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第六章第二節
材料的性能與規劃
任務一 探究材料的性能與應用
任務二 選擇和規劃材料
材料存在的問題
木材發霉、開裂；金屬生銹；塑料制品老化褪色……
01
探究材料的性能與應用
材料是人類用于制成生活和生產中的物品、器件、構件、機器和其他產品的物質，它是人類生存和發展的物質基礎，是人類社會現代文明的重要支柱。
定義？
材料是產品設計的物質條件，是產品設計的基礎和前提。材料以其自身的特性影響著產品設計，維持產品功能的形態，滿足產品功能的要求。
作用？
炊具的發展歷史
炊具產生自原始社會，新石器時代的炊具以石制、陶制品為主。到了我國奴隸制時期，炊具產生了較大的革新，輕薄精巧的青銅炊具登上了烹飪舞臺。青銅不僅利于傳熱，還提高了烹飪工效和菜品質量。春秋戰國時期鐵質炊具開始嶄露頭角，鐵具有良好的導熱性和硬度，使其比青銅炊具更先進。隋唐以后隨著制瓷技術的發展，瓷質材料也逐漸應用到炊具制造中。到了近現代，各種材料的炊具琳瑯滿目，鋁合金、不銹鋼等各種合金甚至一些性能優異的高分子材料成為炊具制作的主要材料。
結合炊具的發展歷史，談一談材料在產品設計中的重要性。
討 論
通過炊具發展史，我們可以發現：從原始社會到現代社會，炊具經歷了石制品、陶制品、青銅器具、鐵具、瓷器以及鋁合金制品、不銹鋼制品等，在不同的歷史時期，所選用材料的性能特點不同，制造出的炊具就具有不同的形態和功能。材料的合理選擇對于產品設計具有重大影響。
在工程領域中，一般將材料按化學成分分為以下幾種。常見的材料有：木材、金屬材料、塑料等。
1、木 材
木材質輕，有天然的色澤和美麗的花紋，具有易于加工和涂飾，隔熱與絕緣的特點，由天然木材制成的作品，紋理美觀，自然淳樸。
木材能夠廣泛應用的原因之一，是其具有較好的強度性能及優良的加工性能。材料的強度是指材料抵抗變形和斷裂的能力。
根據受力種類的不同，分為抗壓、抗拉、抗彎、抗剪等。
技術試驗（p134）
若選用其中一種材料作為臺燈的支撐桿，還需要做哪些性能試驗？
松木木質軟，易開裂變形，含水率高也容易導致開裂。日曬容易變色。
松木
天然香味對人體有益處。木質不緊密，材質比較松，容易變形和開裂。不能碰撞，高溫易變性。
杉木
經過干燥的桐木，不易吸收水分和潮氣，具有高度的保存性。燃點高425度，最輕的木材之一。
桐木
可根據需要加工成各種彎曲狀，橡木密度大，質地堅硬，水分不容易抽干，所以橡木家具在使用過程中比橡膠木家具更容易開裂。
橡木
幾種木材的對比
炭化木是經過表面炭化或是深度處理的木材，表面炭化，炭字下是火，顧名思義，必須滿
足無水、無氧、高溫、高壓的條件，控制炭化過程，必須有保護介質。
炭化木分為兩種一種是深度炭化木、表面炭化木。
優點：安全耐久，防腐防蟲，有較好的物理性能。深度碳化木不含任何有害物質，提高
了木材的使用壽命，還具有活性炭功能。
防腐木，是將普通木材經過人工添加化學防腐劑之后，使其具有防腐蝕、防潮、防真菌、防蟲
蟻、防霉變以及防水等特性。
深度碳化木
表面碳化木
防腐木
