工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計及材料選擇

學(xué)習(xí)目標(biāo)：了解材料工業(yè)的開展對產(chǎn)品設(shè)計的影響。掌握金屬材料、無機(jī)非金屬材料、有機(jī)高分子材料、復(fù)合材料四大類材料的分類原那么與方法。記住常用材料的組成成分、物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)和用途。體會不同材料設(shè)計出的產(chǎn)品帶給人們不同的視覺、聽覺、觸覺和心理感受。材料指可以直接制造成品的自然物與人造物，也可以稱之為物質(zhì)或原料，或稱為尚未定型的物。所有材料均以“貌〞呈現(xiàn)給人們，并以此區(qū)別不同的物質(zhì)材料，這便是各種材料的獨有特征。設(shè)計就狹義方面而言，可解釋為：為某一目的而賦予材料形狀、色彩和機(jī)能，而材料必須符合目的的需要。本章就材料與設(shè)計相互間的關(guān)系做一番討論。設(shè)計中常見材料

設(shè)計中所用材料主要有金屬材料、無機(jī)材料、有機(jī)高分子材料和復(fù)合材料四類。金屬材料又可以分為黑色金屬和有色金屬兩種。長期以來黑色金屬在工程上得到了廣泛應(yīng)用。無機(jī)非金屬材料和有機(jī)高分子材料種類繁多，常用的有塑料、橡膠、玻璃、陶瓷、木材等。非金屬材料的使用歷史悠久。近幾十年來，非金屬材料也得到了廣泛的研究和飛速的開展，從而適用范圍日益增大。復(fù)合材料由于性能特殊，是未來前景特別寬廣的材料。金屬材料金屬材料是具有光澤、延展性、導(dǎo)電、傳熱等性能的物質(zhì)，除汞外，在常溫下均為固體。金屬具有較高的強(qiáng)度、硬度及韌性。通常金屬材料分為兩大類：一類稱為鐵金屬材料，以鐵為主，因其色為黑色，故又稱為黑色金屬。另一類稱為有色金屬材料，如金、銀、銅、鎳、鋁、鉛等，各具顏色，故稱有色金屬。因金、銀金屬的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、不易生銹，故又稱為貴金屬。一種金屬元素與其他金屬元素熔合而成的物質(zhì)，稱為合金。合金的物理性質(zhì)已不同于原來的金屬，一般合金比純金屬性能優(yōu)異，合金可到達(dá)改善性能及研制新金屬材料的目的。黑色金屬及其合金黑色金屬就是通常所說的鋼鐵。歷史上，鋼鐵的出現(xiàn)晚于青銅。從使用青銅器到鐵器的過渡標(biāo)志著生產(chǎn)得到了質(zhì)變的飛躍開展。這個轉(zhuǎn)變在我國發(fā)生在春秋戰(zhàn)國時期，即公元前770年到公元前221年間。黑色金屬包括鋼、鑄鐵和鐵合金。在工程上，黑色金屬得到了最廣泛的應(yīng)用。在結(jié)構(gòu)和工具材料范圍內(nèi)，鋼鐵的用量占到了90%以上。鋼鐵之所以會得到如此廣泛的應(yīng)用，是由于其具有優(yōu)越的綜合工程性能，包括力學(xué)性能〔強(qiáng)度、剛度、沖擊韌性等〕、冷熱加工成型性能、抗腐蝕性能等。此外，價格比較廉價也是重要原因。1.純鐵鐵元素的符號是Fe。純鐵質(zhì)軟、價格昂貴，不能作結(jié)構(gòu)材料使用。純鐵〔或通常稱為工業(yè)純鐵〕的特點是：強(qiáng)度低、硬度低、塑性好。純鐵的用處不多。2.鑄鐵含碳量大于2.11%的鐵碳合金稱為鑄鐵。由于工藝簡單、價格廉價，鑄鐵在機(jī)械中有極其廣泛的應(yīng)用。如按重量統(tǒng)計，在汽車、拖拉機(jī)中鑄鐵件占50%-70%，在機(jī)床中占60%-90%。在鑄鐵中，碳是以石墨形式存在的。石墨的形態(tài)在很大程度上決定了鑄鐵的品種〔灰口鑄鐵、白口鑄鐵、可鍛鑄鐵和球墨鑄鐵〕和性能。1〕灰口鑄鐵灰口鑄鐵以其斷口面呈灰色而得名?；铱阼T鐵內(nèi)，石墨呈片狀?；铱阼T鐵以“灰鐵〞二字的漢語拼音首字母“HT〞開頭，后加其最低抗拉強(qiáng)度〔以MPa為單位〕來表示。如最常用的灰口鑄鐵牌號HT150?；铱阼T鐵在鑄成后通常還需經(jīng)熱處理：消除內(nèi)應(yīng)力的退火〔也稱人工時效〕；或消除白口、降低硬度的退火；或外表淬火以提高硬度和耐磨性?；铱阼T鐵在機(jī)器上有廣泛用途，如制作機(jī)床床身、機(jī)架、機(jī)座和許多機(jī)器的外殼。2〕球墨鑄鐵如澆注時在鐵水中參加球化劑或孕育劑，那么鑄鐵中的石墨將呈球狀。這將使鑄鐵的抗拉強(qiáng)度及伸長率有較大提高。這種鑄鐵因其石墨以球狀存在而得名。球墨鑄鐵的牌號為“球鐵〞二字的漢語拼音首字母“QT〞開頭，后加抗拉強(qiáng)度〔單位MPa〕及伸長率〔單位為%〕構(gòu)成。球墨鑄鐵通常也要后續(xù)熱處理：為消除應(yīng)力、改善切削性能的退火；或〔和〕細(xì)化組織、提高強(qiáng)度和耐磨性的正火；或〔和〕對小尺寸鑄件的調(diào)質(zhì)處理。球墨鑄鐵可以用來代替重要受力零件的鍛件毛坯以降低制造本錢，如內(nèi)燃機(jī)的曲軸等。3〕可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵是在澆注成白口鑄鐵后，經(jīng)過可鍛化退火處理后形成。其仙石墨以團(tuán)絮狀存在，抗拉強(qiáng)度和伸長率均得以提高。但它實際上不像其名稱那樣可以鍛造。日常水、煤氣管道中的連接管件〔三通管件、彎頭、中低壓閥門等〕都是可鍛鑄鐵件。有些機(jī)器的外形復(fù)雜、受力較大的零件也有用可鍛鑄鐵的，如卡車的后橋。3.碳鋼碳素鋼簡稱碳鋼，就是含碳量在0.0218%-2.11%范圍內(nèi)的普通鐵碳合金。在鋼的熔煉過程中會帶入許多雜質(zhì)，雜質(zhì)會影響碳鋼的性能，尤其是有害雜質(zhì)使鋼的性能大幅度下降。因此，在煉鋼的過程中，必須有效控制有害雜質(zhì)的含量。1〕碳鋼中的雜質(zhì)元素①錳〔Mn〕。碳鋼中的錳元素因熔煉中使用錳鐵脫氧而存在較多，含量可達(dá)0.25%-0.80%。錳元素的存在，可以降低碳鋼的脆性，它還可與硫元素生成MnS，從而降低硫元素的有害作用，錳的存在還可以改善碳鋼的熱加工性能。因此，錳在碳鋼中是有益雜質(zhì)。②硅〔Si〕。碳鋼中硅元素的較多存在是由于使用硅鐵脫氧。在熔煉所謂沸騰鋼時〔只用錳鐵脫氧〕，硅含量僅0.03%-0.07%；而用鋁、硅鐵和錳鐵脫氧熔煉鎮(zhèn)靜鋼時，硅含量可達(dá)0.10%-0.40%。類似于錳，硅在碳鋼中也是可以改善其性能的有益元素。

