第一篇：禪茶元素在產(chǎn)品設(shè)計中的研究論文大全

摘要：

隨著當(dāng)今設(shè)計風(fēng)潮中不斷涌現(xiàn)新的設(shè)計方法、新材料等，產(chǎn)品設(shè)計也緊緊追隨著新思潮。極致簡約主義的設(shè)計風(fēng)格越來越流行，正與禪意衍生而出的簡潔、素樸相一致，為現(xiàn)代都市生活融入一種清新風(fēng)格。禪意的設(shè)計采用簡約風(fēng)格，舍棄裝飾性強(qiáng)的設(shè)計。禪茶文化的“和、雅、清、寂”精神融入到產(chǎn)品設(shè)計中，增加了產(chǎn)品的語義和文化價值。禪茶元素在產(chǎn)品設(shè)計中的體現(xiàn)闡釋出了另一種設(shè)計思維，更加注重使用者的情感需求和追求自然特性。

關(guān)鍵詞：

禪茶文化；禪茶元素；產(chǎn)品設(shè)計

一、禪茶文化及元素界定

禪文化和茶文化是中國傳統(tǒng)文化中兩個重要支流，它們相互交融，形成一種新的文化——禪茶文化。禪文化注重精神境界，人與自然和諧，追求清雅、質(zhì)樸。茶道是禪宗在特定條件下形成的一種形式，追求清靜。如史修竹先生撰寫的《茶禪一味——論中國的禪茶文化》等文獻(xiàn)中有提及禪茶文化的融合發(fā)展。

飲茶可以使人保持清醒去考慮處理問題，在魏晉南北朝時期社會文化背景的影響下，文人寄情懷于茶中產(chǎn)生了飲茶文化，而在這時期茶進(jìn)入了寺廟，產(chǎn)生了佛教中的茶文化，僧人們每天久坐參禪易產(chǎn)生困意，茶正好可以驅(qū)除疲乏，這對僧人修行是有利的。僧人在喝茶湯時可提神醒腦靜心去參禪悟禪，因而茶與禪產(chǎn)生關(guān)聯(lián)性。禪茶的結(jié)合，茶是禪的物質(zhì)載體，禪是茶的精神寄托。這種禪茶文化的形成，將思想落實(shí)到物質(zhì)中，體現(xiàn)在生活態(tài)度中，是中國傳統(tǒng)文化中的一部分。

日本的茶僧千利休將“靜”的修行方式與生活中的點(diǎn)滴結(jié)合起來，說“須知道禪之本不過是燒水點(diǎn)茶”。這句話充分表達(dá)了禪與茶的密切關(guān)聯(lián)，說明禪茶文化意在表達(dá)人們用平靜從容的生活態(tài)度去處理瑣事，達(dá)到心無雜念。茶文化注重物質(zhì)的節(jié)制、精神上的節(jié)制，這與禪文化中心無雜念、節(jié)制念想如初一致。從設(shè)計的角度來說，將禪茶文化在設(shè)計中的表現(xiàn)形式提取出來并具體化、符號化，更加便利地運(yùn)用于設(shè)計中。禪茶文化中的節(jié)制、節(jié)儉，在設(shè)計中表現(xiàn)為簡約，簡約的設(shè)計風(fēng)格體現(xiàn)在材料上的節(jié)約、減少資源上的消耗、設(shè)計程序上的簡化，體現(xiàn)出簡約的生活態(tài)度。

二、禪茶與設(shè)計思想的交融

（一）茶文化“道”思想在產(chǎn)品設(shè)計中的影響

茶文化中儒家禮儀與設(shè)計思想結(jié)合，在此可理解將“道”貫徹到產(chǎn)品設(shè)計中去，并由此對產(chǎn)品提供評價標(biāo)準(zhǔn)。道與產(chǎn)品之間的貫通，是指社會諸多大小的道理、思想原則貫徹到產(chǎn)品中，這與現(xiàn)代設(shè)計中所提出的設(shè)計師的社會責(zé)任、以人為本等設(shè)計理念相通。在當(dāng)代設(shè)計中，無論從產(chǎn)品材料、造型、加工工藝技術(shù)來說，還是從人與產(chǎn)品的交互體驗(yàn)中，都注重減少原材料和再生資源的利用，對回歸自然的追求。儒家思想在產(chǎn)品設(shè)計中帶來的啟發(fā)，是否可以考慮在產(chǎn)品使用的過程中或通過產(chǎn)品的使用而增強(qiáng)用戶的環(huán)保意識及生態(tài)平衡等問題。

