造型材料與工藝5

造型材料與工藝52024/3/25造型材料與工藝5產(chǎn)品設(shè)計(jì)中材料的選擇與開發(fā)設(shè)計(jì)材料的選用材料工程的發(fā)展設(shè)計(jì)材料的開發(fā)造型材料與工藝5設(shè)計(jì)材料的選用設(shè)計(jì)材料的選擇原則影響材料選擇的基本因素造型材料與工藝5設(shè)計(jì)材料的選擇原則產(chǎn)品功能的實(shí)現(xiàn)是通過材料來體現(xiàn)來體現(xiàn)的。材料與結(jié)構(gòu)是滿足產(chǎn)品的必要條件，通常在材料和結(jié)構(gòu)之間存在著比較確定的關(guān)系，而同時(shí)在結(jié)構(gòu)與功能之間又是一種不關(guān)系，從而材料與功能之間也具有不確定關(guān)系。也就是說，為了實(shí)現(xiàn)同一功能，可以使用多種材料，而每一種材料都可以形成合理結(jié)構(gòu)來完成所要達(dá)到的功能，進(jìn)而產(chǎn)生相應(yīng)的造型形式。例如：木制椅子和鋼管結(jié)構(gòu)椅子，雖然它們的材料、結(jié)構(gòu)和造型都不同，但它們卻實(shí)現(xiàn)著相同的功能。這種“功能”、“造型”和“材料”之間的不確定關(guān)系，形成了豐富多彩的人造世界。然而，由于產(chǎn)品的形成，必須通過各種加工手段來制造，所以制造技術(shù)同樣制約著產(chǎn)品的功能與形態(tài)。不同的材料有著不同的特性和結(jié)構(gòu)，有著各自不同的加工方法，從而也顯現(xiàn)出不同的造型特征。這既是對設(shè)計(jì)的一個(gè)考驗(yàn)，同時(shí)也是設(shè)計(jì)的魅力所在。造型材料與工藝5面對一個(gè)龐大的材料世界，要選擇所需要的設(shè)計(jì)材料的確是一件復(fù)雜工作。如金屬材料就有幾十萬種，高分子材料也有上萬種，另外還有五花八門的陶瓷材料和復(fù)合材料。與設(shè)計(jì)的其他方面相比，材料的選擇是最基本的，它提供了設(shè)計(jì)的起點(diǎn)。產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過程從某個(gè)角度來說是對材料的理解與認(rèn)識(shí)的過程，是“造物”與“創(chuàng)新”的過程。當(dāng)設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)某件產(chǎn)品時(shí)，他必須首先考慮應(yīng)選用何種材料。材料選擇得好壞，對產(chǎn)品的內(nèi)在和外觀質(zhì)量影響極大。對于給定的某一產(chǎn)品或其部件，考慮選擇材料時(shí)，最重要的是這一零部件的作用，及材料的性能。但設(shè)計(jì)師要把材料功能性因素、市場性因素放在相同位置，因?yàn)?，如果某種材料在計(jì)劃規(guī)定的時(shí)間內(nèi)不能得到，那么規(guī)定采用這種材料是沒有意義的。同樣，如果材料的價(jià)格比計(jì)劃的貴，那么也不能考慮使用這種材料。造型材料與工藝5設(shè)計(jì)是一種復(fù)雜的行為，它涉及沒計(jì)者感性與理性的判斷。與設(shè)計(jì)的其它方面相比，材料的選擇是最基本的，它提供了設(shè)計(jì)的起點(diǎn)。材料選擇的適當(dāng)與否，對產(chǎn)品內(nèi)在和外觀質(zhì)量影響很大。如果材料選擇不當(dāng)或考慮不周，不僅影響產(chǎn)品的使用功能，還會(huì)有損于產(chǎn)品的整體美感。因此，設(shè)計(jì)師在選擇材料時(shí)，除必須考慮材料的固有特性外，還必須著眼于材料與人、環(huán)境的有機(jī)聯(lián)系。造型材料與工藝5設(shè)計(jì)材料的選擇原則設(shè)計(jì)材料的選擇應(yīng)遵循的原則：材料的外觀材料的固有特性材料的工藝性材料的生產(chǎn)成本及環(huán)境因素材料的創(chuàng)新造型材料與工藝5影響材料選擇的基本因素功能安全性能外觀需求工藝性能基本結(jié)構(gòu)要求控制件抗腐蝕性市場環(huán)境造型材料與工藝5影響材料選擇的基本因素功能性因素首先應(yīng)該考慮產(chǎn)品應(yīng)具有怎么樣的功能和所期望的使用壽命。安全性能。材料的選擇應(yīng)當(dāng)按照有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)正確選用，并充分考慮各種可能預(yù)見的危險(xiǎn)。例如，醫(yī)院的某些電療設(shè)備中與病人接觸的部位，其表面應(yīng)該選擇具有抗靜電性質(zhì)的材料；在設(shè)備暴露的位置（如過道邊）配置普通的平板玻璃，就易于碰撞碎裂而造成人身傷害事故；在設(shè)備內(nèi)部如果選用易泛潮的塑料軸承，就會(huì)因隱匿著腐蝕的危險(xiǎn)性造成質(zhì)量惡化而導(dǎo)致重要的控制器失靈。外觀需求。產(chǎn)品的外觀在很大程度上受其可見表面的影響，并采取材料所能允許制造成的結(jié)構(gòu)形式。因此，外觀也是材料選擇必須考慮的一個(gè)重要因素。