每天刷牙時(shí)，打開水龍頭，用杯子盛水，用牙刷刷牙，我們所用的物品是用不同材料制造的。環(huán)顧四周，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)金屬、陶瓷、塑料制品隨處可見，這些物品是怎么制造的？
日常生活中，金屬制品無處不在，如鐵鍋、導(dǎo)線、金屬螺絲、金屬水杯、合金門窗、汽車輪轂等，它們改善了我們的生活。把金屬材料加工成零件或物品的工藝，稱為金屬制造技術(shù)，一般包括成型技術(shù)與鑄造技術(shù)。圖 5 . 2 - 1 是不銹鋼盤的制造過程。
不銹鋼盤的制造過程利用了哪些科學(xué)知識(shí)？采用了哪些技術(shù)？
利用了不銹鋼的特性(延展性、可塑性)、力學(xué)、計(jì)算機(jī)等科學(xué)知識(shí);采用了成型技術(shù)、計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)等。
成型技術(shù)可以讓材料發(fā)生永久的形變，根據(jù)制造時(shí)工件的受力和變形，有軋制、擠壓、拉拔、鍛造等方式。生產(chǎn)中，人們會(huì)根據(jù)所需金屬制品的形狀選用不同的成型技術(shù)
金屬成型需要對(duì)材料施加足夠大的壓力，才能獲得所需形狀和尺寸的鍛件。隨著社會(huì)的發(fā)展，成型技術(shù)也在發(fā)展。古時(shí)鐵匠用鐵錘、鐵砧和火爐，鍛造農(nóng)具、硬幣、珠寶等金屬制品；現(xiàn)在，大多數(shù)鍛造機(jī)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，可自動(dòng)制造各類工具、零部件和產(chǎn)品。
手撕鋼手撕鋼薄如蟬翼，厚度只有普通 A 4紙的四分之一，用手能輕易撕開，價(jià)格堪比黃金。手撕鋼廣泛應(yīng)用于航天、通信、醫(yī)療器械等高精尖制造業(yè)，如折疊屏手機(jī)底襯加入手撕鋼后，可被反復(fù)折疊 40 多萬次而不變形或者斷裂。
2016 年，我國突破技術(shù)封鎖，研制出手撕鋼。2020 年，我國成功軋制出厚度為 0.015 mm 的手撕鋼，打破了全球手撕鋼領(lǐng)域的最薄紀(jì)錄。
鑄造技術(shù)是將液態(tài)金屬注入模具，待金屬凝固，再移除模具得到所需產(chǎn)品的制造技術(shù)。它是最古老的材料加工方法之一，能夠以較低的成本完成復(fù)雜構(gòu)件的加工。金屬鑄造技術(shù)是機(jī)械制造工業(yè)的基礎(chǔ)。
隨著技術(shù)發(fā)展與工業(yè)數(shù)字化、智能化進(jìn)程的加快，我國陸續(xù)生產(chǎn)出超大型智能壓鑄單元，引領(lǐng)一體化壓鑄產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，推動(dòng)了汽車壓鑄零部件向大型化、集成化發(fā)展。
1 . 從你家的廚房中找到 5 件金屬物品，查詢它們是采用哪些方法制造的。2 . 收集銅絲、鐵絲、易拉罐等金屬材料，制作一件實(shí)用的創(chuàng)意金屬制品。
例題:黃河大鐵牛位于永濟(jì)市蒲州城西的黃河?xùn)|岸,是當(dāng)時(shí)蒲津浮橋的鎮(zhèn)橋之寶。鐵牛是用作拴鐵索,用鐵索連舟便成了浮橋?，F(xiàn)已出土的鐵牛有四尊,四尊鐵牛氣勢(shì)磅礴,威武有力,每尊鐵牛旁都有一個(gè)牽牛鐵人,造型精美,栩栩如生。黃河大鐵牛的制造主要使用了( )A.鍛造工藝 B.沖壓工藝 C.鉗工工藝 D.鑄造工藝
解析:黃河大鐵牛是將高溫鐵水注入模具后冷卻凝固制造而成的,屬于鑄造工藝。答案:D
塑料是由石油工業(yè)副產(chǎn)品制造而成的高分子聚合物。塑料可分為熱塑性塑料和熱固性塑料兩大類。熱塑性塑料在加熱時(shí)會(huì)軟化，在降溫時(shí)會(huì)硬化。熱固性塑料在制造時(shí)受熱發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)致硬化，成品在加熱時(shí)不會(huì)軟化，也不能被重新塑形。
結(jié)合實(shí)例闡述塑料給人們生活帶來的便利，以及大量使用后可能造成的影響。