（二）禪宗中回歸自然思想在產(chǎn)品設(shè)計中的影響

禪文化崇尚自然，認(rèn)為萬物的存在都是有意義的。在產(chǎn)品設(shè)計中，它主張采用環(huán)保材料和天然的工藝技術(shù)，表現(xiàn)出一種回歸自然和人性的生活態(tài)度。產(chǎn)品中禪意主要體現(xiàn)在“空”“靜”兩字?！翱铡北憩F(xiàn)在產(chǎn)品使用少量的元素符號以及自身極簡的結(jié)構(gòu)特征，展現(xiàn)出產(chǎn)品的功能及其他特性。同時也增加了人與物之間的互動式體驗(yàn)，加強(qiáng)消費(fèi)者對產(chǎn)品的觀察、使用以及進(jìn)入內(nèi)心的感悟，得以豐富產(chǎn)品的語境?！办o”表現(xiàn)在當(dāng)今社會，不論是設(shè)計師設(shè)計出的產(chǎn)品，還是使用者購買的產(chǎn)品，都應(yīng)靜下心來用沉著、寂靜的心態(tài)來體悟產(chǎn)品的語境。

（三）禪茶中蘊(yùn)藏的道家“無為”思想在產(chǎn)品設(shè)計中的影響

在當(dāng)今這個物質(zhì)條件大幅度提高和經(jīng)濟(jì)快速增長的時代，都市人們快節(jié)奏的生活以及所帶來的壓迫感，讓人們更加追求簡單且有自然氣息的舒適生活環(huán)境。禪茶文化所演繹出來的意境完美地闡釋出了簡約，寧靜回歸自然，去除繁瑣裝飾，以自然質(zhì)樸為標(biāo)準(zhǔn)，映射出舒適、雅致的意境。

茶文化中道家提倡簡潔樸素追求自然性的設(shè)計思想在設(shè)計中至今都有一定的影響，如《老子·十一章》中有寫“有之以為利，無之以為用”，器物具有實(shí)質(zhì)用處和功能價值是無為的本源?，F(xiàn)諸多產(chǎn)品的設(shè)計在外觀上對其進(jìn)行繁瑣的裝飾，而對其本質(zhì)付諸遺忘。對實(shí)體部分裝飾越多，物質(zhì)的本源及人與物的互動就會被遮擋越多。道家推崇的“自然無為”表達(dá)了重視自然樸實(shí)，減少裝飾性，對材料審曲面勢，注重材料的自然特性，并順其形其勢展示材料本身的自然美感，反對不必要的復(fù)雜修飾。

三、產(chǎn)品設(shè)計中禪茶文化的體現(xiàn)

在產(chǎn)品設(shè)計中，產(chǎn)品本身所呈現(xiàn)出來的語義，其中包括它的形態(tài)、色彩、材質(zhì)等元素都以特有的語言符號傳遞給使用者，設(shè)計者通過產(chǎn)品的語言符號表現(xiàn)出設(shè)計構(gòu)思與意圖，傳達(dá)出產(chǎn)品本身的內(nèi)涵呈現(xiàn)給使用者，兩者通過產(chǎn)品這一橋梁相互溝通。

現(xiàn)今流行的簡約化設(shè)計與飲茶參禪中的寧靜、空靈，與少即是多的觀念相呼應(yīng)。在快節(jié)奏生活中的都市里，卻少了些許的幽靜，禪茶所演繹出的“空”“靜”意境正是這樣一股清流流入心中，創(chuàng)造出產(chǎn)品特有的情調(diào)，喚起使用者共鳴。禪茶文化主要體現(xiàn)在產(chǎn)品的造型、色彩、材質(zhì)。產(chǎn)品的外觀造型呈現(xiàn)在使用者面前是最直觀具象的形式，禪茶文化中注重實(shí)用功能而輕裝飾，在產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)造型上設(shè)計簡潔，去除一些不必要的裝飾效果，注重人與產(chǎn)品的互動，喚起使用者內(nèi)心感悟。少即是多的理念，在外觀造型上多采用極簡的幾何形體解構(gòu)重組，營造一種簡約美感。