就產(chǎn)品的表面效果來看，材料影響著表面的自然光澤、反射率與紋理；影響著所能采用的表面涂飾材料與方式；影響著涂飾的外觀效果和在使用期限內(nèi)的惡化程度和惡化速度。至于形成外觀所需采取的制造工藝和手段。如澆鑄、模鑄、沖壓、彎折或切削，也在很大程度上依賴于所采用的材料，并影響到造型在經(jīng)濟(jì)上是否切實(shí)可行造型材料與工藝5影響材料選擇的基本因素工藝性能。材料所要求的工藝性能與零部件制造的加工工藝路線有密切關(guān)系。一般金屬材料的加工工藝路線，遠(yuǎn)比工程塑料和工業(yè)陶瓷復(fù)雜，而且變化多，這不僅影響零部件的成型，還大大影響零部件的最終性能。任何零件都是由不同的材料通過一定的加工工藝制造出來的，因此，作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員掌握工業(yè)造型材料的制造性能是很重要的。工藝性能包括：機(jī)械性能、物理性能、化學(xué)性能、尺寸性能。造型材料與工藝5影響材料選擇的基本因素基本結(jié)構(gòu)要求如何綜合平衡設(shè)計(jì)中對產(chǎn)品的功能、人機(jī)工程學(xué)和美學(xué)方面的要求，以及針對批量生產(chǎn)特點(diǎn)的機(jī)械結(jié)構(gòu)、加工工藝難點(diǎn)和由此產(chǎn)生的成本問題等加以解決。已成為材料選擇中的重要問題。其中材料的耐久性應(yīng)是材料選擇中必須最選考慮的。在大多數(shù)情況下，這樣的考慮比僅考慮美學(xué)品質(zhì)或節(jié)約成本而選用可能導(dǎo)致產(chǎn)品在使用過程中過早廢棄的劣質(zhì)材料，顯然要有意義的多。造型材料與工藝5影響材料選擇的基本因素控制件控制件對材料的選擇也有其特殊的需求。例如，操縱鍵盤的材料應(yīng)具有恰當(dāng)?shù)慕佑|摩擦性和沖擊回彈性，以保證可靠操作和手感舒適；用作控制面板的材料應(yīng)選擇反射率較低并易于在其表面形成圖樣符號或易于貼附圖樣符號的材料制作，以減少眩光和便于指示控制動(dòng)作?？垢g性抗腐蝕性是材料選擇的另一個(gè)重要準(zhǔn)則，因?yàn)樗绊懼a(chǎn)品的操作、外觀、壽命和維護(hù)。在直接涉及人身安全的場合，則必須通過材料的選擇來防止危險(xiǎn)的腐蝕。例如，為了保證維修、測試、操作過程的安全，對設(shè)備中必須具備的升降機(jī)或其他必須保證生命安全的設(shè)備，其材料的選擇就應(yīng)該以保證安全為前提。造型材料與工藝5影響材料選擇的基本因素市場性因素設(shè)計(jì)者必須對目標(biāo)消費(fèi)群的要求進(jìn)行估價(jià)。對于材料，要考慮到消費(fèi)者的態(tài)度往往會(huì)受到他們?nèi)粘＝佑|的各類產(chǎn)品的影響。消費(fèi)者有時(shí)所期望的材料也許恰恰是設(shè)計(jì)者并不準(zhǔn)備采用的。而且消費(fèi)者對某些產(chǎn)品所選用的材料有時(shí)還受到傳統(tǒng)習(xí)慣的束縛。這時(shí)一種“新材料”的選用，在一定時(shí)期內(nèi)未必會(huì)被消費(fèi)者接受。當(dāng)然，這并不等于說產(chǎn)品選用的材料就必須永遠(yuǎn)停滯在傳統(tǒng)的水平上。隨著科學(xué)技術(shù)水平的發(fā)展，新材料、新技術(shù)的不斷出現(xiàn)勢在必然。問題在于當(dāng)我們選擇材料替代傳統(tǒng)材料時(shí)，如何在造型設(shè)計(jì)上、在廣告宣傳上設(shè)法讓消費(fèi)者能夠更快地適應(yīng)和接受。1可達(dá)性。在最初考慮使用某種材料時(shí)，設(shè)計(jì)師應(yīng)首先了解手邊有沒有這種材料。如果沒有，那就看能否在規(guī)定期限內(nèi)得到。如果在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)不能獲得所需的材料，就必須考慮用另一種材料代替。因此可達(dá)性是工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)選材的重要因素。在工業(yè)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)與外觀造型密切相關(guān)，不同的結(jié)構(gòu)方式對產(chǎn)品造型的布局和細(xì)部處理都有直接的影響。而結(jié)構(gòu)是受材料制約的，采用不同的材料，所能獲得的結(jié)構(gòu)方式以及由此而產(chǎn)生的產(chǎn)品形體各不相同，質(zhì)感各異。造型材料與工藝5影響材料選擇的基本因素2經(jīng)濟(jì)性。選擇材料的經(jīng)濟(jì)性始終是工業(yè)造型設(shè)計(jì)中十分重要的內(nèi)容。在滿足使用要求、藝術(shù)造型、工藝和可達(dá)性的同時(shí)，盡可能選用價(jià)廉的材料，最好選用國產(chǎn)材料，使總成本降至最低，取得最大的經(jīng)濟(jì)效益，使產(chǎn)品在市場上具有最強(qiáng)的競爭力。經(jīng)濟(jì)性包括：材料價(jià)格、使用壽命、制造性能、零部件的總成本等因素。造型材料與工藝5影響材料選擇的基本因素環(huán)境性因素1選用同類材料。