元素

③尽量不使用环境协调性不好的合金元素

与超级通用合金的用途不一致，简单合金的要紧用途是代

替大量消费的金属结构材料

3）双相钢

与普通低合金高强度钢相比，在同等级抗拉强度水平下，

铁素体一马氏体双向钢具有屈强度比低、冷变形性能好、无屈服

点等特点，这类传统材料已进展成为一种高强度、成型性能好的

新型冲压用钢

（2）常见的金属材料的生产化改造工艺

从环境材料的角度出发，尽量使金属材料的加工过程消耗较低的

资源与能源，排放较少的三废，同时在废弃之后易于分解、回收

与再生。

①熔融还原炼铁工艺

②喷射成型的近终型加工技术

2.常见的无机非金属生态环境材料及工艺

（1）水热热压

（2）陶瓷可切削技术

3.高分子生态环境材料

（D高分子生态环境材料

①废塑料纤维化

②废塑料木材化

③废塑料土工制品化

④将PS废塑料与其他材料共混，制成各类用途的井盖、建

筑材料、涂料、黏结剂、防水材料、阻燃剂、涂饰剂、增塑剂等。

⑤PU、PF、不饱与聚酯、环氧树脂等热固性塑料可与其他

材料混合使用，既可降低成本，又能提高某个方面的性能。总之,

共混再生利用技术简便易行，几乎适用于任何一种废旧高分子材

料

可降解塑料

①微生物降解

②大型微生物降解

③光降解

④化学降解

（2）有机聚合爱聊与有机复合材料的可生循环工艺

有机聚合材料的可再生循环工艺

塑料的再生循环技术大致能够分为两类：一类是将回收废旧

塑料作为原材料使用；另一类是将回收废旧塑料分解成单体，然

后重新合成新塑料

可再生循环工艺

①材料再生循环法

材料再生循环法的思路是在塑料功能丧失前，将废塑料作为原料

多次再生循环使用

②化学再生循环法

化学再生循环法的基本思路是将回收废塑料作为资源，以石油或

者单体形式利用。

7-2智能材料

7.2.1智能材料的内涵与定义

定义：模仿生命系统，能感知环境变化，并能实时地告便自身的

一种或者多种性能参数，作出所期望的，能与变化后的环境相习

惯的复合材料或者材料的复合。

智能材料的生物功能：

信息积存与识别功能

学习能力与预见性功能