產(chǎn)品的色彩最具有表現(xiàn)力，直擊使用者的感官。不同的色彩及其表現(xiàn)形式營造出不同的氛圍。色彩有冷暖、明度、深淺之分，如暖色能夠引起人們的聯(lián)想，從心理上感到溫暖，在空間上感覺空間感變?。豪渖珟Ыo使用者寧靜放松的感覺，使空間感變大：高明度的暖色使人與產(chǎn)品之間的距離近一些；低明度的冷色則與高明度的暖色相反，讓使用者感覺有距離感一些；淺色讓使用者感到明亮、寧靜；深色則反之。具有禪意的產(chǎn)品設(shè)計中一般會使用淺色冷色調(diào)，諸如多數(shù)的黑卣灰經(jīng)典搭配，追求一種寧靜、雅致、舒適的意境。

材質(zhì)是產(chǎn)品外在的表現(xiàn)，在產(chǎn)品設(shè)計中起到重要角色，會直接影響到它的外觀造型設(shè)計。不同的材料營造出的意境也是不同的，不同的材料質(zhì)感給人心理、生理上的影響也是不同的。表現(xiàn)出禪意的產(chǎn)品設(shè)計中材料通常使用自然性材料，如竹木、石材、藤條等，可以傳達(dá)出樸素、崇尚自然意境，與禪意營造出的氛圍一致，可增強(qiáng)禪意氛圍。如無印良品中的產(chǎn)品注重材料的自然特性，充分表達(dá)出材料的真實(shí)感，給使用者不一樣的產(chǎn)品理念，簡約主義、追求天然、材料的自然質(zhì)感最大化，很好地詮釋了它的產(chǎn)品特性及所營造出來的禪意，讓使用者熱愛生活，追求自然、質(zhì)樸的生活。

四、結(jié)語

禪茶文化在日常生活中無處不在，禪茶營造出空寂的意境給快節(jié)奏的生活注入一些清新。禪茶的美學(xué)在設(shè)計中也被廣泛運(yùn)用，美化人們的生活。融八產(chǎn)品設(shè)計中的禪茶文化，給設(shè)計帶來了一種新的思維，注重人與物、人與自然相和諧的關(guān)系，崇尚自然與人性的關(guān)懷。

第二篇：影響新材料在產(chǎn)品設(shè)計中的選擇因素研究

影響新材料在產(chǎn)品設(shè)計中的選擇因素研究

摘要：新材料作為高新技術(shù)的基礎(chǔ)和先導(dǎo)，應(yīng)用范圍極其廣泛，它同信息技術(shù)、生物技術(shù)一起成為二十一世紀(jì)最重要和最具發(fā)展?jié)摿Φ念I(lǐng)域。伴隨著科技的發(fā)展和人類對自然的不斷探索，科學(xué)、技術(shù)為設(shè)計師提供了更加豐富的設(shè)計新材料，這為設(shè)計師提供了一個廣闊的創(chuàng)作平臺，也給設(shè)計師提出了更高的要求：要創(chuàng)造符合時代步伐的設(shè)計作品，就必須在掌握現(xiàn)代設(shè)計觀念和設(shè)計手段的前提下，充分認(rèn)識影響新材料選擇的因素。本文探討了影響未來新材料在產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用因素，希望能對大家的研究提供幫助。

