《常用材料的認識》課件

常用材料的認識讓我們一起探索各種常見的材料，了解它們的特性和用途，為未來的設(shè)計和創(chuàng)作打下堅實的基礎(chǔ)。課程背景社會發(fā)展需求隨著科技進步和社會發(fā)展，對材料的需求越來越高，掌握材料的知識和技能對于現(xiàn)代人來說尤為重要。專業(yè)學習基礎(chǔ)了解常用材料的特性、應用和加工方法，是學習相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)，為今后深入研究和應用材料打下堅實基礎(chǔ)。日常生活應用日常生活中有許多材料的身影，例如房屋、家具、衣服、食物等，了解材料可以幫助我們更好地認識和使用這些物品。課程目標了解常見材料的種類、特性和應用領(lǐng)域掌握材料的加工方法和制造工藝學習材料選擇和性能評價的原則了解材料發(fā)展趨勢和前沿技術(shù)什么是材料?木材木材是一種天然材料，由樹木制成。它是一種可再生資源，具有強度高，重量輕，易加工等特點，廣泛用于建筑，家具，造紙等行業(yè)。金屬金屬是由一種或多種金屬元素組成的物質(zhì)。它通常具有良好的導電性和導熱性，強度高，可塑性強，易于加工等特點，廣泛用于制造各種機械，電子產(chǎn)品，建筑材料等。塑料塑料是由人工合成的有機高分子材料。它具有輕便，耐腐蝕，成本低等特點，廣泛用于制造各種日用品，包裝材料，電子產(chǎn)品等。陶瓷陶瓷是由無機非金屬材料制成的，它具有耐高溫，耐腐蝕，耐磨損等特點，廣泛用于制造各種器皿，建筑材料，電子元件等。材料是指構(gòu)成物體并具有特定物理和化學性質(zhì)的物質(zhì)。它們是我們?nèi)粘Ｉ钪袩o處不在的，從我們穿的衣服，住的房子，到使用的工具，都離不開材料。材料的常見分類按化學成分分類材料可以根據(jù)其化學成分進行分類，例如：金屬材料：如鋼鐵、鋁、銅等非金屬材料：如陶瓷、塑料、玻璃等復合材料：如玻璃鋼、碳纖維增強塑料等按物理性質(zhì)分類材料還可以根據(jù)其物理性質(zhì)進行分類，例如：固體材料：如木材、石頭、金屬等液體材料：如水、油、酒精等氣體材料：如空氣、氧氣、氮氣等按應用領(lǐng)域分類材料還可以根據(jù)其應用領(lǐng)域進行分類，例如：建筑材料：如水泥、鋼筋、磚塊等工業(yè)材料：如金屬合金、塑料、橡膠等電子材料：如硅、鍺、砷化鎵等金屬材料金屬材料是人類最早應用的材料之一，具有良好的導電性、導熱性、延展性和強度，在現(xiàn)代社會中被廣泛應用于各種領(lǐng)域，如建筑、制造、電子、航空航天等。金屬材料的特性1高強度和韌性金屬材料通常具有高強度和韌性，能夠承受較大的力而不易斷裂或變形。例如，鋼材的強度和韌性使其成為建筑和機械制造的理想材料。2良好的導電性和導熱性金屬材料是良好的導電體和導熱體，因此廣泛應用于電子設(shè)備、電力傳輸和熱交換器等領(lǐng)域。3可塑性金屬材料的可塑性使其易于加工成各種形狀，例如拉伸、彎曲、壓制等。這種特性使金屬材料成為制造各種產(chǎn)品的理想材料。4耐腐蝕性一些金屬材料具有良好的耐腐蝕性，能夠抵抗環(huán)境因素的影響，例如鋁和不銹鋼等。這些材料通常用于戶外結(jié)構(gòu)和設(shè)備。金屬材料的廣泛應用交通工具汽車、飛機、火車、輪船等交通工具的制造離不開各種金屬材料，如鋼鐵、鋁合金、鈦合金等。建筑工程鋼筋、鋼結(jié)構(gòu)、鋁合金門窗、銅管等廣泛應用于建筑工程，為建筑提供堅固、耐用、美觀的結(jié)構(gòu)。電子產(chǎn)品手機、電腦、家電等電子產(chǎn)品的制造需要使用大量的金屬材料，如銅、鋁、金、銀等。工具與機械各種工具、機械設(shè)備，如刀具、剪刀、機器零件等，都需要金屬材料來保證其強度、耐磨性和使用壽命。