③硫〔S〕。硫在碳鋼中的存在是由礦石和燃料〔焦炭〕含硫而帶入。硫不溶于鐵，而以硫化鐵〔FeS〕的形式存在，導(dǎo)致碳鋼在加熱時晶界上的共晶體融化而裂開〔熱脆性〕。因此，硫是有害雜質(zhì)。④磷〔P〕。磷一般也是有害雜質(zhì)。在碳鋼中，磷局部溶于鐵素體中，局部形成脆性很大的Fe3P，使低溫下鋼的塑性和韌性急劇下降〔冷脆性〕。⑤其他雜質(zhì)。氧〔O〕的存在對碳鋼的力學(xué)性能不利；氮〔N〕可導(dǎo)致碳鋼的硬度和強(qiáng)度提高但會使塑性下降，脆性增加；氫〔H〕的存在造成碳鋼的“氫脆〞和白點等缺陷。所以對這些雜質(zhì)含量要進(jìn)行控制。2〕碳鋼的分類⑴按含碳量分類①低碳鋼。含碳量范圍是wc≤0.25%。②中碳鋼。含碳量范圍是0.25%＜wc≤0.6%。③高碳鋼。含碳量范圍是0.6%＜wc≤2.11%。⑵按質(zhì)量分類

按質(zhì)量分類的含義是控制碳鋼中以硫、磷為主的有害雜質(zhì)的含量。①普通碳素鋼。ws≤0.050%，wp≤0.045%。②優(yōu)質(zhì)碳素鋼。ws≤0.040%，wp≤0.040%。③高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼。ws≤0.035%，wp≤0.035%。⑶按用途分類①碳素結(jié)構(gòu)鋼。用于加工制造工程構(gòu)件和機(jī)器零件，大多數(shù)是中低碳鋼。②碳素工具鋼。用于各種工具〔量具、刃具、工具、模具、卡具等〕。⑷按冶煉方法分類①平爐鋼。平爐容量大，熔煉時間長，質(zhì)量高。②轉(zhuǎn)爐鋼。轉(zhuǎn)爐容量較小，但熔煉時間短。按吹氧方式又分底吹、側(cè)吹和頂吹三種方式。不同的冶煉方法對鋼的質(zhì)量有一定影響。另外，還有電爐煉鋼，用各種電能形式〔以電弧加熱為多〕熔煉，本錢較高。但可熔煉各種高級合金鋼。3〕碳素鋼的常用牌號⑴普通碳素鋼〔分為三類〕具體牌號為Q195、Q215、Q235鋼應(yīng)用最為廣泛，用于制作鋼筋、鋼板、農(nóng)業(yè)機(jī)械用型鋼和不重要的機(jī)械零件。⑵優(yōu)質(zhì)碳素鋼具體牌號從數(shù)字10起每隔5表示一種鋼種。例如應(yīng)用最廣泛的優(yōu)質(zhì)中碳結(jié)構(gòu)鋼是45鋼，表示其含碳量大致在0.45%左右。10鋼和20鋼，都是廣泛用于沖壓和焊接的優(yōu)質(zhì)低碳鋼。20鋼還廣泛用作熱處理〔外表滲碳〕鋼，故又常被稱為滲碳鋼。65鋼，通常用來制造各種彈簧，所以常常被稱為彈簧鋼。⑶鑄鋼鑄鋼是用鑄造〔熔化澆注〕方式成型的一種專用鋼種。通常用ZG后加表示含碳量的數(shù)字來表示鑄鋼的牌號。其表示含碳量數(shù)字的含義與優(yōu)質(zhì)碳素鋼相同。⑷碳素工具鋼和高級碳素工具鋼碳素工具鋼的牌號有T8、T9、T10、T11、T12和T13。高級碳素工具鋼的牌號須在相應(yīng)的碳素工具鋼牌號后面加A〔如T7A〕，表示其質(zhì)量更好。這類鋼種主要用于各種工具，包括量具、刃具、工具、卡具、模具。例如T8通常用來制作沖頭和錘子，T9、T10、T11通常用來制作鉆頭、絲錐、鋸條和冷作模具，T12、T13通常用來制作銼刀、刮刀和量規(guī)。制作這些工具都要經(jīng)過熱處理，否那么硬度仍無法到達(dá)要求。4〕碳鋼的熱處理熱處理是使碳素鋼提高和改善其性能的重要工藝過程，否那么各個鋼種之間的性能差異不大，許多鋼種也無法發(fā)揮出其潛在的優(yōu)異特性。⑴退火退火能降低碳鋼的硬度，從而改善其切削性能或消除碳鋼零件的內(nèi)應(yīng)力。⑵正火將零件加熱到Ac3〔亞共析鋼〕或Accm〔即SE線，對過共析鋼〕以上30-50℃后，空氣中冷卻。正火由于冷卻速度較完全退火快，可作零件的最終熱處理或預(yù)先熱處理，也可作改善切削性能用。⑶淬火將零件加熱到一定溫度后快速冷卻的熱處理稱為淬火。由于冷卻速度很快，在快速轉(zhuǎn)變中鐵和碳無法擴(kuò)散，因此形成碳在鐵中的過飽和固溶體，即所謂的馬氏體〔記作M〕。馬氏體較硬，比較耐磨，在機(jī)械上有廣泛用途。淬火處理的加熱溫度：亞共析鋼為Ac3以上30-50℃，共析鋼和過共析鋼為Ac1以上30-50℃。淬火的快速冷卻是反加熱到一定溫度的零件迅速放入淬火介質(zhì)中實現(xiàn)的。淬火介質(zhì)通常是不和油。鋼在水中的冷卻速度較快，故碳素鋼適于用水作淬火介質(zhì)。有時為了加強(qiáng)冷卻強(qiáng)度，還需在水中加鹽。用油作淬火介質(zhì)時，零件的冷卻速度較慢，適宜于對合金鋼的淬火〔淬火冷卻速度太快會導(dǎo)致零件淬裂〕。除了上面所述的通常的整體淬火外〔雖然是整體淬火，但實際淬硬的也只是外表一層〕，常用的還有多種外表淬火，也就是用火焰或高頻感應(yīng)加熱方法在短時間內(nèi)對零件外表加熱到淬火溫度，然后實施淬火。后者在大批量生產(chǎn)中應(yīng)用較多。⑷回火淬火后再將零件加熱到Ac1以下的某個溫度，保溫一定時間后冷卻，這種熱處理叫回火?；鼗鸬哪康氖窍慊鸷蟮膬?nèi)應(yīng)力，防止變形或裂紋，并降低硬度，以到達(dá)要求的強(qiáng)度、硬度、韌性和塑性的組合?；鼗鸶鶕?jù)其加熱溫度可分為低溫回火〔150-250℃〕、中溫回火〔250-500℃〕和高溫回火〔500-650℃〕。各種回火中尤以高溫回火應(yīng)用最為廣泛，因為此時零件的外表硬度雖然不高〔HRC25-35〕，但零件具有最好的綜合機(jī)械性能。因此，淬火加高溫回火專門被稱為調(diào)質(zhì)處理，在機(jī)械加工中得到非常廣泛的應(yīng)用。⑸化學(xué)熱處理用高碳鋼經(jīng)淬火處理可以得到外表的高硬度，可用于需外表耐磨的場合。