造型材料及工藝-其他非金屬材料

1、第六章 其他非金屬材料一、復合材料概述 復合材料是由兩種或兩種以上不同性質的材料，通過物理或化學的方法，在宏觀上組成具有新性能的材料。 1、復合材料的組成 復合材料的基體材料分為金屬和非金屬兩大類。金屬基體常用的有鋁、鎂、銅、鈦及其合金。非金屬基體主要有合成樹脂、橡膠、陶瓷、石墨、碳等。增強材料主要有玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維、石棉纖維、晶須、金屬絲和硬質細粒等。 第一節(jié) 高分子復合材料2、復合材料的特點：（纖維增強材料為例）a、比重小、比強度和比模量大b、良好的抗疲勞性c、良好的耐磨性 減摩、耐磨、自潤滑 d、高溫性能好 碳纖維和碳化硅增強的鋁基復合，在500時仍能保持足

2、夠的強度和模量。 碳化硅纖維與鈦復合，不但耐熱，且耐磨損，可用作渦輪發(fā)動機風扇葉片。 碳化硅纖維與陶瓷復合，使用溫度可達1500。合金渦輪葉片（1100）。 e、獨特的成型工藝性能還具有優(yōu)良的化學穩(wěn)定性、耐蠕變、消聲、電絕緣等性能。其缺點是各向異性，多為手工操作，質量不穩(wěn)。選材參考教材的p75 二、常見的纖維增強塑料 纖維強化塑料，一般指用玻璃纖維增強不飽和聚脂、環(huán)氧樹脂與酚醛樹脂基體。以玻璃纖維或其制品作增強材料的增強塑料，稱謂為玻璃纖維增強塑料，或稱謂玻璃鋼。由于所使用的樹脂品種不同，因此有聚酯玻璃鋼、環(huán)氧玻璃鋼、酚醛玻璃鋼之稱。 質輕而硬，不導電，機械強度高，回收利用少，耐腐蝕?？梢源?/p>

3、鋼材制造機器零件和汽車、船舶外殼等。隨著我國玻璃鋼事業(yè)的發(fā)展，作為塑料基的增強材料，已由玻璃纖維擴大到碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、氧化鋁纖維和碳化硅纖維等，這些新型纖維制成的增強塑料，是一些高性能的纖維增強復合材料，再用玻璃鋼這個俗稱就無法概括了?？紤]到歷史的由來和發(fā)展，通常采用玻璃鋼復合材料，這樣一個名稱就較全面了。在飛機上機翼尖、翼尾、起落架支柱、直升機旋翼均使用了碳纖維和硼纖維復合材料。 碳纖維是由有機纖維經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維的微觀結構類似人造石墨，是亂層石墨結構。 碳纖維是一種力學性能優(yōu)異的新材料，它的比重不到鋼的1/4，碳纖維樹脂復合材料抗拉強度一般都在350

4、0Mpa以上，是鋼的79倍，抗拉彈性模量為2300043000Mpa亦高于鋼。因此CFRP的比強度即材料的強度與其密度之比可達到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3鋼的比強度僅為59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比鋼高。材料的比強度愈高，則構件自重愈小，比模量愈高，則構件的剛度愈大，從這個意義上已預示了碳纖維在工程的廣闊應用前景。碳纖維復合材料制品包括自行車、弓箭、滑雪板、滑雪杖、高爾夫桿、掌桿跳桿、標槍、網(wǎng)球拍、羽毛球拍、賽艇等 硼纖維是一種新增強劑，硼的熔點和硬度都很高，硼化物被稱為人造金剛石。硼纖維是以直徑1013微米的鎢絲為芯，在高溫下沉積一層硼后制成的，直徑達到1002

5、00微米。硼纖維的強度是玻璃纖維的五倍。新型的硼硅克（Borsic）和氮硼爾（Nitboral）是改性硼纖維，在硼上積有一層碳化硅氮化硼，能經(jīng)受更高的溫度。芳綸纖維芳綸纖維是一種有機合成的纖維，具有高強度、高彈性模量、韌性、熱穩(wěn)定性和不導電等特性，芳綸纖維最早應用于國防軍事、航空航天領域，現(xiàn)在在土木工程建設、加固等領域得到越來越廣泛的應用。 碳化硅纖維 以有機硅化合物為原料經(jīng)紡絲、碳化或氣相沉積而制得具有-碳化硅結構的無機纖維,屬陶瓷纖維類。碳化硅纖維的最高使用溫度達1200，其耐熱性和耐氧化性均優(yōu)于碳纖維，強度達 19604410MPa，在最高使用溫度下強度保持率在 80以上，模量為176.