常見金屬材料鋼鐵鋼鐵是最常用的金屬材料之一，具有強度高、韌性好、價格低廉等優(yōu)點，廣泛應用于建筑、機械、交通運輸?shù)阮I(lǐng)域。例如，鋼筋混凝土、汽車車身、橋梁等。鋁鋁是輕金屬，具有重量輕、導電導熱性好、耐腐蝕性強等優(yōu)點，廣泛應用于航空航天、建筑、電子等領(lǐng)域。例如，飛機機身、鋁合金門窗、手機外殼等。銅銅是優(yōu)良的導電導熱材料，具有延展性好、耐腐蝕性強等優(yōu)點，廣泛應用于電力、電子、建筑等領(lǐng)域。例如，電線電纜、銅管、銅合金等。鈦鈦是耐高溫、耐腐蝕、強度高的金屬材料，廣泛應用于航空航天、醫(yī)療器械、化學工業(yè)等領(lǐng)域。例如，飛機發(fā)動機、人工關(guān)節(jié)、鈦合金螺絲等。金屬材料的加工方法1鑄造將熔化的金屬澆入模具中，冷卻凝固成型2鍛造利用錘擊或壓力使金屬變形3切削加工利用刀具切削金屬，改變其形狀和尺寸4焊接利用高溫將金屬熔化，連接在一起5表面處理改變金屬表面性質(zhì)，如鍍層、噴涂等金屬材料的加工方法多種多樣，不同的加工方法適用于不同的金屬材料和產(chǎn)品。通過合理選擇加工方法，可以有效提高金屬材料的性能和使用壽命。陶瓷材料陶瓷材料是無機非金屬材料，通常由金屬和非金屬元素組成。陶瓷材料具有高硬度、高耐熱性、耐腐蝕性等優(yōu)良特性，廣泛應用于各個領(lǐng)域。陶瓷材料的特性耐高溫陶瓷材料具有很高的熔點，可以承受高溫環(huán)境，在高溫下仍能保持其結(jié)構(gòu)和性能，因此廣泛應用于高溫部件，如爐具、耐火材料等。耐腐蝕陶瓷材料對大多數(shù)化學物質(zhì)具有良好的耐腐蝕性，不會被酸、堿、鹽等化學物質(zhì)腐蝕，因此常用于化學反應容器、管道等。硬度高陶瓷材料的硬度很高，僅次于金剛石，具有良好的耐磨損性能，因此常用于刀具、軸承等需要高硬度的部件。絕緣性能好陶瓷材料是良好的電絕緣體，不會導電，因此常用于電器元件、絕緣材料等。陶瓷材料的應用領(lǐng)域建筑領(lǐng)域陶瓷材料作為建筑材料，具有耐高溫、耐腐蝕、耐磨損、絕緣性能好等特點，被廣泛應用于建筑外墻、屋頂、地板、墻面等部位，例如瓷磚、地磚、陶瓷管等。電子工業(yè)隨著電子技術(shù)的發(fā)展，陶瓷材料的應用越來越廣泛。例如，在集成電路、半導體、傳感器、電子元件等領(lǐng)域，陶瓷材料發(fā)揮著重要的作用。機械制造在機械制造領(lǐng)域，陶瓷材料具有高硬度、耐磨損、耐高溫等特點，被應用于各種機械部件，例如刀具、軸承、陶瓷發(fā)動機部件等。航空航天陶瓷材料在航空航天領(lǐng)域也有著重要的應用，例如，制造火箭發(fā)動機噴嘴、衛(wèi)星天線、高溫耐磨部件等。常見陶瓷材料日用陶瓷碗、盤、杯子、茶壺等，以其美觀、實用和易于清潔的特點而聞名，常用于日常生活。建筑陶瓷磚、瓦、地磚、墻磚等，在建筑行業(yè)中發(fā)揮著重要作用，為建筑物提供結(jié)構(gòu)支撐、保溫隔熱和裝飾美觀等功能。工業(yè)陶瓷耐高溫、耐腐蝕的陶瓷材料，應用于各種工業(yè)領(lǐng)域，例如高溫爐襯、機械零件和電子元件等。特種陶瓷具有特殊功能的陶瓷材料，例如生物陶瓷、光學陶瓷和電子陶瓷等，應用于生物醫(yī)學、光學儀器和電子器件等領(lǐng)域。陶瓷材料的制造工藝原料準備陶瓷材料的制造首先需要對原料進行處理。這包括粉碎、混合、篩分等步驟，以確保原料的均勻性和細致度。成型將處理好的原料制成所需的形狀，常用的成型方法包括壓制成型、注漿成型、擠出成型等，根據(jù)陶瓷產(chǎn)品的形狀和尺寸選擇合適的成型方法。干燥成型后的坯體需要經(jīng)過干燥處理，去除水分，以防止在燒制過程中出現(xiàn)裂紋或變形。