木材可分為實木板材和人造板材。實木板材是指采用完整的木材（原木）制成的木板材。實木材料具有各向異性的特點，在自然條件下具有吸濕而膨脹，解吸而收縮的特性。木材暴露在空氣中時，容易受溫度和濕度的影響，發生尺寸、形狀和強度的變化，導致變形、開裂、扭曲和翹曲等現象。
各向異性：是指物體的全部或部分性能隨方向的不同而各自表現出一定
的差異的特性，即在不同的方向所測得的性能數值不同。
思維碰撞（p135）
木材的自然屬性決定了實木會受到環境濕度的影響而產生形狀上的變化，因此溫、濕度變化較大的環境不適合用實木，如戶外、過于潮濕或干燥的環境等。
哪些環境條件下不適合用實木？
01
實木地板開裂、翹曲，實木家具變形、扭曲。
日常生活中，實木制品的哪些現象可以用各向異性的特點來解釋？
02
人造板材有密度板，刨花板，膠合板，細木工板，三聚氫氨板等人造板材，再把負方向上的尺寸穩定性好。軟石墨而言，適用范圍更廣。
刨花板
膠合板
細木工板
三聚氰胺板
金屬材料是指純金屬或合金合成的材料，具有金屬光澤，有良好的導熱性和導電性能，以及優良的力學性能和可加工性能。在現代工業社會，金屬材料已成為現代產品設計中的一大主流材料。
2、金屬材料
金屬材料的力學性能主要是包括強度，剛度，硬度等。一般以抗拉強度作為判別金屬強度的指標。
特 點
性 能
因為不同材質金屬絲的硬度不同
為什么用鋼絲鉗剪斷粗細相同的不同材質的金屬絲所用的力不同？
01
因為鋼絲鉗的硬度比鐵絲更高
為什么用鋼絲鉗可以剪斷鐵絲而鋼絲鉗的刃口卻沒有受到磨損？
02
1、除了機床刀具外，還有哪些環境條件下需要用到硬度較高的金屬材料？
要用到具備耐磨、耐腐蝕、持久耐用等特點的用具的環境，如要用到劃針、樣沖、玻璃刀、鋼鋸鉆頭等的使用環境。
2、是不是硬度越大的材料越堅固？
不是。硬度大是指金屬材料抵抗更硬的物體壓入其內的能力強，而材料堅固一般指金屬材料在外力作用下抵抗塑性變形和斷裂的能力強，即材料的強度高，二者有區別。
討 論
鋁合金
有良好鑄造性能和塑性加工性能，良好耐蝕性和可焊性，可作結構材料使用
黃銅
有較強耐磨性，常被用于制造閥門、水管、空調內外機連接管和散熱器等
鑄鐵
強度硬度耐磨抗震耐腐等.
不銹鋼
不銹鋼的硬度要高于鋁合金。具有焊接性、耐腐蝕性、耐熱性能、耐腐蝕性等特性。
特 點
塑料是一種具有多種特性的材。它原料來源廣，性能優良（質輕、具有絕緣性，耐腐蝕性等），加工成型方便，具有裝飾性，而且價格比較低廉。
塑料可分為熱塑型塑料和熱固性塑料
熱塑型塑料是指在一定溫度范圍內，能反復加熱軟化至熔融流動，冷卻后能硬化成一定形狀的塑料。受熱后可多次成型，廢料可回收再利用。
熱固型塑料是指在初次成型后形狀固定，固化下來不能再次熱融化軟化的塑料。適合在在耐熱，耐磨，絕緣，耐高壓等惡劣環境中使用。
3、塑 料
特 點
特 點
4、新材料
新材料是指新出現的具有優異性能或特殊功能的材料，或是傳統材料改進后性能明顯提高或產生新功能的材料，如超導材料，碳纖維，石墨烯，柔性玻璃，形狀記憶合金等。
高強度、韌性（可以彎曲）、熱傳導、導電、透光。
耐高溫、抗摩擦、導電、導熱及耐腐蝕。
石墨烯
碳纖維
非常柔韌，可彎曲。
氧化鎳超導體
柔性玻璃
超導即無損耗地傳輸電流的能力。
應 用
性 能
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