6、4294GPa，化學穩(wěn)定性也好。 碳化硅纖維主要用作耐高溫材料和增強材料，耐高溫材料包括熱屏蔽材料、耐高溫輸送帶、過濾高溫氣體或熔融金屬的濾布等。用做增強材料時，常與碳纖維或玻璃纖維合用，以增強金屬（如鋁）和陶瓷為主，如做成噴氣式飛機的剎車片、發(fā)動機葉片、著陸齒輪箱和機身結構材料等，還可用做體育用品，其短切纖維則可用做高溫爐材等。 第二節(jié)玻璃鋼制品生產工藝設計-原型（制作陽模）-翻制陰模-刷脫模劑-調制環(huán)氧樹脂液-剪裁玻璃纖維布-刷涂粘貼-切割成形產品-脫模-修補打磨（加工）-涂裝-組裝玻璃鋼管道加工流程玻璃鋼管道加工流程手糊玻璃鋼生產工藝流程手糊玻璃鋼生產工藝流程（1）生產準備）生產準備場地

7、 手糊成型工作場地的大小，要根據(jù)產品大小和日產量決定，場地要求清潔、干燥、通風良好，空氣溫度應保持在1535之間，后加工整修段，要設有抽風除塵和噴水裝置。 模具準備 準備工作包括清理、組裝及涂脫模劑等。樹脂膠液配制 配制時，要注意兩個問題：防止膠液中混入氣泡；配膠量不能過多，每次配量要保證在樹脂凝膠前用完。增強材料準備 增強材料的種類和規(guī)格按設計要求選擇。（2）糊制與固化）糊制與固化鋪層糊制 手工鋪層糊制分濕法和干法兩種：干法鋪層 用預浸布為原料，先將預浸料（布）按樣板裁剪成壞料，鋪層時加熱軟化，然后再一層一層地緊貼在模具上，并注意排除層間氣泡，使密實。濕法鋪層 直接在模具上將增強材料浸膠，一

8、層一層地緊貼在模具上，扣除氣泡，使之密實。一般手糊工藝多用濕法鋪層。手糊工具 手糊工具對保證產品質量影響很大。有羊毛輥、豬鬃輥、螺旋輥及電鋸、電鉆、打磨拋光機等。固化 制品固化分硬化和熟化兩個階段：從凝膠到三角化一般要24h，此時固化度達50%70%（巴柯爾硬性度為15），可以脫模，脫后在自然環(huán)境條件下固化12周才能使制品具有力學強度，稱熟化，其固化度達85%以上。加熱可促進熟化過程，對聚酯玻璃鋼，80加熱3h，對環(huán)氧玻璃鋼，后固化溫度可控制在150以內。加熱固化方法很多，中小型制品可在固化爐內加熱固化，大型制品可采用模內加熱或紅外線加熱。（3）脫模和修整）脫模和修整脫模 脫模要保證制品不受損

9、傷。脫模方法有： 頂出脫模 在模具上預埋頂出裝置，將制品頂出。 壓力脫模 模具上留有壓縮空氣或水入口，脫模時將壓縮空氣或水壓入模具和制品之間，同時用木錘和橡膠錘敲打，使制品和模具分離。 大型制品（如船）脫模 可借助千斤頂、吊車和硬木楔等工具。 復雜制品 可采用手工脫模方法 先在模具上糊制二三層玻璃鋼，待其固化后從模具上剝離，然后再放在模具上繼續(xù)糊制到設計厚度，固化后很容易從模具上脫下來。修整 修整分兩種：一種是尺寸修整，另一種缺陷修補。尺寸修整 成型后的制品，按設計尺寸切去超出多余部分；缺陷修補 包括穿孔修補，氣泡、裂縫修補，破孔補強等。第三節(jié) 陶瓷制品及生產工藝一、陶瓷的概念陶瓷是陶器和瓷器