干燥通常在烘干爐中進行，干燥時間和溫度根據(jù)坯體的尺寸和材料而有所不同。燒制燒制是陶瓷制造工藝中最關(guān)鍵的步驟，通過高溫加熱，使原料中的礦物質(zhì)發(fā)生化學反應，形成堅固的陶瓷產(chǎn)品。燒制溫度和時間根據(jù)陶瓷材料的種類和性能而有所不同。冷卻燒制完成后，需要緩慢冷卻陶瓷產(chǎn)品，以防止因溫度變化過快而產(chǎn)生內(nèi)應力，導致陶瓷產(chǎn)品開裂。冷卻時間和速度根據(jù)陶瓷產(chǎn)品的尺寸和材料而有所不同。表面處理根據(jù)陶瓷產(chǎn)品的用途和要求，可以進行表面處理，例如拋光、釉面、彩繪等，以改善陶瓷產(chǎn)品的表面光潔度、顏色、圖案等。高分子材料高分子材料是由許多小分子（單體）通過化學鍵連接而成的長鏈狀大分子，又稱聚合物。它們具有獨特的性質(zhì)，使其廣泛應用于現(xiàn)代工業(yè)和生活中。高分子材料的特點高分子材料的特點高分子材料是由許多小分子通過化學鍵連接而成的巨大分子，因此它們的分子量很大，通常在幾千到幾百萬之間。高分子材料的結(jié)構(gòu)復雜多樣，可以根據(jù)不同的應用需求設(shè)計合成出具有不同性能的材料。高分子材料的性能往往與它們的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，例如，聚乙烯的熔點比聚丙烯低，這是由于聚乙烯的分子鏈更短，鍵合力更弱。高分子材料的特點高分子材料通常具有優(yōu)異的機械性能，例如，橡膠具有很高的彈性和耐磨性，而尼龍具有很高的強度和韌性。高分子材料的加工性能良好，可以制成各種形狀的制品，例如，塑料制品可以采用注塑、擠出等方法成型。高分子材料的應用范圍十分廣泛，例如，塑料用于制造各種日用品，橡膠用于制造輪胎、密封件，纖維用于制造服裝、地毯。高分子材料的應用日常用品塑料、橡膠、纖維等廣泛應用于各種日常用品，如餐具、玩具、衣服、鞋子等，為人們的生活帶來了便利。工業(yè)領(lǐng)域高分子材料在工業(yè)領(lǐng)域也有著廣泛的應用，如汽車制造、電子設(shè)備、建筑材料等，其優(yōu)異的性能為現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展做出了重要貢獻。生物醫(yī)學近年來，高分子材料在生物醫(yī)學領(lǐng)域取得了重大進展，例如人工器官、藥物緩釋、組織工程等，為人類健康提供了新的解決方案。常見高分子材料聚乙烯(PE)：廣泛應用于包裝、薄膜、塑料制品等。聚丙烯(PP)：常用作容器、纖維、塑料制品等。聚氯乙烯(PVC)：用于管道、地板、人造革等。聚苯乙烯(PS)：常制成泡沫塑料、一次性餐具等。高分子材料的加工方法1成型加工高分子材料的成型加工主要包括擠出成型、注塑成型、吹塑成型、壓塑成型等方法，這些方法利用高分子材料在一定溫度和壓力下具有流動性的特點，將材料塑造成各種形狀的制品。2熱處理加工熱處理加工是指利用熱能改變高分子材料的結(jié)構(gòu)和性能，以獲得所需的性能。常用的熱處理方法包括退火、淬火、回火等，可以提高材料的強度、韌性、耐熱性和耐腐蝕性等。3表面處理加工表面處理加工是指對高分子材料表面進行處理，以改善其表面性能。常用的表面處理方法包括涂層、鍍層、噴涂等，可以提高材料的耐磨性、耐腐蝕性、抗靜電性等。復合材料復合材料是指由兩種或多種不同性質(zhì)的材料組合而成，并通過一定的工藝方法使其相互結(jié)合，形成具有優(yōu)異性能的新型材料。復合材料通常由基體材料和增強材料組成。基體材料起著將增強材料連接在一起的作用，而增強材料則提供其強度、剛度、耐熱性、耐腐蝕性等性能。復合材料的定義定義復合材料，也稱為增強材料，是由兩種或多種不同性質(zhì)的材料組合而成的材料。