但由于零件中心含碳量較高，零件中心韌性缺乏。通過外表處理提高零件表層的含碳量，再經(jīng)淬火提高外表硬度，不僅同樣可以到達(dá)上述的外表質(zhì)量，而且可以得到內(nèi)部的高韌性。①滲碳。低碳鋼可以在固體或氣體滲碳劑的氣氛中，經(jīng)過一定時間到達(dá)外表形成高碳層滲碳，經(jīng)淬火使外表獲得高硬度而耐磨，并能提高疲勞強(qiáng)度，同時獲得心部的韌性和塑性。固體滲碳劑通常采用碳?！矇K〕。由于碳在碳鋼中的滲透和擴(kuò)散速度很慢，滲碳需要較長時間。②氮化。氮化處理可以更大地提高碳鋼零件外表的硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度和抗腐蝕性。③碳氮共滲〔氰化處理〕。性能介于滲碳和氮化之間。由于氰化物有劇毒，現(xiàn)已少用。4.合金鋼1〕合金結(jié)構(gòu)鋼①低合金高強(qiáng)度鋼。如16Mn，少量Mn的參加，使其強(qiáng)度比Q235鋼提高20-30%，耐腐蝕性提高20-30%。②合金滲碳鋼。常用的合金滲碳鋼20Cr的性能要比用作滲碳鋼的優(yōu)質(zhì)低碳鋼20要好許多。20Cr的典型熱處理工藝過程是：滲碳—直接淬火—低溫回火。③合金調(diào)質(zhì)鋼。與典型調(diào)質(zhì)用優(yōu)質(zhì)中碳鋼45相對應(yīng)的合金調(diào)質(zhì)鋼是40Cr，它比鋼45的性能也有相當(dāng)?shù)奶岣?。④彈簧鋼。與優(yōu)質(zhì)碳素鋼的高碳彈簧鋼65對應(yīng)的合金彈簧鋼是65Mn，更發(fā)一點的是60Si2Mn。⑤滾珠軸承鋼。這是一類專門用于制造滾珠軸承的鋼種，牌號前專門冠以“G〞〔漢語拼音，表示“滾〞〕，以區(qū)別于同型號的普通合金鋼。如GCr15。滾珠軸承鋼的典型熱處理工藝過程是：球化退火—淬火—你溫回火。2〕合金工具鋼由于工具使用條件的嚴(yán)酷，因此合金工具鋼的普遍特點是：合金含量高，且大量使用稀貴合金元素〔如鎢、鋁、釩、鉻等〕。①刃具鋼。用于制造各種刃具。如低合金刃具鋼9SiCr、高速鋼W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2和W6Mn5V2。②模具鋼。分冷模具鋼和熱〔鍛〕模具鋼。冷模具鋼如Cr12、Cr12MoV；熱鍛模具鋼如3Cr2W8V、5CrNiMo。一般，量具沒有專用鋼材，簡單量具可用高碳鋼制造，復(fù)雜量具可用低合金刃具鋼制造，高精度的復(fù)雜量具可用CrMn和CrWMn鋼制造。3〕特殊性能鋼特殊性能鋼主要有不銹鋼和耐熱鋼兩類。不銹鋼要求耐腐蝕，耐熱鋼要求抗氧化和抗高溫蠕變。耐腐蝕和抗氧化有共同性，因此有的鋼種既是不銹鋼，也是耐熱鋼。特殊性能鋼中也大量應(yīng)用合金元素〔如鉻、鎳、鋁、釩等〕，且合金元素的用量較大，以到達(dá)耐腐蝕或耐高溫的特殊性能。常用不銹鋼。Cr18Ni9、1Cr18Mo10Ni5Mo3N。常用耐熱鋼。3Cr18Ni25Si2、1Cr18Ni9Ti。后者也是一種典型的不銹鋼。有色金屬及其合金除了鋼鐵外的所有其他金屬統(tǒng)稱為有色金屬。有色金屬中，目前應(yīng)用最廣的是鋁和銅及其合金。有色金屬的品種很多。許多稀有金屬能用于航天、航空、軍事等領(lǐng)域及其他特殊場合。隨著技術(shù)的開展和進(jìn)步，許多稀貴金屬的本錢有了大幅度的下降，加上其優(yōu)異特性，有可能逐步進(jìn)入普通用途領(lǐng)域。例如相對密度小、熔點高、熱脹低、導(dǎo)熱差的金屬鈦以其質(zhì)輕、高強(qiáng)、耐高溫、耐腐蝕以及低溫下韌性好的特殊性能而被譽(yù)為“太空金屬〞。鈦及其合金可制成在500℃以下政黨工作的零件，如超音速飛機(jī)和導(dǎo)彈中的構(gòu)件。但過去由于其價格特別昂貴、加工條件復(fù)雜，只能在航天航空工業(yè)中應(yīng)用。隨著加工技術(shù)的進(jìn)步，其本錢已有大幅度下降。因此，目前在眼鏡架及許多金屬裝飾件或其外表開始得到越來越多的應(yīng)用。盡管如此，鈦及其合金目前的價格仍較高，只能用于高檔商品上。許多用于金屬和非金屬外表涂鍍裝飾的金屬也大多是稀貴金屬，由于用量少，性能好，也正得到越來越廣泛的應(yīng)用。1.鋁和鋁合金鋁的相對密度為2.7，僅為鋼鐵的三分之一。鋁合金的強(qiáng)度可到達(dá)與低合金高強(qiáng)度鋼接近。鋁的導(dǎo)電性能好，僅次于銀、銅和金。鋁靠電解鋁礬土得到，資源豐富。鋁抗大氣腐蝕的性能好〔但接觸酸、堿或鹽類后的抗腐蝕性不佳〕。鋁的加工性能好：可冷成型，切削性能好，鑄造性能也好。因此，鋁的應(yīng)用十分廣泛。1〕純鋁純鋁按其純度有以下幾類：①高純鋁。純度達(dá)99.93%-99.99%,牌號是L01-L04。一般用作制造電容器。②工業(yè)高純鋁。純度為98.85%-99.9%，牌號是LG1-LG5。用作制鋁箔、包鋁以及熔煉鋁合金。③工業(yè)純鋁。純度為98.0%-99.0%，牌號是L1-L5。用于制作電線電纜及配制合金。2〕鋁合金⑴變形鋁合金通過添加合金元素獲得高強(qiáng)度，同時保持良好的加工性能。①防銹鋁合金。其塑性和可焊性能好，但切削性能不好〔太軟〕。牌號如LF21為鋁錳合金，可用于制作容器、管道、焊接件、深拉延或彎曲的低載零件和制品、鉚釘?shù)取Ａ碛蠰F5、LF11是鋁鎂合金，用途根本相同。②硬鋁合金。為鋁、銅、鎂的合金，另含少量錳?！さ秃辖鹩蹭X。牌號LY1，LY10；塑性好，強(qiáng)度低，只能制作鉚釘?！?biāo)準(zhǔn)硬鋁。牌號LY11，強(qiáng)度和塑性中等，可制作軋材、鍛材、沖壓件、螺旋槳葉及大型鉚釘?shù)??！じ吆辖鹩蹭X。牌號LY12、LY6，塑性較差，但強(qiáng)度好?？芍谱骱娇斟懠⒅匾匿N和軸。·超硬鋁合金。系鋁、鎂、鋅、銅的合金。牌號如LC4，可制作飛機(jī)起落架、大梁等重要零件?！ゅ戜X合金。牌號有LD5、LD7、LD10。分別為鋁、鎂、硅、銅或鋁、銅、鎂、鐵的合金?？芍谱魇苤剌d的鍛件和模鍛零件。⑵鑄造鋁合金①鋁硅合金。如ZL101、ZL104、ZL105、ZL106、ZL107、ZL108、ZL109、ZL110等?？设T造活塞、電動機(jī)殼體、汽缸體等。②鋁銅合金。如ZL201、ZL203。高強(qiáng)、耐熱，但鑄造性能稍差。也可制造活塞、汽缸體等。③鋁鎂合金。如ZL301、ZL302。耐腐蝕性強(qiáng)，鑄造性能稍差?？设T造船艇配件及氨用泵體等。④鋁鋅合金。鑄造性能差?？设T造發(fā)動機(jī)零件、復(fù)雜儀器元件及日常用品。