設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)盡量采用同類材料，避免多種不同材料，以便產(chǎn)品回收和再利用。例如，汽車的車門的門體使用了聚丙烯，門中的齒輪、滑輪等機(jī)構(gòu)也使用聚丙烯，里側(cè)的襯墊使用高發(fā)泡聚丙烯，門內(nèi)的蒙面采用丙綸織物。這一村料組合在回收時(shí)就不用拆卸分類，可以直接進(jìn)行再加工。2減少表面裝飾。用表面不加任何涂、鍍的原材料直接制成產(chǎn)品，這也是出于便于回爐處理和再利用的目的。造型材料與工藝5影響材料選擇的基本因素環(huán)境性因素3采用可降解材料?？山到獠牧鲜侵笍U棄后能自然分解并為自然界吸收的材料。在塑料成型加工和使用過程中產(chǎn)生的塑料廢棄物，尤其是塑料包裝材料更是令人頭疼的環(huán)境污染源。4廢棄物的再利用。充分選用廢棄物的再生材料，以利于資源的再循環(huán)利用。對廢棄物的再利用，不僅能有效減少可能污染環(huán)境的垃圾堆放，也大大節(jié)約了原材料。因此，開發(fā)能采用再生材料、甚至直接利用廢棄物制作的產(chǎn)品將是十分有意義的工作，理應(yīng)成為現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要課題。造型材料與工藝5材料工程的發(fā)展材料結(jié)構(gòu)成分材料科學(xué)與工程應(yīng)用需求合成與加工材料性能材料科學(xué)與工程領(lǐng)域中的四大主題及其相互關(guān)系造型材料與工藝5材料工程的發(fā)展材料科學(xué)與工程領(lǐng)域的新的變化：1新構(gòu)思、新觀念不斷涌現(xiàn)，成為此領(lǐng)域迅速發(fā)展的強(qiáng)大推力2營造特殊環(huán)境，利用極端手段，制備特殊材料，獲取特殊性能3強(qiáng)烈依賴其它高新技術(shù)，材料領(lǐng)域成為其它高新技術(shù)綜合應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)地4經(jīng)濟(jì)實(shí)力成為制約材料領(lǐng)域發(fā)展速度、深度和廣度的關(guān)鍵因素造型材料與工藝5設(shè)計(jì)材料的開發(fā)材料體系材料成分設(shè)計(jì)加工方法工藝參數(shù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)室性能測試顯微組織評價(jià)功能需求失效分析應(yīng)用性能指標(biāo)比較產(chǎn)品性能綜合評價(jià)材料開發(fā)和改進(jìn)閉環(huán)過程示意圖造型材料與工藝5設(shè)計(jì)材料的開發(fā)新材料新材料對產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)的影響和作用新材料的開發(fā)方向造型材料與工藝5新材料新材料是指采用新工藝、新技術(shù)合成的具有各種特殊機(jī)能（光、電聲、磁、力、超導(dǎo)、超塑等）或者比傳統(tǒng)材料在必能上有重大突破（如超強(qiáng)、超硬、耐高溫等）的一類材料。新材料發(fā)展的標(biāo)志：1引起生產(chǎn)力的大解放，推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步。2根據(jù)需要設(shè)計(jì)新材料，一改以往根據(jù)產(chǎn)品功能來選擇材料的方式，而是建立一種由材料來設(shè)計(jì)產(chǎn)品的新觀念。造型材料與工藝5新材料對產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)的影響和作用新材料對產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)的影響和作用，在以下幾方面：1在產(chǎn)品進(jìn)一步電子化、集成化和小型化的趨勢下，新材料的使用有可能突破傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，甚至還可能引起一場材料與技術(shù)的革命，產(chǎn)生新的產(chǎn)品和設(shè)計(jì)風(fēng)格。因此，設(shè)計(jì)工作應(yīng)與新材料開發(fā)建立一種互相融合的關(guān)系。2產(chǎn)品外觀形象要具有未來性。新材料的使用，不僅對產(chǎn)品外觀可以起到新穎美觀獨(dú)特的裝飾作用，使設(shè)計(jì)本身變得更簡潔、合理，更具時(shí)代感。3材料在與功能相適應(yīng)的同時(shí)，還要有良好的觸覺質(zhì)感和更好的可操作性。通過新材料的使用，設(shè)計(jì)應(yīng)最大限度地賦予產(chǎn)品新的魅力。4設(shè)計(jì)應(yīng)進(jìn)一步開發(fā)傳統(tǒng)材料，使之在現(xiàn)代生活中具有新的意義。造型材料與工藝5新材料的開發(fā)方向當(dāng)今在新技術(shù)的驅(qū)動(dòng)下，運(yùn)用具有新的組合方式、新的形態(tài)和新的性質(zhì)的各種材料進(jìn)行新制品的開發(fā)會(huì)產(chǎn)生令人振奮的效果。