關(guān)鍵詞：新材料產(chǎn)品設(shè)計影響因素

前言

材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，新材料是營造未來世界的基石。新材料和傳統(tǒng)材料都可能創(chuàng)造出讓人意想不到的新產(chǎn)品。人們不斷探索高科技材料，將許多以前的想象變?yōu)榭赡埽煌瑫r，傳統(tǒng)材料的巧妙運(yùn)用也為產(chǎn)品增添了更多的人為氣息。產(chǎn)品形態(tài)設(shè)計是立足現(xiàn)在，面向未來的設(shè)計，是對現(xiàn)實(shí)的產(chǎn)品形態(tài)和現(xiàn)有的產(chǎn)品的一種超越。新材料的選用是對現(xiàn)有產(chǎn)品形態(tài)超越的基礎(chǔ)。在設(shè)計中，對新材料的屬性分析成為產(chǎn)品設(shè)計的重要環(huán)節(jié)，在產(chǎn)品形態(tài)設(shè)計過程的最早階段就應(yīng)該考慮材料問題，選擇材料應(yīng)以產(chǎn)品實(shí)際功能要求為準(zhǔn)，或采用新材料創(chuàng)造出具有吸引力的外觀，或采用低廉的與產(chǎn)品使用壽命相一致的材料，通過精心的設(shè)計創(chuàng)造出獨(dú)特的形象。

在產(chǎn)品設(shè)計中，新材料作為組成產(chǎn)品性能的一個重要元素，對于完善產(chǎn)品的功能和豐富產(chǎn)品的內(nèi)涵有著重要的作用。隨著社會經(jīng)濟(jì)和信息科技的發(fā)展，以及產(chǎn)業(yè)面臨日益競爭的經(jīng)營環(huán)境，唯有使企業(yè)與設(shè)計師意識到應(yīng)用新材料與競爭優(yōu)勢的相互關(guān)系，方可促使企業(yè)重視發(fā)揮材料不同層次上的特征和趨勢發(fā)展的重要角色。新材料運(yùn)用的發(fā)展確實(shí)有助于傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)提升市場的競爭力。由于人們對材料的真實(shí)性和感知特性的要求越來越高，產(chǎn)品設(shè)計中選用恰當(dāng)?shù)男虏牧系囊笠苍絹碓娇量?，同時對現(xiàn)有材料的性能的提升和改善也十分關(guān)鍵。目前，設(shè)計師對新材料的選用比較盲目，缺乏一個正確的參考，很多設(shè)計師對新材料的選用仍然停留在舊有的經(jīng)驗(yàn)選材階段，這就很大程度上限制了設(shè)計師的選材思路。本文在影響新材料選擇的因素研究上，引入了“需求”這一概念。借助于需求，我們可以將產(chǎn)品世界與材料世界這兩個領(lǐng)域連結(jié)起來，然后通過需求匹配的方式來進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計創(chuàng)意設(shè)計。

1新材料科學(xué)的研究現(xiàn)狀

新材料作為高新技術(shù)的基礎(chǔ)和先導(dǎo)，應(yīng)用范圍極其廣泛，它同信息技術(shù)、生物技術(shù)一起成為二十一世紀(jì)最重要和最具發(fā)展?jié)摿Φ念I(lǐng)域。同傳統(tǒng)材料一樣，新材料可以從結(jié)構(gòu)組成、功能和應(yīng)用領(lǐng)域等多種不同角度對其進(jìn)行分類，不同的分類之間相互交叉和嵌套，目前，一般參照應(yīng)用領(lǐng)域和當(dāng)今的研究熱點(diǎn)把新材料分為以下的主要領(lǐng)域：

電子信息材料、新能源材料、納米材料、先進(jìn)復(fù)合材料、先進(jìn)陶瓷材料、生態(tài)環(huán)境材料、新型功能材料（含高溫超導(dǎo)材料、磁性材料、金剛石薄膜、功能高分子材料等）、生物醫(yī)用材料、高性能結(jié)構(gòu)材料、智能材料、新型建筑及化工新材料等。