其中一種材料稱為基體材料，通常是連續(xù)相，起連接作用，另一種材料稱為增強材料，通常是分散相，起增強作用。復合材料結(jié)合了兩種材料的優(yōu)點，能夠?qū)崿F(xiàn)單一材料無法達成的性能。特點復合材料具有以下特點：高強度和剛度輕質(zhì)耐腐蝕耐高溫可設(shè)計性強復合材料的優(yōu)勢高強度和高剛度復合材料通常比金屬材料更輕，但強度和剛度卻更高，這使得它們在航空航天、汽車和建筑等領(lǐng)域得到廣泛應用。例如，碳纖維復合材料被用于制造飛機機身和汽車車身，以減輕重量并提高燃油效率。良好的耐腐蝕性許多復合材料具有良好的耐腐蝕性，能夠抵抗酸、堿、鹽等化學物質(zhì)的侵蝕，這使得它們在化工、海洋和石油開采等行業(yè)具有重要價值。例如，玻璃纖維增強塑料（FRP）常被用于制造化工設(shè)備、船舶和管道。優(yōu)異的耐熱性和耐高溫性一些復合材料，例如陶瓷基復合材料，具有極高的耐熱性和耐高溫性，能夠在高溫環(huán)境下保持良好的性能，這使得它們在航空航天、能源和高溫工業(yè)等領(lǐng)域有著重要的應用。例如，陶瓷基復合材料被用于制造高溫燃燒室、熱防護層和高溫部件。可設(shè)計性強復合材料的材料組成和結(jié)構(gòu)可以根據(jù)應用需求進行設(shè)計，以滿足不同的性能要求。例如，可以通過改變纖維類型、排列方式和樹脂類型來調(diào)整復合材料的強度、剛度、耐腐蝕性和耐高溫性。常見復合材料玻璃纖維增強塑料(FRP)玻璃纖維增強塑料(FRP)是一種以玻璃纖維為增強材料，以合成樹脂為基體材料制成的復合材料，具有強度高、重量輕、耐腐蝕、耐熱等優(yōu)良特性，廣泛應用于建筑、汽車、航空航天、船舶等領(lǐng)域。碳纖維增強塑料(CFRP)碳纖維增強塑料(CFRP)是一種以碳纖維為增強材料，以樹脂為基體材料制成的復合材料，具有強度高、重量輕、耐高溫、耐疲勞等優(yōu)良性能，廣泛應用于航空航天、汽車、運動器材等領(lǐng)域。樹脂基復合材料樹脂基復合材料是以樹脂為基體材料，以玻璃纖維、碳纖維、天然纖維等為增強材料制成的復合材料，具有強度高、重量輕、耐腐蝕、加工性能好等優(yōu)點，廣泛應用于建筑、汽車、船舶、航空航天等領(lǐng)域。復合材料的制造技術(shù)1手糊成型最傳統(tǒng)的工藝，成本低，但效率低2真空灌注提高材料利用率，減少缺陷3RTM可控制材料流動，改善性能4壓力釜成型生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品性能穩(wěn)定復合材料的制造技術(shù)不斷發(fā)展，從手糊成型到真空灌注，再到RTM和壓力釜成型，工藝不斷優(yōu)化，產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高。新型材料新型材料是指具有傳統(tǒng)材料無法比擬的優(yōu)異性能，并在新的領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊應用前景的材料。它們通常具備以下特點：-性能優(yōu)越：強度高、耐高溫、耐腐蝕、導電性能好等-應用領(lǐng)域廣：航空航天、生物醫(yī)學、能源、電子等-可持續(xù)性強：可再生、可降解、環(huán)保納米材料1定義納米材料是指尺寸在納米尺度（1-100納米）范圍內(nèi)的材料。在納米尺度下，物質(zhì)的物理、化學性質(zhì)會發(fā)生顯著變化，表現(xiàn)出許多傳統(tǒng)材料所不具備的新性質(zhì)。2特性納米材料具有高表面積、量子效應、尺寸效應等特性，使其在力學、光學、電學、熱學、磁學等方面表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。