造型材料與工藝5新材料的開發(fā)方向新材料的研究與開發(fā)主要包括四方面的內(nèi)容：1新材料的發(fā)現(xiàn)或研制。2已知材料新功能、新性質(zhì)的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用。3已知材料功能、性質(zhì)的改善。4新材料評價(jià)技術(shù)的開發(fā)。還要考慮新材料的產(chǎn)業(yè)化、商品化材料產(chǎn)業(yè)化必須重視：原材料的分布，材料的成型與加工性能，材料的可回收率和環(huán)境保護(hù)。可持續(xù)發(fā)展造型材料與工藝5新材料的開發(fā)方向基礎(chǔ)材料的開發(fā)對基礎(chǔ)材料的性進(jìn)行改良開發(fā)，進(jìn)一步探索材料的組成、結(jié)構(gòu)和性能，以提高或替代原有材料的特性為具體目標(biāo)，使材料揚(yáng)長避短，從而獲得期望的材料特性，擴(kuò)大材料的使用范圍。通用塑料的性能新型特種塑料的性能輕而硬重而軟易成型不易變形不耐熱，高溫下會(huì)變形耐熱、高溫下也變形不導(dǎo)電、不傳熱能導(dǎo)電、傳熱易燃不會(huì)燃燒不銹不腐能腐新型材料所期望的特性造型材料與工藝5新材料的開發(fā)方向類陶瓷類塑料難燃、耐磨、高彈性、高耐熱塑料類金屬性塑料高強(qiáng)度、高導(dǎo)電、高結(jié)晶化塑料類玻璃性塑料透明、耐磨光纖類生物體塑料人造皮革、變色樹脂、吸水性樹脂、除臭樹脂、飄香樹脂、保溫樹脂、形狀記憶樹脂、防蟲纖維、離子交換纖維等特殊個(gè)性塑料磁性纖維、超導(dǎo)纖維、感光樹脂等新型塑料的替代機(jī)能造型材料與工藝5新材料的開發(fā)方向造型材料與工藝5新材料的開發(fā)方向復(fù)合材料的開發(fā)復(fù)合材料是指兩種或兩種以上不同化學(xué)性質(zhì)或不同組織結(jié)構(gòu)的材料，通過不同的工藝方法組成的多相材料，它具有單一素材無法取得的機(jī)能。這些機(jī)能包括：1各素材所保持的機(jī)能2在復(fù)合與成型過程中形成的機(jī)能3由復(fù)合結(jié)構(gòu)特征產(chǎn)生的機(jī)能4復(fù)合效應(yīng)所致的機(jī)能造型材料與工藝5新材料的開發(fā)方向金屬金屬陶瓷陶瓷塑料塑料玻璃玻璃可能復(fù)合的素材組合方式造型材料與工藝5新材料的開發(fā)方向開發(fā)復(fù)合材料的目的為：1彌補(bǔ)某些有用材料的缺點(diǎn)，以更好地發(fā)揮有用的機(jī)能2利用具有某些特性的材料以構(gòu)成單一材料無法實(shí)現(xiàn)的特性3產(chǎn)生從未有的新機(jī)能造型材料與工藝5新材料的開發(fā)方向造型材料與工藝5新材料的開發(fā)方向復(fù)合材料常用如下方法分類：1按基體分類，有金屬基復(fù)合材料和高分子（樹脂）基復(fù)合材料。2按添加物的幾何形狀分類，有顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、疊層增強(qiáng)復(fù)合材料、彌散增強(qiáng)復(fù)合材料等隨著研究的深入，材料的復(fù)合向著精細(xì)化方向演化，出現(xiàn)了諸如仿生復(fù)合、梯度復(fù)合、納米復(fù)合、分子復(fù)合、原位復(fù)合和智能復(fù)合等新穎方法。造型材料與工藝5新材料的開發(fā)方向一般材料的產(chǎn)品化過程，分為原材料加工與由材料加工成型構(gòu)成產(chǎn)品兩個(gè)基本過程。然面復(fù)合材料的產(chǎn)品化過程則不同，它的這兩個(gè)基本過程是同時(shí)實(shí)現(xiàn)的，所以復(fù)合材料的設(shè)計(jì)就是產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，并且不同的產(chǎn)品即使采用相同的復(fù)合材料也有不同的成型方法與條件。在設(shè)計(jì)階段，不論選用什么材料，同時(shí)就應(yīng)考慮其廢棄物的處理，這已成為現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)的原則。從這一角度來說，復(fù)合材料的回收處理較為困難，易引起環(huán)境問題。所以復(fù)合材料設(shè)計(jì)時(shí)，必須充分確認(rèn)對其處理的可能性。造型材料與工藝5新材料的開發(fā)方向納米材料與納米技術(shù)納米材料與納米技術(shù)是一種基于全新概念而形成的材料和材料加工技術(shù)，是當(dāng)前國際前沿研究課題之一。一、納米材料造型材料與工藝5新材料的開發(fā)方向納米級結(jié)構(gòu)材料簡稱為納米材料(nanomaterial)，是指其結(jié)構(gòu)單元的尺寸介于1納米～100納米范圍之間。由于它的尺寸已經(jīng)接近電子的相干長度，它的性質(zhì)因?yàn)閺?qiáng)相干所帶來的自組織使得性質(zhì)發(fā)生很大變化。并且，其尺度已接近光的波長，加上其具有大表面的特殊效應(yīng)，因此其所表現(xiàn)的特性，例如熔點(diǎn)、磁性、光學(xué)、導(dǎo)熱、導(dǎo)電特性等等，往往不同于該物質(zhì)在整體狀態(tài)時(shí)所表現(xiàn)的性質(zhì)。