新材料和產(chǎn)品設(shè)計之間到底具有什么樣的密切關(guān)系，將成為下文研究的重點(diǎn)。

2新材料與產(chǎn)品設(shè)計

每一種新材料或者材料的新用途的出現(xiàn)和成功運(yùn)用，都會引發(fā)產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域的一次重大變革。塑料的出現(xiàn)與運(yùn)用，極大地改變了工業(yè)產(chǎn)品的面貌，與金屬、木材制造的產(chǎn)品相比，塑料產(chǎn)品的造型幾乎變得“隨心所欲”。蘋果電腦對透明材料的成功運(yùn)用，使電腦形象煥然一新，成為很多廠家競相模仿的對象，這也成為了蘋果公司發(fā)展的一個重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)（圖1）。1851年英國倫敦第一屆世界博覽會的場館建筑一一水晶宮（圖2），第一次大規(guī)模地使用鋼結(jié)構(gòu)和大面積玻璃做為建筑材料，使建筑呈現(xiàn)出前所未有的形象。這座本是為世博會展品提供展示場所的建筑，其本身卻成為了第一屆世博會最成功的展品，成為人類歷史上的里程碑作品，開創(chuàng)了一個全新的局面。

設(shè)計與材料是緊密相連，不可分割的，任何設(shè)計都需通過材料來實(shí)現(xiàn)。作為工業(yè)產(chǎn)品造型的物質(zhì)基礎(chǔ)，在產(chǎn)品設(shè)計發(fā)展的過程中，設(shè)計材料同時也在不斷發(fā)展。產(chǎn)品造型設(shè)計的過程實(shí)質(zhì)上是對材料不斷加以理解和認(rèn)識的過程。產(chǎn)品造型設(shè)計中有三大要素分別是材料、色彩及形態(tài)。其中材料是工業(yè)產(chǎn)品造型載體，也是色彩和形態(tài)的載體。產(chǎn)品的信息要依靠材料傳達(dá)給消費(fèi)者。具體的說是經(jīng)由視覺和觸覺傳遞給消費(fèi)者的產(chǎn)品信息和造型語言是材料所承載的，因此，可以說材料是消費(fèi)者與產(chǎn)品相互溝通和交流的最重要的紐帶，是造型設(shè)計的立足點(diǎn)。選用材料是否合理，很大程度上決定了產(chǎn)品的市場認(rèn)可度。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新材料、新工藝層出不窮。進(jìn)入二十一世紀(jì)以來各種新材料層出不窮，在工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域，新材料對產(chǎn)品造型設(shè)計的影響也是不容忽視的。新材料的出現(xiàn)，往往會引起造型設(shè)計的變革，而設(shè)計變革產(chǎn)生的新的設(shè)計理念也使得材料的造型設(shè)計中的角色漸漸發(fā)生了一些變化，它不僅僅是產(chǎn)品造型的載體，更是提升產(chǎn)品性能，實(shí)現(xiàn)特定功能的關(guān)鍵因素。當(dāng)設(shè)計師不斷地更新設(shè)計理念的同時，也應(yīng)該意識到學(xué)習(xí)新材料，利用新材料的重要性，充分利用新材料的優(yōu)異性能，獨(dú)特質(zhì)感，設(shè)計出優(yōu)良的產(chǎn)品，以滿足人們?nèi)找嬖鲩L的物質(zhì)文化需求。

3影響新材料在產(chǎn)品設(shè)計中選用的因素

選擇材料是一件復(fù)雜的事情，影響材料的因素也有很多。對于新材料來說，需要考慮的問題應(yīng)該更具有時代性，產(chǎn)品是為人們的生活服務(wù)的，它必然受用戶、市場、環(huán)境這三個因素的影響，而這些影響又是建立一定的需求基礎(chǔ)之上的。因此，從需求角度對影響新材料選擇的因素研究分為以下三個方面：

3.1功能性需求因素

用戶對產(chǎn)品的需求是通過產(chǎn)品功能的實(shí)現(xiàn)來體現(xiàn)的，新材料是這一功能的物質(zhì)載體。

（1）安全性需求是最基本的原則：新材料的選擇應(yīng)當(dāng)按照有關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)正確選用，并充分考慮各種可能預(yù)見的危險。例如，小孩的玩具應(yīng)該考慮材料是否有毒性成分；醫(yī)院的某些電療設(shè)備與病人接觸的部位，其表面應(yīng)該選擇具有抗靜電性質(zhì)的材料。

