收藏 | 70张图对比材料各项性能

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材料性能· 材料选用原则· 材料选用

10赞|0评论|636人气|1收藏|2022-06-23 10:10:04

产业的发展离不开CMF（色彩、材料、工艺）

本文笔者分享给大家一组材料对比图，从11个维度分析材料的选用原则，希望对你有所帮助。

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01 杨氏模量-密度

刚性或/和轻质部件选材参考

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1. 需要较硬的材料时，如顶梁，自行车架等，选择图表顶部的材料。

2. 需要低密度的材料，如包装泡沫等，选择图表左侧的材料。

3. 刚性和轻质兼具的材料很难找到，复合材料往往是个不错的选择。

杨氏模量（Young‘smodulus），又称拉伸模量，是弹性模量中最常见的一种。杨氏模量衡量的是一个各向同性弹性体的刚度，与弹性模量是包含关系，除了杨氏模量以外，弹性模量还包括体积模量和剪切模量等。

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材料大类

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金属与合金

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聚合物

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陶瓷

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木与木制品

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复合材料

02 杨氏模量-成本

刚性或/和低成本部件选材参考

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1. 需要较硬的材料时，如顶梁，自行车架等，选择图表顶部的材料

2. 需要低成本的材料，如包装泡沫等，选择图表左侧的材料。

3. 需要廉价且坚硬的材料，则选择图表左上方的材料，大多为金属和陶瓷。

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材料大类

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金属与合金

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聚合物

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陶瓷

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木与木制品

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复合材料

03 强度-密度

高强度或/和低密度部件选材参考

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1. 下图标识的强度为拉伸强度，除了陶瓷为抗压强度。

2. 高强度且低密度的材料位于图形的左上部分。

强度是指零件承受载荷后抵抗发生断裂或超过容许限度的残余变形的能力。也就是说，强度是衡量零件本身承载能力（即抵抗失效能力）的重要指标。

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材料大类

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金属与合金

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聚合物

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陶瓷

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木与木制品

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复合材料

04 强度-成本

高强度或/和低成本部件选材参考

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1. 下图标识的强度为拉伸强度，除了陶瓷为抗压强度。

2. 许多应用要求材料具有较高的强度，如螺丝刀、安全带等，但是他们通常都比较贵，只有极少数的材料能同时满足强度和成本的要求（左上部分）。

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材料大类

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金属与合金

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聚合物

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陶瓷

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木与木制品

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复合材料

05 强度-韧性

高强度或/和高韧性部件选材参考

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1. 下图标识的强度为拉伸强度，除了陶瓷为抗压强度。

2. 通常韧性不好强度也不会很高，提高强度时很可能会使韧性下降。

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材料大类

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金属与合金

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聚合物

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陶瓷

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木与木制品

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复合材料

06 强度-断裂伸长率

高强度或/和高弹性部件选材参考

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1. 陶瓷具有非常低的伸长率（<1％）；

2. 金属具有中等的断裂伸长率（1-50％）；

3. 热塑性塑料具有较大的伸长率（>100%）；

4. 橡胶具有长期弹性伸长率；

5. 热固性聚合物具有较低的伸长率（<5％）。

断裂伸长率（elongation at break），试样在拉断时的位移值与原长的比值。以百分比表示（%）。

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材料大类

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金属与合金

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聚合物

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陶瓷

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木与木制品

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复合材料

07 强度-最高工作温度

高强度或/和高工作温度环境部件选材参考

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1. 下图适用于材料的使用环境中工作温度高于室温的组件，如炊具，汽车发动机和排气管等。

2. 聚合物的最高工作温度较低，金属的最高工作温度居中，陶瓷能够承受非常高的温度。热塑性聚合物的最高工作温度低于热固性聚合物。

最高工作温度表示工程材料在此温度下工作时强度急剧下降的最高温度。

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材料大类

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金属与合金

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聚合物

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陶瓷

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木与木制品

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复合材料

08 比强度-比刚度

高刚度和/或高强度与低重量的部件选材参考

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1. 比强度为强度/材料密度，比刚度为刚度/材料密度。

2. 通常高强度和高刚度是同时存在的，因为他们很大程度上取决于原子之间的结合力。

材料刚度简称刚度，即材料力学中的弹性模量。它是表征材料抵抗弹性变形能力的力学性能指标。指材料抵抗变形的能力，即引起单位变形时所需要的应力。一般是针对构件或结构而言的。它的大小不仅与材料本身的性质有关，而且与构件或结构的截面和形状有关。

强度：材料在规定的荷载作用下，材料发生破坏时的应力称为强度，要求不破坏的要求，称为强度要求。根据外力作用方式不同，材料的抗拉强度、抗压强度、抗剪强度等。

刚度和强度的区别：刚度是抵抗变形的能力，强度是抵抗破坏的能力。刚度是强调不变形，或变形小；强度是强调可靠性，即不能失效。

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材料大类

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金属与合金

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聚合物

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陶瓷

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木与木制品

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复合材料

09 电阻率-成本

电性能或/和低成本部件选材参考

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1. 下图主要用于需要较低的价格以及良好的电绝缘性（如插头外壳）或良好的导电性（例如电力电缆）组件时选材参考。

2. 良好的电导体通常是良好的热导体和良好的电绝缘体是良好的热绝缘体，所以下图也可用于需要良好的热绝缘（例如用于窑壁）或热传导性（例如，用于煎锅）产品的选材参考。

电阻率是用来表示各种物质电阻特性的物理量。某种物质所制成的原件（常温下20°C）的电阻与横截面积的乘积与长度的比值叫做这种物质的电阻率。单位：Ω·m。

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材料大类

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金属与合金

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聚合物

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陶瓷

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木与木制品

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复合材料

10 可回收性-成本

可回收或/和低成本部件选材参考

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1. 下图只要用于识别材料的可回收性特征，特别是那些既昂贵又可回收的材料应该投入更多。

2. 尽管成本高，复合材料却难以回收，因为很难将纤维和基体分开。

3. 热塑性塑料常常可以回收利用。热固性塑料可回收性低。

4. 金属是特别适合于回收，因为它们可以容易地排序，重熔。

5. 陶瓷几乎从未再循环。

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材料大类

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金属与合金

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聚合物

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陶瓷

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木与木制品

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复合材料

11 生产耗能-成本

环境影响小或/和低成本部件选材参考

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1. 生产某种材料所需消耗多大的能量是原料成本的一个因素。所以是大部分材料都位于左下角（低成本/低能耗）或右上（高成本/高能耗）。

2. 测量生产材料消耗的能量是困难的，包括：收集原材料所需的能量/矿料，提取或合成它所需的能量。

3. 聚合物是通过提炼和加工碳氢化合物中提炼出来的，所需的能量居中；

4. 建筑材料，如混凝土，砖和木材需要较少的能量来产生它们，因此是价格较低；

5. 金属通常是从它们的氧化物中提取，这占用了大量的能量，例如，在美国的能源消耗总量的二十分之一是用来生产铝。

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材料大类

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金属与合金

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聚合物

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陶瓷

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木与木制品

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复合材料

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