塑料輕便耐用,例如,塑料包裝有助于保鮮食物,減少食物浪費(fèi),而塑料醫(yī)療器械也促進(jìn)了醫(yī)療保健的進(jìn)步。此外,塑料制品通常比替代品更實(shí)惠,使更多消費(fèi)者能夠購買到。塑料的廣泛使用導(dǎo)致了嚴(yán)重的環(huán)境問題,一次性塑料制品,如袋子和吸管,導(dǎo)致污染并危害野生動(dòng)物。塑料的生產(chǎn)和處理過程產(chǎn)生有害氣體和廢水,污染空氣和水資源。(合理即可)
塑料品的制造技術(shù)有模壓成型、擠出成型、注射成型、澆鑄成型等。模壓成型 將粉狀或粒狀的熱固性塑料填入模具后加熱、加壓，壓制成型。
擠出成型 將原料加熱成泥狀，利用旋轉(zhuǎn)的螺桿把原料由細(xì)孔中擠出形成管狀、絲狀或條狀物。此工藝主要用于生產(chǎn)管、板和軟片等。注射成型 將粒狀塑料從注射機(jī)的料斗送進(jìn)加熱的料筒，經(jīng)加熱熔化呈流動(dòng)狀后，注入塑模中成型。大多數(shù)熱塑性塑料或某些熱固性塑料可用此工藝加工成型。
澆鑄成型 將液態(tài)塑料倒入模具中硬化，即可制成薄板等制品。例如，將昆蟲、植物、紀(jì)念物等封入樹脂中制成的人造琥珀制品。此工藝用于熱固性塑料或熱塑性塑料的熔融物的加工。
例題:如圖所示的潘頓椅,外觀時(shí)尚大方具有流暢大氣的曲線美,符合人體工學(xué)。潘頓椅一次性加工成型,有強(qiáng)烈的雕塑感,顏色十分艷麗,將藝術(shù)和技術(shù)完美地融合在一起。下列材料中最適合制作潘頓椅的是( )A.杉木板 B.塑料 C.形狀記憶合金 D.高碳鋼
解析:根據(jù)題意,潘頓椅一次性加工成型,有強(qiáng)烈的雕塑感,顏色十分艷麗,A,D項(xiàng)不易變形,形狀記憶合金是受到適當(dāng)條件會(huì)變成以前的形狀,C項(xiàng)也不適合,選用熱塑性塑料最適合。答案:B
陶器，是由黏土捏制成形后燒制而成的器具。瓷器是由陶器發(fā)展而來的。它們的制造工藝接近，成品卻截然不同?！短旃ら_物》對(duì)造瓷工序有詳細(xì)記載。陶土含有較多氧化鐵，瓷土氧化鐵含量低、氧化鋁含量高。焙燒陶器時(shí)，溫度約為 900 °C，瓷器焙燒溫度在 1200 °C以上。因此，陶器表面無釉或只有低溫釉，而瓷器表面則有高溫釉。
中國瓷器馳名世界，被西方人譽(yù)為“瓷器之國”。中國瓷器經(jīng)歷了由陶器到瓷器、由青瓷到白瓷、由白瓷到彩瓷的發(fā)展過程。
1. 陶器與瓷器的特性有哪些不同？它們的特性與哪些因素有關(guān)？2. 古代陶瓷器有哪些用途？
1.陶器表面無釉或只有低溫釉,而瓷器表面有高溫釉,它們的特性與原料中的氧化鐵和氧化鋁的含量、燒制時(shí)的溫度等有關(guān)。2.古代陶瓷一般可以儲(chǔ)存、蒸煮食物等,還可以用作茶具、酒具、藝術(shù)品、祭祀器皿等。
古時(shí)候中國瓷器通過陸上和海上的“絲綢之路”傳到西亞和南亞，再由這些國家傳到歐洲各國。陶瓷器制造主要有揉泥、制坯、干燥、素?zé)?、施釉及燒制等步驟。
揉泥。目的是排空泥料中的氣泡。缺少這一工序，坯體中容易出現(xiàn)氣泡，坯體干燥燒制時(shí)容易破裂變形。 制坯。在泥揉妥后，即可開始制坯，依據(jù)最終的器型做出相應(yīng)的坯體。 干燥。坯體成型后，自然晾干。 素?zé)⒏稍锏呐黧w燒到 800～900 °C，使坯體變得較牢固，以減少在搬運(yùn)、施釉時(shí)發(fā)生的破損，且坯體較容易吸附釉料。
施釉。釉就是陶瓷表面那層光亮、類似玻璃的物質(zhì)。釉的原料一般是礦物的粉末，用水調(diào)和成釉漿。施釉即將釉漿均勻地加在坯體表面，以待燒制時(shí)釉能熔在坯體表面。施釉的方法有浸釉法、淋釉法、刷釉法、蕩釉法及噴釉法等。施釉可使陶瓷更實(shí)用、美觀。
燒制。燒制陶瓷的窯爐有柴窯、煤窯、氣窯、電窯。陶器燒制溫度低于瓷器。目前，人們通過精確地控制溫度，使釉料在特定溫度下發(fā)生化學(xué)變化而燒制出精美的成品。
陶瓷用途廣泛，用陶瓷可制造日用餐具、衛(wèi)生器具、建筑瓷磚、絕緣體、火花塞、耐酸堿的化工器皿等。近年來，人們制造了更精密的陶瓷材料，具有堅(jiān)硬、耐磨、耐高溫、耐腐蝕和優(yōu)異的光、熱、電、磁等特性，被廣泛應(yīng)用于微電子與電氣工業(yè)、機(jī)械與汽車工業(yè)、醫(yī)療器材制造、通信工程與軍事國防工業(yè)。
舉例說明陶瓷在各領(lǐng)域的應(yīng)用，分析陶瓷對(duì)人類生活及社會(huì)發(fā)展的影響。