（2）審美性需求因素：產(chǎn)品的外觀在很大程度上受其可見表面材質(zhì)的影響，表面材質(zhì)的觸感、視覺特性直接影響該材料產(chǎn)品的市場受歡迎程度。因此，外觀是新材料選擇必要考慮的重要因素。

3.2市場性需求因素

設(shè)計者應(yīng)該通過調(diào)研分析對目標(biāo)消費(fèi)群的要求進(jìn)行評估。對于材料，要考慮到消費(fèi)者的選用習(xí)慣往往會受到他們?nèi)粘＝佑|的各類產(chǎn)品的影響。不同的消費(fèi)者希望自己使用的產(chǎn)品與眾不同；還有些消費(fèi)者不喜歡改變，他們喜歡自己熟悉的產(chǎn)品和熟悉的材料，這樣他會覺得很安全。針對不同的消費(fèi)訴求，設(shè)計師在選擇材料時，應(yīng)該調(diào)查研究所設(shè)計產(chǎn)品的目標(biāo)消費(fèi)群的需求狀況，根據(jù)情況考慮是否選用新材料。另外此種材料是否可以獲得，是否還需要材料工程師開發(fā)，在加工成本上是否可被供應(yīng)商所接受，作為設(shè)計師應(yīng)該胸有成竹。

3.3環(huán)境性需求因素

隨著全球工業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)，生態(tài)環(huán)境受到了極大的破壞?？沙掷m(xù)發(fā)展的觀念深入人心，如何減少環(huán)境污染，保護(hù)生態(tài)環(huán)境成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，也成為設(shè)計師選用材料必須考慮的重要環(huán)境需求因素。所以，應(yīng)盡量選擇易處理、可回收的新材料，選擇同種類型的材料也會使廢物處理變得容易；對于需要消耗能量的產(chǎn)品，應(yīng)通過減輕質(zhì)量、提高效率等手段，降低能耗、節(jié)能減排。

4未來研究方向與重點(diǎn)

新材料的優(yōu)異性能為產(chǎn)品造型設(shè)計提供技術(shù)上的支持，也為設(shè)計的藝術(shù)性發(fā)揮提供了更大的發(fā)揮空間，因此，設(shè)計師應(yīng)考慮如何巧妙地利用新材料的特性。但是受各種因素的影響，很多新材料的應(yīng)用停滯不前，這需要材料工程師與產(chǎn)品設(shè)計師共同努力。

4.1新材料工藝性研究

產(chǎn)品設(shè)計中材料功能設(shè)計的實(shí)現(xiàn)，是建立在材料加工工藝可實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上的。新材料所要求的工藝與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件制造的加工工藝線路有密切關(guān)系。目前，由于加工工藝的限制，很多新材料的性能都不能更好的被應(yīng)用到產(chǎn)品中去，未來新技術(shù)的開發(fā)，必將成為材料工程師研究的重點(diǎn)。

4.2新材料功能性需求研究

任何事物的出現(xiàn)都是建立一定的需求基礎(chǔ)之上，新材料也不例外。未來通過用戶分析獲取用戶的材料功能性需求，必能帶動新材料產(chǎn)品的迅猛發(fā)展。

本文的研究從需求角度，探討了影響新材料選擇的因素，還不能從根本上解決產(chǎn)品設(shè)計中新材料應(yīng)用問題，只是為設(shè)計師方便的去選擇新材料，應(yīng)用新材料提供了一個參考。在今后的研究過程中，從專業(yè)角度進(jìn)行新材料應(yīng)用方法的研究具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

結(jié)語

新材料的不斷研發(fā)和應(yīng)用為產(chǎn)品設(shè)計提供了廣闊的發(fā)展空間，帶來了新的生機(jī)與活力；材料作為產(chǎn)品造型的基礎(chǔ)，在產(chǎn)品直觀的視覺效果中對形態(tài)、色彩和肌理起著決定性的作用，因此在產(chǎn)品設(shè)計時對材料的了解應(yīng)不亞于設(shè)計理念的了解。相信新材料的出現(xiàn)以及對已有材料的不斷研發(fā)應(yīng)用，將會給我們的設(shè)計帶來無限的創(chuàng)意，為設(shè)計注入新的靈魂。

