設(shè)計(jì)材料及加工工藝.doc

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1、碳纖維復(fù)合材料與產(chǎn)品設(shè)計(jì)姓名:學(xué)號(hào)：班級(jí)：指導(dǎo)老師：摘要隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,對(duì)材料性能的要求越來(lái)越高﹑越來(lái)越全面。除了要求材料具有高強(qiáng)度﹑高模量﹑耐高溫﹑低密度外,還對(duì)材料的韌性﹑耐磨﹑耐腐蝕﹑電性能等提出了種種特殊要求。更特殊的是有些制品要求材料具有一些相互矛盾的性能,如導(dǎo)電且絕熱;強(qiáng)度高彈性好,又能焊接等。這對(duì)單一材料來(lái)說(shuō)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的,通過(guò)采用復(fù)合技術(shù),把一些不同性能的材料復(fù)合起來(lái),取長(zhǎng)補(bǔ)短,來(lái)實(shí)現(xiàn)這些性能要求,于是就出現(xiàn)了現(xiàn)代復(fù)合材料。關(guān)鍵詞：碳纖維復(fù)合材料產(chǎn)品設(shè)計(jì)在復(fù)合材料大家族中，碳纖維復(fù)合材料是一種發(fā)展迅速﹑應(yīng)用廣泛的復(fù)合材來(lái)

2、。碳纖維主要是由碳元素組成的一種特種纖維，其含碳量隨種類(lèi)不同而異，一般在90%以上。碳纖維具有一般碳素材料的特性，如耐高溫、耐摩擦、導(dǎo)電、導(dǎo)熱及耐腐蝕等，但與一般碳素材料不同的是，其外形有顯著的各向異性、柔軟、可加工成各種織物，沿纖維軸方向表現(xiàn)出很高的強(qiáng)度。碳纖維的化學(xué)性能具有穩(wěn)定的價(jià)態(tài)和化學(xué)性質(zhì);具有耐強(qiáng)酸﹑耐強(qiáng)堿等優(yōu)異性能;具有耐高溫﹑耐磨擦﹑導(dǎo)電﹑導(dǎo)熱的物理性能,比重不到鋼的1/4,抗拉強(qiáng)度是鋼的7～9倍。碳纖維的這些優(yōu)點(diǎn)讓它廣泛的應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域,如：航空航天和軍工﹑新型紡織機(jī)械﹑碳纖維復(fù)合芯電纜﹑油田鉆探﹑風(fēng)力發(fā)電葉片﹑核電﹑醫(yī)療器械

3、﹑汽車(chē)構(gòu)件﹑建筑補(bǔ)強(qiáng)材料﹑文體用品等領(lǐng)域，在現(xiàn)代社會(huì)中發(fā)揮著重要的作用。碳纖維復(fù)合材料有三種類(lèi)型,分別是：（一）碳纖維樹(shù)脂復(fù)合材料：其中基體樹(shù)脂主要采用環(huán)氧樹(shù)脂﹑酚醛樹(shù)脂和聚四氟乙烯。這類(lèi)復(fù)合材料的密度比鋁輕，比強(qiáng)度﹑比模量比鋼大，疲勞強(qiáng)度高，沖擊韌性好，同時(shí)耐水和濕氣，化學(xué)穩(wěn)定性高，摩擦系數(shù)小，導(dǎo)熱性好，受X射線(xiàn)輻射時(shí)強(qiáng)度和模量變化不變化等，總之其性能比玻璃鋼優(yōu)越，可以用作宇宙飛行器的外層材料，人造衛(wèi)星和火箭的機(jī)架﹑殼體﹑天線(xiàn)構(gòu)架，做各種機(jī)器中的輪齒﹑軸承等受載磨損零件﹑活塞﹑密封圈等受損摩擦件，也可用作化工零件和容器等。但，這類(lèi)材料的主要

4、問(wèn)題是碳纖維與樹(shù)脂的黏結(jié)力不夠大，各向異性強(qiáng)度比較高，耐高溫性能差等。（二）碳纖維金屬?gòu)?fù)合材料：可在碳纖維表面鍍金屬制成，它在接近金屬熔點(diǎn)時(shí)，仍具有很好的強(qiáng)度和彈性模量。用碳纖維和鋁合金制成的復(fù)合材料是一種減模性能比鋁錫合金更優(yōu)越﹑強(qiáng)度很高的高級(jí)軸承材料。比如這款ThinkPadT系列的機(jī)殼，是用碳纖維金屬?gòu)?fù)合材料制成，在碳纖維中摻入鎂或鈦顆粒，兩者的優(yōu)缺點(diǎn)相互補(bǔ)充，達(dá)到既堅(jiān)固又輕便的終極目標(biāo)。不過(guò)碳纖維復(fù)合材料的成型較難，廢品率一直居高不下，加之原材料價(jià)格較高，成為目前最昂貴的機(jī)殼材料。（三）碳纖維陶器復(fù)合材料：經(jīng)過(guò)碳纖維增強(qiáng)的陶瓷，無(wú)論在