鋁合金是設(shè)計中廣為應(yīng)用的材料。如圖1所示的是用鋁合金設(shè)計的臺燈。2.銅和銅合金銅是電和熱的良導(dǎo)體，銅對大氣和水的抗腐蝕性強(qiáng)，在電子設(shè)備中常用于磁屏蔽。銅的加工性能好，易冷熱成型；銅的鑄造性能也很好。此外，銅的色澤很美觀。因此，銅的應(yīng)用廣泛。銅的有些合金還有一些特殊的性能。例如青銅和黃銅有很好的減摩性及耐磨性；磷青銅和鈹青銅具有很高的彈性和疲勞極限，在電器中得到廣泛應(yīng)用。銅及其合金的價格較貴，限制了其應(yīng)用范圍。1〕純銅純銅即紫銅，牌號為T1-W。純銅多用于制造導(dǎo)電材料及配制合金。2〕黃銅黃銅是以銅、鋅為根底的合金。⑴普通黃銅黃銅的牌號為H96-H59。“H〞為“黃〞的漢語拼音首字母，后面的數(shù)字表示銅的百分含量。當(dāng)鋅含量在30%-32%以下時，合金的強(qiáng)度隨鋅含量的增加而提高。但超過45%以后，強(qiáng)度和塑性急劇下降，故黃銅中的鋅含量最高不超過41%。H80-H68一般用于冷軋型材及復(fù)雜的深沖壓零件；H59-H62多用于熱軋型材及鑄造零件。⑵復(fù)雜黃銅復(fù)雜黃銅的牌號表示為：H〔黃銅首字漢語拼音首字母〕+主加合金元素符號+銅含量+主加元素含量。例如HPb60-1，表示鉛黃銅，銅含量60%，鉛含量1%，復(fù)雜黃銅有以下五類：①鉛黃銅。有良好的切削性和耐磨性，適于制造鐘表零件、軸瓦和鑄造軸承襯套。②錫黃銅。對海水的抗腐蝕性好，適于制作海船零件。③鋁黃銅。對大氣的抗腐蝕性好，適于制造海船及其他機(jī)器零件、大型蝸桿。④硅黃銅。鑄、焊和切削性能都好，適于制造船舶及機(jī)器零件。⑤錳黃銅。高強(qiáng)度但不降低塑性，對海水的抗腐蝕性好，適于制造船艦零件和軸承。3.鎂、鋅、錫、金、銀①鎂，符號Mg。銀白色、質(zhì)輕。鎂和鋁的合金是制造飛機(jī)的重要材料。②鋅，符號Zn。質(zhì)脆，大多用作壓鑄合金或鋼板的防腐鍍料。③錫，符號Sn。純錫為銀白色，富有延展性，在空氣中不易變化，多用作鍍鐵、焊接金屬或制造合金。④金，符號Au。赤黃色，質(zhì)柔軟，延展性強(qiáng)，化學(xué)性能穩(wěn)定。屬貴重金屬，合金常用于制造貨幣和裝飾品等。因難于氧化，故設(shè)計中常在裝飾部位或電器接點處作鍍金處理。如圖2所示的是鍍金的門把手。⑤銀，符號Ag。呈白色，質(zhì)軟，延展性很強(qiáng)，是熱和電的良導(dǎo)體。在空氣中不易氧化，常用作鍍金屬器物。銀合金可制造貨幣、日用器皿和裝飾品。如圖3所示的是用銀合金設(shè)計制造的器皿。無機(jī)非金屬材料

無機(jī)非金屬材料分子量低，屬于無機(jī)物質(zhì)。一般來源于天然的物質(zhì)，如天然石材、玻璃、陶質(zhì)材料、木材、無機(jī)膠凝材料等。陶瓷陶瓷是陶器和瓷器的總稱。硅酸鹽材料是陶瓷的重要組成局部。由于近代無機(jī)非金屬材料的開展，“陶瓷〞的概念擴(kuò)大了，故所有的無機(jī)非金屬材料統(tǒng)稱為陶瓷。陶瓷材料具有極好的耐熱性能和化學(xué)穩(wěn)定性，這些性能可滿足一些較高的使用要求。如剛玉瓷，可耐1700℃高溫。透明的剛玉可制作高壓鈉燈。氮化硅和氮化硼幾乎接近金剛石的硬度，可制作比硬質(zhì)合金更優(yōu)良的刀具。但陶瓷性能脆性極大，抵抗內(nèi)部裂紋擴(kuò)展能力低。傳統(tǒng)陶瓷，是以粘土、長石、石英等天然原料為主，經(jīng)粉碎、成型、燒結(jié)工藝制成的產(chǎn)品。主要包括日用陶瓷如圖4所示；建筑陶瓷、衛(wèi)生陶瓷，如圖5所示；低壓和高壓陶瓷，耐酸堿的化工陶瓷以及具有過濾和隔熱功能的多孔陶瓷等。特種陶瓷是指金屬氧化物、氮化物、碳化物、硅化物、硼化物、氟化物等化工原料制成的具有多種優(yōu)異性能的陶瓷。它廣泛應(yīng)用于化工、冶金、機(jī)械、電子、能源和尖端科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中。玻璃玻璃是以石英砂、長石、石灰石，純堿等為主要原料，參加一些金屬氧化物等，經(jīng)高溫熔化成型，冷卻后形成透明的固體材料。其主要成分是二氧化硅、氧化鈉和氧化鈣。玻璃因其透明和色彩豐富而用途廣泛。按其用途劃分，玻璃可分為：容器玻璃、儀器及醫(yī)療玻璃、平板玻璃、電真空玻璃〔電光源和電真空器件外殼，如燈泡燈管殼、真空管殼等、顯像管殼〕、光敏玻璃〔用于光掩模材料和光開關(guān)器件等〕工藝美術(shù)玻璃〔如圖6所示的是用彩色玻璃設(shè)計制造的玻璃花瓶〕、光學(xué)玻璃〔各種光學(xué)鏡頭等〕、光纖玻璃〔拉制光纖，用于激光信號傳輸通信〕、建筑玻璃〔玻璃磚、玻璃大理石及建筑玻璃制品等〕、照明器具玻璃〔燈罩等〕、纖維和泡沫玻璃〔隔熱保溫材料及制造復(fù)合材料〕等等。平板玻璃是玻璃中用量最大的一種。平板玻璃有多種再制品，或稱為加工板玻璃。加工板玻璃主要有：①毛玻璃。即磨面板玻璃。如用掩模，那么可加工成各式花紋圖案。②組合板玻璃。即夾膠玻璃或稱平安玻璃，用膠將兩層玻璃粘合而成?？捎米鬈囕v的風(fēng)擋玻璃。③鋼化板玻璃。將玻璃加熱到軟化程度〔600-650℃〕，用夾具使之維持所需的空間曲面形狀后用冷風(fēng)使其急冷而成。風(fēng)冷鋼化玻璃不易破碎。一旦受到強(qiáng)大外力而破碎后，全部碎成無尖角的碎片。因此，可用于汽車的風(fēng)擋玻璃。其缺點是需要較高的模具費(fèi)用。木材木材是人類使用最古老的造型材料之一。