第三篇：事理學(xué)在產(chǎn)品設(shè)計中的運(yùn)用

事理學(xué)在產(chǎn)品設(shè)計中的運(yùn)用

隨著經(jīng)濟(jì)水平的不斷提升，我們身邊的產(chǎn)品也變的越來越豐富，為了提升產(chǎn)品的品質(zhì)與易用性，各種設(shè)計理論與方法學(xué)也多種多樣。其中，設(shè)計事理學(xué)作為一種成熟的方法論正在越來越多地被運(yùn)用到具體的產(chǎn)品設(shè)計中。從生活中的“事理”出發(fā)，考慮產(chǎn)品與用戶的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)其中的問題，將其轉(zhuǎn)化為用戶的需求和產(chǎn)品。以“事”支撐產(chǎn)品地設(shè)計，使產(chǎn)品合情合理，是設(shè)計事理學(xué)的核心。本文以具體的校園自助式洗衣機(jī)為例，闡述如何從設(shè)計“物”到“事”的轉(zhuǎn)化，將設(shè)計事理學(xué)貫穿到具體的產(chǎn)品設(shè)計當(dāng)中，以實(shí)現(xiàn)設(shè)計為人們服務(wù)的目的。

人們經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高的同時，對生活的品質(zhì)要求也越來越高，關(guān)注點(diǎn)從原先具體的物轉(zhuǎn)化到產(chǎn)品所涉及到的整個服務(wù)當(dāng)中，這就要求設(shè)計師們轉(zhuǎn)變設(shè)計思想，從原先就物論物的設(shè)計方式轉(zhuǎn)變到設(shè)計生活方式的層面上來，這就是設(shè)計事理學(xué)所強(qiáng)調(diào)的從設(shè)計“物”到設(shè)計“事”的思想，本文試圖通過校園自助式洗衣機(jī)的設(shè)計來簡要闡述下設(shè)計事理學(xué)在產(chǎn)品設(shè)計中的具體運(yùn)用。

產(chǎn)品設(shè)計中的“事理”

設(shè)計是事理學(xué)是有清華大學(xué)教授柳冠中教授提出，在運(yùn)用事理學(xué)之前，需要弄清楚其中事理的含義和概念。西蒙在人為事物中作了事與物的區(qū)別，柳冠中繼續(xù)指出，“物”即生活中具體存在的物品，泛指實(shí)實(shí)在在的材料、設(shè)備、工具等；而“事”是一個抽象的概念，是上述物與人的中介關(guān)系，它對物做了外部限制，也是評定物好壞的標(biāo)準(zhǔn)。事有宏觀和微觀之分，宏觀上的事指的是事情發(fā)生的的情景與背景，微觀上的事指的是具體的行為事情。

事在本文中指特定時空下，人與人或物之間發(fā)生的行為互動或信息交換，在校園自助式洗衣機(jī)產(chǎn)品設(shè)計中的事宏觀上指的是學(xué)生使用自助式洗衣機(jī)的情境和背景信息，比如學(xué)生的宿舍生活情境和洗衣房洗衣情境，微觀上的事指學(xué)生在清洗衣物時與洗衣機(jī)發(fā)生的各種具體交互，比如放入衣物，選擇清洗方式，放入洗滌劑等等，在此過程中，人的意識有一定“意義”生成，而物發(fā)生了“狀態(tài)”的變化。

經(jīng)過對上述概念及內(nèi)容的理解下，我們再來看設(shè)計事理學(xué)概念。從“物”到“事”，從“情”到“理”，我們將其概括為設(shè)計事理學(xué)。從這簡短的描述中可以看出，任何設(shè)計的源頭都應(yīng)開始于特定人群的生活形態(tài)，生活方式及習(xí)慣的觀察、分析和研究，通過研究事去理解人的需求，進(jìn)而去創(chuàng)造滿足人們需求的物，再通過對人們使用設(shè)計物的過程進(jìn)行觀察與分析，找出其中的問題，加以改進(jìn)。這是事物發(fā)展“螺旋式”上升規(guī)律。