納米顆粒材料又稱為超微顆粒材料，由納米粒子(nanoparticle)組成。納米粒子也叫超微顆粒，一般是指尺寸在1～100nm間的粒子，是處在原子簇和宏觀物體交界的過渡區(qū)域，從通常的關(guān)于微觀和宏觀的觀點(diǎn)看，這樣的系統(tǒng)既非典型的微觀系統(tǒng)亦非典型的宏觀系統(tǒng)，是一種典型的介觀系統(tǒng)，它具有表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)。當(dāng)人們將宏觀物體細(xì)分成超微顆粒（納米級）后，它將顯示出許多奇異的特性，即它的光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、力學(xué)以及化學(xué)方面的性質(zhì)和大塊固體時(shí)相比將會(huì)有顯著的不同。造型材料與工藝5新材料的開發(fā)方向

納米材料具有傳統(tǒng)材料所不具備的奇異或反常的物理、化學(xué)特性，如原本導(dǎo)電的銅到某一納米級界限就不導(dǎo)電，原來絕緣的二氧化硅、晶體等，在某一納米級界限時(shí)開始導(dǎo)電。這是由于納米材料具有顆粒尺寸小、比表面積大、表面能高、表面原子所占比例大等特點(diǎn)，以及其特有的三大效應(yīng)：小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)。造型材料與工藝5新材料的開發(fā)方向小尺寸效應(yīng)