木材取之于森林，而森林在生態(tài)、資源和環(huán)境保護(hù)中有其特殊的意義。森林本身又不是能迅速得以成長和恢復(fù)的，因此近年來各國都特別強(qiáng)調(diào)節(jié)約木材，限制木材的使用以及綜合利用有限的森林資源。木材質(zhì)輕，有美麗的天然色澤和花紋，易加工，易涂飾，電和熱的傳導(dǎo)率低。但易變形，易燃，各向異性以及吸濕性使其在使用時又存在一定的缺點和局限性。此外，由于大多數(shù)木材是天然生成〔另有少數(shù)是木材的再制品〕，不可防止存在樹節(jié)、蟲害、彎曲變形、裂紋等缺陷，加上運(yùn)輸和儲存中可能造成的變色、腐朽，使加工選料增加了難度，也降低了木材的利用率及使用外觀效果。木材的加工成型前必須經(jīng)過枯燥，使其含水率符合使用要求。木材枯燥后能防止收縮、裂紋和變形，使制品質(zhì)量保持穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)鞏固、平整、美觀、耐用，防止變質(zhì)和腐朽。木材枯燥的同時還能夠除去木材中的局部膠性物質(zhì)。木材可以采用大氣〔天然〕枯燥和人工枯燥兩類方法。天然枯燥利用空氣流通到達(dá)，設(shè)備簡單，容易掌握，費(fèi)用低，但時間長，占用場地，枯燥效果與枯燥場地環(huán)境以及自然條件〔如氣候〕等有較大關(guān)系，質(zhì)量不易保證。人工枯燥時間短，但需相應(yīng)設(shè)備。目前所用較多的是蒸汽窯或紅外線〔電加熱〕窯等。常用木材有原木和人造板材兩類。原木即人工采伐得到的樹干，經(jīng)去皮后按一定規(guī)格鋸成一定尺寸的木材。原木除可直接用作電桿、樁木、坑木外，一般都要經(jīng)縱向鋸割制成鋸材，即板材和方才〔通常以寬度為厚度的三倍來劃分〕。人造板材那么是利用原木、刨木、木屑、小材、廢材以及其他植物〔如竹材〕或其纖維等為原料，經(jīng)過機(jī)械或化學(xué)處理制成的板材。人造板提高了木材的利用率。常用的人造板材有：①膠合板。奇數(shù)層〔三層、五層等〕的薄單板熱壓膠合而成。各層間木纖維方向互相垂直。膠合板平整，不易干裂、翹曲，適于制作大面積板狀部件，如家具、隔墻、天花板以及吊頂、護(hù)壁板等室內(nèi)裝修。②刨花板。用木材廢料加工成刨花后，經(jīng)加膠熱壓制成的板材。刨花板幅面大，外表平整，隔熱、隔音性能好，縱模強(qiáng)度一致，加工方便，外表還可以進(jìn)一步貼面或裝飾，價格也比較廉價。但不宜用于潮濕處。③纖維板。纖維板利用木材加工的廢棄料或植物纖維，經(jīng)破碎、浸泡、制漿、成型和熱壓等工序加工而成。按容重分為硬質(zhì)、半硬質(zhì)和軟質(zhì)三類。纖維板材質(zhì)均勻，各向強(qiáng)度一致，不易脹縮和開裂，隔熱隔音，加工性好。可用于各類家具的背板、底板和頂板等非外露部件，也可作隔熱吸音材料。④細(xì)木工板。這是一種拼命結(jié)構(gòu)板材，板心用細(xì)小木條拼接而成，外面再膠合兩層面板。細(xì)木工板質(zhì)地堅硬，板面平整，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易變形。細(xì)木工板廣泛用于板式家具的部件材料。⑤空心板?？招陌迮c細(xì)木工板的區(qū)別在于空心板的中板是由空心的木框或帶少量填充物的木框構(gòu)成，兩面再膠壓上膠合板或纖維板?？招陌遒|(zhì)量輕，兩面平整美觀，尺寸穩(wěn)定，有一定的強(qiáng)度，且隔熱隔音，是制作家具的良好輕質(zhì)材料。⑥塑料貼面板。塑料貼面板是人造板材的二次加工產(chǎn)品，可保護(hù)和美化人造板材外表，擴(kuò)大其使用范圍。貼面層可以是薄木單板貼面，三聚氰胺〔塑料〕貼面〔裝飾板〕，印刷裝飾紙貼面，聚氯乙烯薄膜貼面等幾種貼面處理，以及木紋直接印刷，透明涂飾和不透明涂飾等外表印刷涂飾處理。如三聚氰胺貼面裝飾板是將三聚氰胺樹脂浸漬過的紙膠貼到各類人造板上，其外表硬度大，耐磨，耐熱，耐化學(xué)藥品，抗酸堿、油脂和酒精，外表平滑，易清洗，適合在各類家具中應(yīng)用。有機(jī)高分子材料

有機(jī)高分子材料亦稱為〞大分子化合物〞、“高聚物〞。通常有機(jī)高聚物的分子可高達(dá)數(shù)千乃至數(shù)百萬以上。分為天然和合成兩大類。天然的如纖維素、天然橡膠等。合成的多由單體經(jīng)聚合反響而成，如合成橡膠、合成纖維、合成樹脂等。日常接觸的絕大局部是由低分子化合物聚合而成的高分子材料，如聚乙烯、氯丁橡膠、滌綸纖維等。橡膠橡膠是一種高分子彈性材料。其特點是在很寬的溫度范圍〔-50—150℃〕內(nèi)有優(yōu)越的彈性。所謂彈性大是指在較小的負(fù)荷下產(chǎn)生很大的變形，而除去負(fù)荷后又能很快恢復(fù)原始狀態(tài)。材料的彈性可以用其彈性模量來表示。橡膠的彈性模量僅為鋼鐵的三萬分之一，在相同的拉伸負(fù)荷下，橡膠的相對伸長會是鋼鐵的300倍。橡膠可分為天然橡膠和人工合成橡膠兩類。天然橡膠是采自于橡膠樹樹皮上的一種白色黏液。天然橡膠具有最正確的綜合機(jī)械性能，但產(chǎn)量有限，使其應(yīng)用受到了相當(dāng)?shù)南拗?。人工合成橡膠的種類有上百種，常用的就有丁苯膠、順丁膠、異戊膠、氯丁膠、丁脯膠、硅橡膠、氟橡膠、丁基膠等等。人工合成橡膠也可按其性能和使用范圍分成通用合成橡膠和特種橡膠。前者廣泛用于輪胎、運(yùn)輸帶、膠管、密封件、減振裝置等各種工業(yè)制品，各種日常用品以及醫(yī)療器械中。特種橡膠在上下溫時有良好的性能以及對酸、堿、油、輻射等介質(zhì)有良好抗性，多用于有特殊要求的場合。例如硅橡膠有良好的耐上下溫〔-90—300℃〕特性；氟橡膠具有優(yōu)異的對酸堿和強(qiáng)氧化劑的耐腐蝕性能；丁脯膠的耐熱、耐燃性能以及對常用的有機(jī)溶劑的耐受性很好〔但耐寒性差，耐酸性也差〕；氯丁膠的耐紫外光和抗老化性能很好，被稱為“萬能橡膠〞〔但其相對密度大，耐寒性和電絕緣性也差〕。普通橡膠具有良好的絕緣性能，可用作電線包皮等場合。特殊橡膠中有所謂導(dǎo)電橡膠，常用于制作計算器、各種遙控器的按鈕。