5、抗機(jī)械沖擊性還是抗熱沖擊性方面都有極大地提高，這在很大程度上克服了陶器的脆性，同時(shí)又保存了陶瓷原有的許多優(yōu)異的性能。如：保時(shí)捷的復(fù)合陶瓷剎車(chē)盤(pán)。從上面的論述可知，碳纖維復(fù)合材料有著眾多的優(yōu)點(diǎn)，在社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，與我們的日常生活密切相關(guān)，那么它在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中有什么應(yīng)用,與產(chǎn)品設(shè)計(jì)又有什么關(guān)系？作為工業(yè)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，我們要認(rèn)真的探索﹑思考，讓它給我們的產(chǎn)品設(shè)計(jì)帶來(lái)新的飛躍。放開(kāi)人類(lèi)進(jìn)化史，我們不難發(fā)現(xiàn)，材料的開(kāi)發(fā)﹑使用和完善貫穿其中，與人類(lèi)的生活和社會(huì)的發(fā)展密不可分。人類(lèi)的設(shè)計(jì)意識(shí)與使用材料是并生共存的，任何設(shè)計(jì)都要通過(guò)材料來(lái)實(shí)現(xiàn)。

6、產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)的過(guò)程實(shí)質(zhì)上是對(duì)材料的理解和認(rèn)識(shí)的過(guò)程，是“造物”與“創(chuàng)新”的過(guò)程，是應(yīng)用的過(guò)程。我之所以選碳纖維復(fù)合材料作為本次探討的對(duì)象，是因?yàn)槲艺J(rèn)為碳纖維復(fù)合材料將在未來(lái)市場(chǎng)上的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，越來(lái)越重要，作為一名學(xué)習(xí)工業(yè)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，了解并掌握一定的新興材料知識(shí)對(duì)我未來(lái)從事產(chǎn)品設(shè)計(jì)類(lèi)工作是非常重要的，因?yàn)樾滦筒牧系臅?huì)產(chǎn)生不同的成型加工方法和工藝制作方法，從而導(dǎo)致產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的巨大變化，這將對(duì)設(shè)計(jì)師的理念﹑認(rèn)知等帶來(lái)巨大的改變，對(duì)提高設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)能力起到非常重要的作用。產(chǎn)品是由一定的材料經(jīng)過(guò)一定的加工工藝而構(gòu)成的，一件完美的產(chǎn)品必須是功能﹑形

7、態(tài)和材料三要素的和諧統(tǒng)一。由此可見(jiàn)，材料與產(chǎn)品設(shè)計(jì)的關(guān)系是多么的密切。對(duì)于一些性能要求較高的產(chǎn)品，比如：油田鉆探﹑風(fēng)力發(fā)電葉片﹑核電﹑醫(yī)療器械﹑汽車(chē)構(gòu)件等領(lǐng)域，某些部件性能要求較高，不是所有的材料都合適。然而，碳纖維復(fù)合材料卻符合條件，它在這些領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用，碳纖維復(fù)合材料這些新的應(yīng)用給產(chǎn)品設(shè)計(jì)的風(fēng)格﹑要求等帶來(lái)了巨大地改變。碳纖維復(fù)合材料特有的優(yōu)勢(shì)如：高強(qiáng)度（是鋼鐵的5倍）；出色的耐熱性(可以耐受2000℃以上的高溫)；出色的抗熱沖擊性；低熱膨脹系數(shù)(變形量小)；熱容量?。ü?jié)能）；比重小（鋼的1/5）；優(yōu)秀的抗腐蝕與輻射性能等，會(huì)對(duì)用

8、它制造成的產(chǎn)品的主要功能如：力學(xué)﹑熱學(xué)﹑電學(xué)等；造型形式如：形態(tài)﹑質(zhì)感﹑色彩等；工藝性能安全性﹑使用壽命﹑經(jīng)濟(jì)性與社會(huì)性等產(chǎn)生非常大的影響，它會(huì)決定產(chǎn)品的用途，其中