陶瓷可用于微電子與電氣工業(yè)、機(jī)械與汽車工業(yè)、醫(yī)療器材制造、通信工程與軍事國防工業(yè),陶瓷的技術(shù)不斷進(jìn)步,推動(dòng)了相關(guān)領(lǐng)域的科技發(fā)展,例如陶瓷關(guān)節(jié)，可以用來代替骨和關(guān)節(jié)的功能,能夠緩解關(guān)節(jié)疼痛，改善關(guān)節(jié)功能,提高患者的生活質(zhì)量。
設(shè)計(jì)與制作一件陶藝作品目標(biāo)了解陶瓷制作過程，制作具有創(chuàng)意的陶藝作品。器材如圖 5.2 -20 所示。
過程1 . 展開想象，設(shè)計(jì)具有創(chuàng)意的陶瓷日常用品，畫出草圖。思考：怎樣的設(shè)計(jì)能使作品穩(wěn)固站立，不容易垮掉？2 . 選用圖 5 . 2 - 21 中的一種方法，將設(shè)計(jì)概念加工成型，制作出你所喜愛的陶藝作品。
（1）手捏成型：通過雙手對(duì)陶泥的揉捏，制作陶瓷坯體，如圖5.2-21甲。（2）土條成型：將陶土制作成一條條的土條，再利用一圈圈的土條，一層層堆高，制作出陶瓷坯體，如圖 5 . 2- 21 乙。（3）壓片成型：先將陶土搟成片狀，然后制作成型，如圖 5.2-21 丙。
3. 配合陶瓷制作的其他加工方法，將最后成品制作出來。4. 投票選出最具創(chuàng)意的陶藝作品。問題討論1. 在加工制作過程中，你覺得哪些步驟最困難？為什么？2. 說出你對(duì)最具創(chuàng)意作品的看法。
例題:《牡丹瓷是繼“五大官窯”之后出現(xiàn)、獨(dú)具河洛文化特色的新派陶瓷制作工藝。下列工藝制作流程主要發(fā)生了化學(xué)變化的是( )A.原料研磨、拌漿B.濾泥、雕塑造型C.鏤空捏花、晾干D.素?zé)?、釉?br/>解析:原料研磨、拌漿過程中只是形狀發(fā)生變化,沒有新物質(zhì)生成,是物理變化,選項(xiàng)A不符題意;濾泥、雕塑造型過程中只是形狀發(fā)生變化,沒有新物質(zhì)生成,是物理變化,選項(xiàng)B不符題意;鏤空捏花、晾干過程中分別發(fā)生形狀和狀態(tài)的變化,沒有新物質(zhì)生成,是物理變化,選項(xiàng)C不符題意;素?zé)⒂詿^程中有新物質(zhì)生成,是化學(xué)變化,選項(xiàng)D符合題意。答案:D
我國的研發(fā)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過一千多個(gè)日夜奮戰(zhàn),經(jīng)歷七百多次失敗,生產(chǎn)出世界上最薄的“手撕鋼”。“手撕鋼”是航空航天等高精尖領(lǐng)域的寵兒,被譽(yù)為“鋼鐵行業(yè)皇冠上的明珠”。(1)“手撕鋼”表面可以當(dāng)鏡子用,說明其表面非常 (選填“光滑”或“粗糙”)。(2)某航天器太陽能電池基板面積為100m2，如果選用厚度只有0.015mm的“手撕鋼”做基板,它的體積是m3,質(zhì)量為___kg。(“手撕鋼”的密度按7.9 ×103kg/m計(jì)算)(3)如圖是加工“手撕鋼”的簡易示意圖。較厚的鋼材通過一對(duì)旋轉(zhuǎn)的軋輥間的縫隙,在軋輥壓力作用下變薄、變長成為薄如蟬翼的鋼板。上述加工過程中,鋼材的質(zhì)量(選填“變大”“變小”或“不變”)。
(3)如圖是加工“手撕鋼”的簡易示意圖。較厚的鋼材通過一對(duì)旋轉(zhuǎn)的軋輥間的縫隙,在軋輥壓力作用下變薄、變長成為薄如蟬翼的鋼板。上述加工過程中,鋼材的質(zhì)量(選填“變大”“變小”或“不變”)。(4)和普通鋼材相比,用“手撕鋼”做的手術(shù)刀更加輕薄靈活。其中的“輕”是指 (選填“密度”或“質(zhì)量”)小。(5)利用“手撕鋼”制成一種即時(shí)發(fā)熱的新型復(fù)合材料,給飛機(jī)機(jī)翼穿上這件特殊外套,可以為機(jī)翼快速除冰,消除飛行安全隱患。在飛機(jī)除冰的過程,發(fā)生的主要物態(tài)變化是______。

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第2節(jié) 我們一起來制造

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