橡膠制品的制作成形通常有混煉和硫化兩大步?；鞜捠菍⑾鹉z的各種組分〔橡膠、填料及各種改性添加劑〕經(jīng)配制、混合，煉制成混煉膠；然后將混煉膠搓揉成適宜形狀后填入橡膠模具的型腔內(nèi)進(jìn)行硫化成型。通用橡膠的性能及用途見表1塑料合成樹脂是具有塑性的物質(zhì)。按其加熱后性質(zhì)的變化和成型工藝的特點又可分為熱塑性和熱固性樹脂兩大類。熱塑性樹脂變熱后可軟化，具有流動性，在外力作用下成型，冷卻后即固化。熱固性樹脂變熱后具有流動性，成型冷卻后不能再度軟化。為改善單一樹脂加工或制作性能的缺乏，在使用時參加填充劑、增塑劑、穩(wěn)定劑、著色劑等添加劑形成新的材料，稱為塑料。每一種塑料都有其特殊的性能。但他們又具有某些共性：①無色，可任意著色。②質(zhì)輕，比強(qiáng)度〔單位重量所能到達(dá)的強(qiáng)度〕高。③質(zhì)硬，彈性和柔性好，耐磨。④化學(xué)穩(wěn)定性好，耐腐蝕性好，耐紫外光好，耐候性好。⑤電絕緣性和熱絕緣性好。⑥吸振，消聲。我們要根據(jù)各個具體的使用環(huán)境和條件選用最適宜的塑料品種。塑料按其應(yīng)用范圍通常分為三類：①通用塑料。主要指聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛塑料和氨基塑料等。占塑料總產(chǎn)量的3/4以上，設(shè)計中廣為應(yīng)用。②工程塑料。指作為結(jié)構(gòu)材料在機(jī)械裝備和工程結(jié)構(gòu)中使用的塑料。常用的品種有聚甲醛、尼龍、聚碳酸酯、聚硯、ABS、聚苯醚、環(huán)氧樹脂等。③其他塑料。即指具有某種特異功能，滿足特需的塑料，如醫(yī)用塑料等。1.通用塑料塑料中，以俗稱“賽璐珞〞的塑料應(yīng)用歷史最長。通用塑料根本上都是烯烴類的聚合物。目前應(yīng)用最廣的通用塑料有：1〕聚乙烯〔PE〕聚乙烯為白色或淺色半透明固體，在塑料中相對密度最小，比水輕。電絕緣性和高頻特性優(yōu)良。相對于分子質(zhì)量較大，抗拉強(qiáng)度和延伸率也隨之提高。2〕聚丙烯〔PP〕聚丙烯的機(jī)械性能〔強(qiáng)度、剛性、硬度等〕較聚乙烯好，且絕緣性能〔尤其對高頻電〕也好，耐熱性那么極好，可到達(dá)150℃時不變形。在設(shè)計中可用于各種機(jī)械零件和化工零件，以及需煮沸消毒的醫(yī)療器械和各種容器。3〕聚氯乙烯〔PVC〕聚氯乙烯分軟、硬兩種。軟質(zhì)聚氯乙烯通常用來制作工業(yè)用包裝薄膜，電線電纜的絕緣層和密封件。硬聚氯乙烯的抗拉強(qiáng)度，耐水、耐油性能和化學(xué)穩(wěn)定性都很好，常用來制作化工部件。由于聚氯乙烯有毒，因此用聚氯乙制造的零部件不能接觸食品。尤其是用軟聚氯乙烯制作的工業(yè)包裝薄膜，千萬不能用于存裝食品。發(fā)泡后制成聚氯乙烯泡沫塑料，質(zhì)輕、隔熱、隔音、防振，可用作各種襯墊、保溫隔振材料。4〕聚苯乙烯〔PS〕聚苯乙烯的絕緣性能〔尤其是高頻絕緣〕、耐腐蝕性〔但不耐有機(jī)溶劑，如汽油、苯〕都好，不吸水，常溫下較透明〔常溫下僅次于有機(jī)玻璃〕，耐沖擊。聚苯乙烯發(fā)泡后〔俗稱聚苯或苯板〕的相對密度僅有0.033t/m3，為水的1/30，是隔聲、包裝和打撈方面應(yīng)用的絕好材料。尤其是在包裝方面有廣泛的應(yīng)用。目前家電、儀器設(shè)備的包裝箱內(nèi)，多數(shù)都用成型的發(fā)泡聚苯乙烯或散裝發(fā)泡聚苯乙烯小塊來隔振，以保證產(chǎn)品在運(yùn)輸過程中的平安。5〕酚醛〔PE〕酚醛是應(yīng)用歷史很長的一種塑料。俗稱電木〔因其多用木粉作填料而得名〕。它的電絕緣性能很好，也能耐相當(dāng)?shù)母邷?，價格又比較廉價，因此長久以來在各種電器上得到廣泛應(yīng)用，尤其是各種普通電器的外殼長久以來一直是酚醛的天下。為了提高強(qiáng)度，在層壓時參加布層那么得到夾布膠木。夾布膠木在強(qiáng)電電器設(shè)備上多用作安裝電器的底板，也可制造耐沖擊的軸承、齒輪和離合器。日常生活中，用夾布膠木制作的梳子也十分常見。6〕氯基塑料氯基塑料是目前熱固性塑料中應(yīng)用最多的，俗稱“電玉〞，因其顏色鮮艷、半透明而得名。由氨基化合物〔主要是尿素〕與甲醛縮合而成。尿素與甲醛的綜合產(chǎn)品是脲甲醛塑料〔UF〕，可用于制作裝飾品及各種生活用品。其發(fā)泡材料是良好的保溫和隔熱材料。另一類氯基樹脂是三聚氰胺甲醛樹脂〔蜜胺甲醛樹脂，MF〕可長期在沸水中使用。氨基樹脂還可作木材粘合劑，用于膠合各種纖維板、膠合板、裝飾板。2.工程塑料工程塑料的種類極多,這里只將幾種應(yīng)用較多的做簡略介紹。1〕聚酰胺〔PA〕聚酰胺的商品名稱是尼龍，在合成纖維中又稱錦綸。尼龍品種很多，如PA6、PA66、PA610、PA1010等。尼龍的耐磨性和自潤滑性極好，韌性和強(qiáng)度均高，且有抗霉、抗菌性，無毒，成型性好〔有的可以澆注〕，因此可用以制造耐磨、耐腐蝕的各種傳動和承載零件，在機(jī)械工業(yè)中應(yīng)用最廣。2〕聚碳酸酯〔PC〕由于其優(yōu)良的綜合機(jī)械性能〔尤其是抗沖擊韌性和尺寸穩(wěn)定性，在所有熱塑料中比較突出〕和良好的透明度而被譽(yù)稱為“透明金屬〞。與其他熱塑性塑料一樣，可參加玻璃纖維、碳纖維或硼纖維等增強(qiáng)材料而成為增強(qiáng)塑料。聚碳酸酯塑料在機(jī)械、儀表、電訊、交通行業(yè)中應(yīng)用。如齒輪等各種傳動零件、耐高壓的各種墊片、墊圈、套管、飛機(jī)駕駛室的風(fēng)擋玻璃等等。3〕聚甲醛〔POM〕聚甲醛具有優(yōu)良的綜合性能。與尼龍相比，吸水性較小，尺寸穩(wěn)定性好，并具有較高的彈性模量、硬度、剛度、耐疲勞和抗蠕變性能及優(yōu)良的耐有機(jī)溶劑的性能。但熱穩(wěn)定性較差，成型加工中要嚴(yán)格控制溫度另外，收縮率大，遇火會燃燒，長期在大氣中曝曬會老化。可用于制造結(jié)構(gòu)件和耐磨零件，如軸承、齒輪、凸輪、閥桿、儀表板及化工容器與管道。