隨著顆粒尺寸的量變，在一定條件下會(huì)引起顆粒性質(zhì)的質(zhì)變。由于顆粒尺寸變小所引起的宏觀物理性質(zhì)的變化稱為小尺寸效應(yīng)。對超微顆粒而言，尺寸變小，同時(shí)其比表面積亦顯著增加，從而產(chǎn)生如下一系列新奇的性質(zhì)。

造型材料與工藝5新材料的開發(fā)方向（1）特殊的光學(xué)性質(zhì)

當(dāng)黃金被細(xì)分到小于光波波長的尺寸時(shí)，即失去了原有的富貴光澤而呈黑色。事實(shí)上，所有的金屬在超微顆粒狀態(tài)都呈現(xiàn)為黑色。尺寸越小，顏色愈黑，銀白色的鉑（白金）變成鉑黑，金屬鉻變成鉻黑。由此可見，金屬超微顆粒對光的反射率很低，通常可低于l％，大約幾微米的厚度就能完全消光。利用這個(gè)特性可以作為高效率的光熱、光電等轉(zhuǎn)換材料，可以高效率地將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋㈦娔?。此外又有可能?yīng)用于紅外敏感元件、紅外隱身技術(shù)等。

小尺寸效應(yīng)造型材料與工藝5新材料的開發(fā)方向小尺寸效應(yīng)（2）特殊的熱學(xué)性質(zhì)

固態(tài)物質(zhì)在其形態(tài)為大尺寸時(shí)，其熔點(diǎn)是固定的，超細(xì)微化后卻發(fā)現(xiàn)其熔點(diǎn)將顯著降低，當(dāng)顆粒小于10納米量級時(shí)尤為顯著。例如，金的常規(guī)熔點(diǎn)為1064C℃，當(dāng)顆粒尺寸減小到10納米尺寸時(shí)，則降低27℃，2納米尺寸時(shí)的熔點(diǎn)僅為327℃左右；銀的常規(guī)熔點(diǎn)為670℃，而超微銀顆粒的熔點(diǎn)可低于100℃。因此，超細(xì)銀粉制成的導(dǎo)電漿料可以進(jìn)行低溫?zé)Y(jié)，此時(shí)元件的基片不必采用耐高溫的陶瓷材料，甚至可用塑料。采用超細(xì)銀粉漿料，可使膜厚均勻，覆蓋面積大，既省料又具高質(zhì)量。日本川崎制鐵公司采用0．1～1微米的銅、鎳超微顆粒制成導(dǎo)電漿料可代替鈀與銀等貴金屬。超微顆粒熔點(diǎn)下降的性質(zhì)對粉末冶金工業(yè)具有一定的吸引力。例如，在鎢顆粒中附加0.1％～0.5％重量比的超微鎳顆粒后，可使燒結(jié)溫度從3000℃降低到1200～1300℃，以致可在較低的溫度下燒制成大功率半導(dǎo)體管的基片。造型材料與工藝5新材料的開發(fā)方向小尺寸效應(yīng)（3）特殊的磁學(xué)性質(zhì)