10、的總稱。陶器是黏土燒制而成，中國人早在約公元前80002000年（新石器時代）就發(fā)明了陶器。 瓷器是一種用瓷石、高嶺土等原材料，通過在窯內經(jīng)過高溫（約1280-1400）燒制而成，外表施有釉或彩繪的物器。瓷器表面的釉色會因為溫度的不同從而發(fā)生各種化學變化。 二、陶瓷的分類：（陶器、炻器、瓷器）詳見教材的p80炻器是介于陶器和瓷器之間的一種陶瓷制品，如水缸等，質地致密堅硬，跟瓷器相似，多為棕色、黃褐色或灰藍色。 新型陶瓷制品三、陶瓷的性質1、光學性質 （白度、透光度、光澤度） 陶瓷材質質感的基礎2、力學性質 硬而脆。 氧化鋯陶瓷的高韌性、高強度3、熱穩(wěn)定性 承受外界溫度急劇變化而不破損的能力。4

11、、化學性質耐酸不耐堿。5、氣孔率與吸水率 陶瓷的氣孔率是鑒別與區(qū)分各類陶瓷的重要標志。日用陶瓷吸水率低0.5%炻器吸水率低于2%陶器吸水率4%-5%四、陶瓷制品1、日用陶瓷2、建筑陶瓷3、電瓷4、化工陶瓷5、電子陶瓷6、高溫陶瓷7、光學陶瓷五、陶瓷制品生產工藝1、日用陶瓷原料混合-制坯-晾干-上釉-燒結-清理-產品包裝2、衛(wèi)生陶瓷 模具制造-制漿-灌注-硬化-分模-晾干-燒結-檢驗-包裝3、建筑陶瓷 模具制造-制泥-壓制-分模-晾干-燒結-檢驗-包裝陶瓷工藝流程陶瓷工藝流程一、一、淘泥淘泥 高嶺土是燒制瓷器的最佳原料，千百年來，多少精品陶瓷都是從這些不起眼的瓷土演變而來，制瓷的第一道工序：淘泥

12、，就是把瓷土淘成可用的瓷泥。 二、二、摞泥摞泥 淘好的瓷泥并不能立即使用，要將其分割開來，摞成柱狀，以便于儲存和拉坯用。 三、三、拉坯拉坯 將摞好的瓷泥放入大轉盤內，通過旋轉轉盤，用手和拉坯工具，將瓷泥拉成瓷坯。 四、四、印坯印坯 拉好的瓷坯只是一個雛形，還需要根據(jù)要做的形狀選取不同的印模將瓷坯印成各種不同的形狀。 五、五、修坯修坯 剛印好的毛坯厚薄不均，需要通過修坯這一工序將印好的坯修刮整齊和勻稱。 六、六、捺水捺水 捺水是一道必不可少的工序，即用清水洗去坯上的塵土，為接下來的畫坯、上釉等工序做好準備工作。 七、七、畫坯畫坯 在坯上作畫是陶瓷藝術的一大特色，畫坯有好多種，有寫意的、有貼好畫紙

13、勾畫的，無論怎樣畫坯都是陶瓷工序的點睛之筆。 八、八、上釉上釉 畫好的瓷坯，粗糙而又呆澀，上好釉后則全然不同，光滑而又明亮：不同的上釉手法，又有全然不同的效果。 九、九、燒窯燒窯 千年窯火，延綿不息，經(jīng)過數(shù)十道工具精雕細 的瓷坯，在窯內經(jīng)受千度高溫的燒煉，就像一只丑小鴨行將達化一只美天鵝。 十、十、成瓷成瓷 經(jīng)過幾天的燒煉，窯內的瓷坯已變成了件件精美的瓷器，從打開的窯門中迫不及待地脫穎而出。流程第四節(jié) 玻璃一、玻璃概述 一種較為透明的固體物質，在熔融時形成連續(xù)網(wǎng)絡結構，冷卻過程中粘度逐漸增大并硬化而不結晶的硅酸鹽類非金屬材料。發(fā)現(xiàn) 玻璃的特點是硬而脆。新型玻璃彎曲強度和硬度很高，且不易破碎、高