4〕ABS這是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，具有優(yōu)良的綜合機(jī)械性能。還可以將其中的一或二元鏈接到其他分子的主鏈上，形成ACS、AAS等多種共聚物。ABS不透明，耐熱，耐沖擊，外表硬度高，化學(xué)穩(wěn)定性和電性能良好，易于成型加工，外表還可鍍鉻。ABS在航空工業(yè)，汽車工業(yè)，冷凍器械，電訊和日用品方面都有廣泛應(yīng)用，如汽車儀表板、擋泥板、齒輪、軸承、旅行箱等。3.其他塑料1〕氟塑料以聚四氟乙烯〔F-4〕為代表的氟塑料，具有耐高、低溫，耐腐蝕耐氣候，電絕緣好等一系列的優(yōu)異性能，因而在許多特定的領(lǐng)域具有其他塑料不可替代的應(yīng)用。例如其抗腐蝕性優(yōu)異，可抵御王水等強(qiáng)酸堿，化學(xué)穩(wěn)定性超過玻璃、陶瓷、不銹鋼、金和鉑，因而被稱為“塑料王〞。但其缺點是機(jī)械強(qiáng)度不甚高，熱脹冷縮大，且價格貴。當(dāng)溫度到達(dá)390℃時分解并放出有毒氣體。故加工時要注意防護(hù)和嚴(yán)格控制溫度不能用注塑法加工，一般常用冷壓燒結(jié)法成型。由于其優(yōu)異的特殊性能，在特定場合中應(yīng)用很廣泛，如制造人造血管、人工心肺。不粘鍋的“特氟隆〞涂層也是一種氟塑料。用于太陽能利用器件中的“泰氟龍〞透明薄膜對紫外光的抗老化性能極佳，且對太陽光的透過率可到達(dá)95%以上。2〕聚砜〔PSF〕聚砜的特點是機(jī)械強(qiáng)度高，可在沖擊強(qiáng)度大的環(huán)境中長期使用。故用于制造汽車護(hù)板、儀表板、風(fēng)扇罩等零部件和印刷電路板。其缺點是對酮等溶劑不穩(wěn)定，且成型溫度較高〔300-350℃〕。3〕有機(jī)玻璃〔PMMA〕有機(jī)玻璃是甲基丙烯酸甲酯的俗稱。它的透光性好，對太陽光的透過率達(dá)99%。其著色性也好，故可制成各種顏色的板材。其缺點是外表硬度不高，易擦傷變毛。另有372塑料，系甲基丙烯酸甲酯與苯乙烯的改性共聚物。在50℃時不變形，在-40℃時也不會凍裂，且沖擊強(qiáng)度高。372塑料有時也被人俗稱為有機(jī)玻璃，但實際上它與PMMA不完全相同。4〕環(huán)氧樹脂〔EP〕環(huán)氧樹脂的品種很多。其強(qiáng)度很高，有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和尺寸穩(wěn)定性。但價格貴，且毒性大〔某些樹脂和固化劑〕，故應(yīng)盡量不用。在電子電器工業(yè)中，多用于包裝和封裝。還可以用于制作塑料模具，在單件小批量生產(chǎn)中時有應(yīng)用。設(shè)計中，經(jīng)常用該材料制作模型。5〕有機(jī)硅塑料有機(jī)硅塑料的特點是耐寒耐熱，但強(qiáng)度低，本錢高。有機(jī)硅樹脂本身還用于合成橡膠中。在化裝品制造中也有應(yīng)用。在快速產(chǎn)品開發(fā)中可用作快速模具材料制作模具，與快速成型技術(shù)結(jié)合能將一個樣品翻制成十?dāng)?shù)件甚至更多的制品。纖維纖維分為天然纖維與合成纖維，天然纖維主要有纖維素等。合成纖維主要有滌綸〔確實良〕、錦綸〔尼龍〕、腈綸〔人造毛〕、維綸〔維尼綸〕、丙綸、氯綸、氟綸和芳綸等。合成纖維具有強(qiáng)度高、比重小、耐磨、不霉不腐等特點，設(shè)計中廣泛用來制作衣料、簾子布等，在交通運(yùn)輸?shù)确矫嬉矎V為應(yīng)用。合成纖維的性能與用途見表2。復(fù)合材料復(fù)合材料是指金屬與金屬、金屬與非金屬或非金屬與非金屬復(fù)合而成的多相體系，即但凡兩種或兩種以上不同化學(xué)性質(zhì)或不同組織結(jié)構(gòu)，以微觀或宏觀的形式組合而成的新材料，均可稱為復(fù)合材料。復(fù)合材料的興起是從1932年玻璃鋼問世開始。復(fù)合材料的性能指標(biāo)大大超過各組成材料性能指標(biāo)的總和，其特點是：比強(qiáng)度和比剛度高、抗疲勞性能好、減振能力強(qiáng)、高溫性能好、斷裂時的平安性高。復(fù)合材料還可以實行整體一次成型，從而可減少制品的零部件、緊固體和接頭的數(shù)目，材料的利用率也高。所以復(fù)合材料是工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域中前途十分廣闊的應(yīng)用材料，也是21世紀(jì)材料科學(xué)領(lǐng)域重點開展的材料之一。目前，在復(fù)合材料領(lǐng)域尤以纖維復(fù)合較多。在纖維復(fù)合材料中使用的纖維有陶瓷〔包括玻璃〕纖維、碳纖維、硼纖維和難熔金屬絲。復(fù)合材料的種類見表3隨著技術(shù)革新的浪潮的高漲，作為技術(shù)革新支柱的新材料正在飛速開展。設(shè)計師也在永無休止地尋求新功能的材料。其研究開發(fā)的課題主要有：功能材料及其應(yīng)用；金屬系列、塑料系列、無機(jī)物系列等材料的創(chuàng)新等。金屬系列—超硬合金、形狀記憶合金、纖維強(qiáng)化金屬復(fù)合材料、超導(dǎo)材料、無磁材料、超細(xì)金屬粉末、高溫合金、高耐蝕性合金、貯氫金屬、多孔金屬和隔音防震金屬等。塑料系列—工程塑料〔高功能樹脂—聚酰胺、聚碳酸酯、聚苯醚等〕、生物工程學(xué)的高分子材料、電子技術(shù)用高分子材料和功能薄膜材料等。無機(jī)物系列—高溫耐熱陶瓷、超硬陶瓷、超高硅光導(dǎo)纖維、高彈性碳素纖維、傳感器用材料、電子材料、耐熱透光材料〔氧化鋁〕、無機(jī)粘接材料、高溫潤滑材料和原子反響堆材料等?？傊鳛樵O(shè)計用材料，均應(yīng)具有一定物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)〔或組織〕、外表狀態(tài)、加工性能和耐久性等特點。設(shè)計師在研究材料性質(zhì)的同時，還應(yīng)對材料給人的感覺加以分析與研究。