人們發(fā)現(xiàn)鴿子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趨磁細(xì)菌等生物體中存在超微的磁性顆粒，使這類生物在地磁場導(dǎo)航下能辨別方向，具有回歸的本領(lǐng)。磁性超微顆粒實(shí)質(zhì)上是一個(gè)生物磁羅盤，生活在水中的趨磁細(xì)菌依靠它游向營養(yǎng)豐富的水底。通過電子顯微鏡的研究表明，在趨磁細(xì)菌體內(nèi)通常含有直徑約為2′10-2微米的磁性氧化物顆粒。小尺寸的超微顆粒磁性與大塊材料顯著的不同，大塊的純鐵矯頑力約為80安／米，而當(dāng)顆粒尺寸減小到2′10-2微米以下時(shí)，其矯頑力可增加1千倍，若進(jìn)一步減小其尺寸，大約小于6′10-3微米時(shí)，其矯頑力反而降低到零，呈現(xiàn)出超順磁性。利用磁性超微顆粒具有高矯頑力的特性，已作成高貯存密度的磁記錄磁粉，大量應(yīng)用于磁帶、磁盤、磁卡以及磁性鑰匙等。利用超順磁性，人們已將磁性超微顆粒制成用途廣泛的磁性液體。

造型材料與工藝5新材料的開發(fā)方向小尺寸效應(yīng)4）特殊的力學(xué)性質(zhì)

陶瓷材料在通常情況下呈脆性，然而由納米超微顆粒壓制成的納米陶瓷材料卻具有良好的韌性。因?yàn)榧{米材料具有大的界面，界面的原子排列是相當(dāng)混亂的，原子在外力變形的條件下很容易遷移，因此表現(xiàn)出甚佳的韌性與一定的延展性，使陶瓷材料具有新奇的力學(xué)性質(zhì)。美國學(xué)者報(bào)道氟化鈣納米材料在室溫下可以大幅度彎曲而不斷裂。研究表明，人的牙齒之所以具有很高的強(qiáng)度，是因?yàn)樗怯闪姿徕}等納米材料構(gòu)成的。呈納米晶粒的金屬要比傳統(tǒng)的粗晶粒金屬硬3～5倍。至于金屬一陶瓷等復(fù)合納米材料則可在更大的范圍內(nèi)改變材料的力學(xué)性質(zhì)，其應(yīng)用前景十分寬廣。

超微顆粒的小尺寸效應(yīng)還表現(xiàn)在超導(dǎo)電性、介電性能、聲學(xué)特性以及化學(xué)性能等方面。造型材料與工藝5新材料的開發(fā)方向表面效應(yīng)

球形顆粒的表面積與直徑的平方成正比，其體積與直徑的立方成正比，故其比表面積（表面積／體積）與直徑成反比。隨著顆粒直徑變小，比表面積將會(huì)顯著增大，說明表面原子所占的百分?jǐn)?shù)將會(huì)顯著地增加。對直徑大于0.1微米的顆粒表面效應(yīng)可忽略不計(jì)，當(dāng)尺寸小于0.1微米時(shí)，其表面原子百分?jǐn)?shù)激劇增長，甚至1克超微顆粒表面積的總和可高達(dá)100米2，這時(shí)的表面效應(yīng)將不容忽略。造型材料與工藝5新材料的開發(fā)方向表面效應(yīng)

超微顆粒的表面與大塊物體的表面是十分不同的，若用高倍率電子顯微鏡對金超微顆粒（直徑為2*10-3微米）進(jìn)行電視攝像，實(shí)時(shí)觀察發(fā)現(xiàn)這些顆粒沒有固定的形態(tài)，隨著時(shí)間的變化會(huì)自動(dòng)形成各種形狀（如立方八面體，十面體，二十面體多李晶等），它既不同于一般固體，又不同于液體，是一種準(zhǔn)固體。在電子顯微鏡的電子束照射下，表面原子仿佛進(jìn)入了“沸騰”狀態(tài)，尺寸大于10納米后才看不到這種顆粒結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性，這時(shí)微顆粒具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。造型材料與工