3應用納米材料在各個領(lǐng)域都有廣泛的應用，例如納米電子學、納米醫(yī)藥、納米能源、納米催化、納米涂料等。智能材料形狀記憶合金形狀記憶合金能夠在一定溫度下恢復到預先設(shè)定的形狀，并能夠承受一定程度的變形。其廣泛應用于航空航天、醫(yī)療器械、建筑等領(lǐng)域。光敏材料光敏材料對光的響應非常敏感，能夠根據(jù)光照強度的變化改變自身的性質(zhì)，例如透明度或顏色。光敏材料應用于光學器件、傳感器等領(lǐng)域。電致變色材料電致變色材料能夠在電場的作用下改變自身的顏色或透明度，應用于可調(diào)光窗戶、防眩光鏡片、電子顯示器等。生物材料生物材料是指源自生物體或通過生物工程技術(shù)制備的具有生物活性的材料。這些材料能夠與生物系統(tǒng)相互作用，并能被生物體識別、吸收、降解或整合。生物材料的應用范圍廣泛，包括醫(yī)療器械、組織工程、藥物遞送、生物傳感器等。它們可以用于修復組織損傷、替代器官、診斷疾病、治療疾病等。生物材料的研究和應用具有重要的意義。它們可以為人類健康、環(huán)境保護、生物制造等領(lǐng)域帶來巨大的益處，是未來材料科學發(fā)展的重要方向。材料的選擇原則性能需求首先要考慮材料的性能是否滿足設(shè)計要求，例如強度、硬度、耐腐蝕性、耐熱性等。根據(jù)不同的應用場景，選擇合適的材料才能保證產(chǎn)品的功能和可靠性。成本控制成本是材料選擇的重要考量因素。不同的材料價格差異很大，需要根據(jù)項目的預算選擇性價比最高的材料。同時，還要考慮材料的加工成本和運輸成本等?？杉庸ば圆牧系目杉庸ば允侵覆牧弦子诩庸こ伤栊螤畹某潭?。選擇可加工性好的材料，可以提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。環(huán)保要求隨著環(huán)保意識的提高，材料的選擇也要考慮環(huán)保因素。要選擇對環(huán)境污染小的材料，例如可回收材料、可生物降解材料等。材料的性能評價力學性能材料在力學載荷作用下的性能，包括強度、硬度、韌性、疲勞強度等。物理性能材料在物理條件下的性能，包括密度、熔點、沸點、導熱系數(shù)、導電系數(shù)等?；瘜W性能材料在化學環(huán)境下的性能，包括耐腐蝕性、耐氧化性、耐酸堿性等。加工性能材料在加工過程中的性能，包括可塑性、可焊性、可切削性等。材料的性能測試方法1力學性能測試拉伸強度、抗壓強度、硬度、韌性等2物理性能測試密度、熔點、導熱系數(shù)、導電率等3化學性能測試耐腐蝕性、耐酸堿性、燃燒性能等4其他性能測試加工性能、耐磨性、透光性、吸水率等材料的性能測試是評估材料性能的關(guān)鍵步驟，通過一系列科學方法，可以全面了解材料的特性，為產(chǎn)品設(shè)計、工藝選擇和質(zhì)量控制提供可靠依據(jù)。材料的成本分析材料成本分析對于產(chǎn)品設(shè)計和生產(chǎn)決策至關(guān)重要，它能幫助我們了解不同材料的成本差異，并制定合理的材料選用策略。1原材料成本包括采購原材料的價格，以及運輸、倉儲等相關(guān)費用。2加工成本指將原材料加工成最終產(chǎn)品的費用，包括人工成本、設(shè)備折舊、能源消耗等。3管理成本包括產(chǎn)品設(shè)計、質(zhì)量控制、生產(chǎn)管理等方面的費用。4損耗成本指生產(chǎn)過程中不可避免的材料損耗和廢品損失。通過對材料成本進行細致分析，我們可以有效控制生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品競爭力。材料的環(huán)保問題資源枯竭隨著工業(yè)的發(fā)展和人口的增長，對原材料的需求不斷增加，導致一