這些感覺主要包括：材料受光照后對視覺刺激所產(chǎn)生的外表肌理的視覺感覺；因觸覺而判別材料的厚度、硬度、光滑、粗糙、冷和暖等的觸覺感受；因聽覺的刺激而產(chǎn)生的質(zhì)地、質(zhì)量、形狀、厚薄等聯(lián)想所產(chǎn)生的聽覺感受；因材料的理化作用引起的生理感受進(jìn)而引起的心理反響的感受等。材料工業(yè)的開展對產(chǎn)品設(shè)計的影響材料工業(yè)日新月異的開展給產(chǎn)品設(shè)計帶來了無限的可開展空間，世界上千姿百態(tài)產(chǎn)品之所以具有現(xiàn)實的可能性，歸根結(jié)底有賴于新材料、新工藝的開展。工業(yè)化以后，材料技術(shù)的開展極其迅速。制造商出于降低造價擴(kuò)大市場以及爭取生產(chǎn)制造過程的有效性這兩方面的動機(jī)，竭力嘗試尋找新材料，而新材料的出現(xiàn)立刻向設(shè)計師提出了挑戰(zhàn)。步入20世紀(jì)，材料領(lǐng)域的開展空前高漲，在考慮新材料的廉價和有效性的同時，設(shè)計師開始考慮其美學(xué)上的可能性，以適應(yīng)新時代的要求。金屬系列在鋼中參加各種金屬那么制成合金，合金以一種嶄新的形式應(yīng)用于設(shè)計從而引發(fā)了一聲設(shè)計革命，其中鋼管椅應(yīng)運(yùn)而生。如圖7所示的是瓦西里椅子，1925年由現(xiàn)代設(shè)計大師、匈牙利人馬歇爾·布魯爾設(shè)計，并以蘇聯(lián)著名藝術(shù)家和包豪斯學(xué)院導(dǎo)師瓦西里·康定斯基的名字命名，這是鋼管與皮革組合的極佳樣板。如圖8所示的是兩款配胡桃木的椅子，假設(shè)沒有不銹鋼支柱的承托，就會變?yōu)閭鹘y(tǒng)的家具，而毫無新意。合金可制成各種用品，從煙灰缸、臺燈到；咖啡壺〔如圖9所示〕，各種品類和式樣使人們生活的世界充滿活力，多姿多彩。如圖10所示的是全不銹鋼的洗手盆，盆底采用彎曲的造型，配合流水，形成圓潤的美感。另一種影響設(shè)計和產(chǎn)品制造的金屬是鋁。19世紀(jì)以來，人們一直在尋找一種將鐵的強(qiáng)度與銅的傳導(dǎo)性相結(jié)合的金屬，而名恰恰具有這樣的特性。它耐腐蝕有較高的導(dǎo)熱，導(dǎo)電性能，可塑性強(qiáng)，對許多功能來說，都較理想。從鋁土礦中提煉純鋁的技術(shù)在19世紀(jì)末即有了。1894年，“英國鋁公司〞成立，標(biāo)志著現(xiàn)代鋁制品工業(yè)的開端。然而，以商業(yè)規(guī)模大量生產(chǎn)鋁制品，是到了20世紀(jì)20年代以后才成為可能。鋁在設(shè)計制造中的使用極為廣泛。圖11所示的是全新設(shè)計的空氣椅，榮獲由德國Hannover頒發(fā)的2002年度IF設(shè)計銀獎。其設(shè)計所標(biāo)榜的是有如氣體般輕盈的椅身，其中的奧秘是創(chuàng)新選用輕盈的鋁金屬，配以新型復(fù)合材料為材質(zhì)的椅背及坐墊，來到達(dá)降低產(chǎn)品重量的效果。鋁合金用于廚房器皿、家具，甚至還廣泛用于機(jī)動車制造上。鋁可以鑄、壓、旋，這些工藝最后導(dǎo)致一系列新的產(chǎn)品形式的出現(xiàn)。圖12所示的是荷蘭設(shè)計師理查·赫頓設(shè)計的椅子，選用鋁材，外形酷似蜂巢，有儲存的蓋子和循環(huán)式的外形。可儲存物品，這張椅子的成功設(shè)計源于一連串的選擇。圖13所示的是以純名制成的極具質(zhì)感的六面方體煙灰缸。設(shè)計師改變了刻板印象中的煙灰缸概念，其中可用以承載煙灰的一面完成其功能，而周圍的五個面所顯示的那么是它的概念性。運(yùn)用純鋁的材質(zhì)美，更好地闡述了設(shè)計師在平凡中尋求新意的設(shè)計理念。圖14所示的是由折曲鋁薄片制成的工具架，架子適合擺放電視影音器材，極具時代感。塑料系列

20世紀(jì)30年代塑料在改變產(chǎn)品面貌上起了極大的作用。自此幾十年，塑料占據(jù)了產(chǎn)品市場絕對重要的地位，甚至改變了人們對生活環(huán)境中許多產(chǎn)品的看法。塑料為合成材料的統(tǒng)稱，早在19世紀(jì)中葉，由于城市人口劇增，迫于制造業(yè)為自然材料短缺而產(chǎn)生的壓力，人們開始探討合成材料。最早研制成功的是1869年美國人創(chuàng)造的賽璐珞，獲專利；1897年，德國人又創(chuàng)造了酪蛋白；1909年，美籍比利時創(chuàng)造家貝克蘭第一次將他研制的一種褐色材料—膠木公之于世。膠木最先用于電插頭，不久又?jǐn)U展到，收音機(jī)外殼以及煙灰缸等。當(dāng)時，塑料進(jìn)入制造業(yè)的原因雖然道德是一次世界大戰(zhàn)期間自然資源短缺，但更主要的是塑料有助于通過機(jī)器切割代替手刻模子，在制造過程中降低造價。此外，塑料還有絕緣作用，可塑性很強(qiáng)又便于清潔，成為最適宜于生產(chǎn)群眾化商品的材料。新材料的開展總是兩路并行的，一方面制造商致力于如何使新材料降低造價，一方面設(shè)計師那么思索怎樣用這種新材料重新賦予產(chǎn)品新的式樣。1929年，美國著名工業(yè)設(shè)計師雷蒙德·洛威為美國吉斯特納的速印機(jī)重新設(shè)計了雅致的膠木外殼，使原來那架原始裸露的維多利亞機(jī)器大大改觀。塑料的可塑性及模壓技術(shù)的不斷進(jìn)步，導(dǎo)致了千姿百態(tài)的塑料產(chǎn)品的出現(xiàn)。新材料的出現(xiàn)必然影響設(shè)計師的設(shè)計思維方式，從而導(dǎo)致產(chǎn)品形態(tài)的革命，將傳統(tǒng)的產(chǎn)品，轉(zhuǎn)化為現(xiàn)代摩登設(shè)計的形式。著名鬼才設(shè)計師法國人菲利普·斯塔克設(shè)計的輕型家具，如圖15所示，運(yùn)用聚酯碳織纖維材質(zhì)，完全一體成型，外表極澄澈純潔，看似輕盈卻非常鞏固強(qiáng)韌，是21世紀(jì)材質(zhì)科技與新設(shè)計概念完美結(jié)合的范例。圖16所示的是以復(fù)合材料設(shè)計