14、耐磨、高強度。二、玻璃的主要性質 1、機械強度 玻璃是一種脆性材料，其抗壓強度很大，但抗彎、抗張、抗沖擊能力弱。 抗拉強度平均是抗張強度1415倍。破損2、硬度 玻璃的硬度僅次于金剛石，普通刀具對不能切割。所以要用金剛石做的玻璃刀切割。3、光學性質 高度透明的物質，普通玻璃對紫外光具有一定的阻擋作用。 玻璃的折射域反射特性，可做成裝飾品。也可以吸收或透過特定顏色的光 。 調光玻璃4、電學性質 常溫下不導電，熔融狀態(tài)下導電。常溫下做燈泡、燈管等，特殊的導電玻璃可發(fā)出均勻柔和的光。5、熱性質 導熱性差，是鋼的1/400。怕熱急劇變化。但石英玻璃熱膨脹率低不怕熱劇變。6、化學穩(wěn)定性 氫氟酸和熱磷酸除

15、外，耐其他酸，不耐堿。在大氣中會失去光澤。 裝飾中玻璃圖案的生產。 浮雕玻璃三、玻璃的分類詳見8485頁四、玻璃制品 1、平板玻璃（洛陽浮法）2、瓶罐玻璃3、儀器玻璃4、光學玻璃5、藝術玻璃五、玻璃的生產1、平板玻璃 浮法玻璃 熔融玻璃從池窯中連續(xù)流入并漂浮在相對密度大的錫液表面上，在重力和表面張力的作用下 ，玻璃液在錫液面上鋪開、攤平、形成上下表面平整、硬化、冷卻后被引上過渡輥臺。輥臺的輥子轉動 ，把玻璃帶拉出錫槽進入退火窯，經(jīng)退火、切裁，就得到平板玻璃產品 。 2、中空玻璃 玻璃成形，是將熔制好的玻璃液轉變成具有固定形狀的固體制品。成形必須在一定溫度范圍內才能進行，這是一個冷卻過程，玻璃首

16、先由粘性液態(tài)轉變?yōu)榭伤軕B(tài)，再轉變成脆性固態(tài)。 人工成形。又有（1）吹制，用一根鎳鉻合金吹管，挑一團玻璃在模具中邊轉邊吹。主要用來成形玻璃泡、瓶、球（劃眼鏡片用）等。（2）拉制，在吹成小泡后，另一工人用頂盤粘住，二人邊吹邊拉主要用來制造玻璃管或棒。（3）壓制，挑一團玻璃，用剪刀剪下使它掉入凹模中，再用凸模一壓。主要用來成形杯、盤等。（4）自由成形，挑料后用鉗子、剪刀、鑷子等工具直接制成工藝品。 第五節(jié) 木材一、概論： 1、定義：由天然樹木加工成的圓木、板材、枋材等建筑用材的總稱。 2、木材天然生產、蘊藏量大，分布廣、特性優(yōu)良、色澤悅目、紋理美觀、環(huán)保。基本性能質輕、自然肌理、調節(jié)濕度、隔音隔熱、易加工和涂裝、易變形易燃、各向異性二、木材的結構三、木材的紋路 木材表面上因紋理、結構、生長輪(早晚材)、木射線、軸向薄壁組織、導管、木纖維及色素、木節(jié)或鋸切方向等因素所產生圖案。狹義僅限于指對家具有高度裝飾的圖形。 1、水曲柳、榆樹、櫸木、刺楸、柚木、擦木等，生長輪明顯，紋理直，縱面上有花紋，采用弦向或徑向刨切，單板上可獲得各種花紋。2、香樟、麻櫟、紅果堅木、多核木、海棠等紋理交錯、徑面具有明顯帶狀花紋，宜采用徑向刨切。3、椒木、樺木的纖維局部扭曲，在內皮表面呈現(xiàn)圓錐形凸起，采用弦向刨切或旋切，可以獲得美麗的鳥眼花紋。4、核桃、香樟的紋理不一，用弧形