校園自助式洗衣機(jī)中的事理研究

校園自助式洗衣機(jī)產(chǎn)品，涉及到的場景包括校園公共洗衣房，學(xué)生的宿舍環(huán)境等，學(xué)生在具體的場景中與自助式洗衣機(jī)發(fā)生各種互動，包括行為上互動、信息的傳遞，因此在事理研究中需要先對場景和學(xué)生的行為進(jìn)行調(diào)研活動。調(diào)研的切入點(diǎn)將依據(jù)設(shè)計事理學(xué)的理論，按照事的結(jié)構(gòu)予以展開，主要包括高校學(xué)生使用自助式洗衣機(jī)清洗衣物事件發(fā)生的空間環(huán)境，事件的主體學(xué)生，以及衣物清洗事件中人的行為等因素，以了解校園自助式洗衣機(jī)設(shè)計的外部因素。

設(shè)計事理學(xué)對于“事”的考察不在于采樣的多少，而在于“質(zhì)”，即調(diào)研的深度和理解程度，強(qiáng)調(diào)更深入到現(xiàn)象之中，通過親身體驗(yàn)了解研究對象的思維方式。因此調(diào)研的具體方法上，主要采用用戶日記和深入觀察的方法。

用戶圖片日記主要是讓被選取的高校學(xué)生用智能手機(jī)來記錄日常生活的衣物存放情況（尤其是已穿過的衣物存放情況）、以及使用自助助式洗衣機(jī)進(jìn)行衣物清洗的情況，還有衣物清洗完的后續(xù)處理晾曬情況。

觀察法是調(diào)查那些在用戶圖片日記中無法獲取的信息，比如高校學(xué)生的動態(tài)行為、情感及性格特征等，發(fā)現(xiàn)具體的細(xì)節(jié)信息，探究現(xiàn)象背后的意義，以支撐最后設(shè)計方案的產(chǎn)出。

具體的調(diào)研過程就不在此贅述，上文已給出校園自助式洗衣機(jī)“事理”調(diào)研的內(nèi)容和方法，這里給出筆者的一個調(diào)研結(jié)果。高校學(xué)生使用自助式洗衣機(jī)的整個過程中問題主要表現(xiàn)幾種在以下三個方面：

1、對衛(wèi)生問題的關(guān)注，比如本能地對公共產(chǎn)品的衛(wèi)生產(chǎn)生心理上的排斥感，自助式洗衣機(jī)長期使用后污漬在?韌氨諫系幕?累等；

2、對洗衣效率的關(guān)注，比如人多時有限的洗衣機(jī)怎樣清洗更多的衣物，衣物洗干凈后如何提醒學(xué)生及時取走等；

3、對洗衣過程便捷的關(guān)注，比如及時提前知道洗衣房中是否有空余的洗衣機(jī)，無需自己去把握放入洗衣液的量等。

通過對自助式洗衣機(jī)的事理研究，將結(jié)果進(jìn)行分析和整合，從中可以發(fā)現(xiàn)很多設(shè)計機(jī)遇，而每一個設(shè)計機(jī)遇都可以作為特定的設(shè)計主題進(jìn)行概念展開發(fā)展，比如針對衛(wèi)生這個角度，可以考慮在?韌安牧現(xiàn)刑砑涌咕?添加劑，或在洗衣機(jī)中增加除菌設(shè)備，又或者可以考慮采用?韌翱剎鸚斗絞劍?能獨(dú)立清洗。由此可見，用設(shè)計事理學(xué)的方法考慮設(shè)計問題始于從“事”中找到特定群體對產(chǎn)品的真實(shí)需求，事是問題的來源，是設(shè)計的起點(diǎn)，也是設(shè)計的評價參照。

總結(jié)

作為一名工業(yè)設(shè)計師，可以從不同的角度進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計，可以是針對現(xiàn)有產(chǎn)品的改良設(shè)計，可以是針對未來需求的概念設(shè)計，無論采用哪種設(shè)計方法，都需要清晰的了解特定群體的需求，針對其需求進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計。設(shè)計事理學(xué)，作為一種研究用戶使用產(chǎn)品整個過程“事”的設(shè)計方法學(xué)，能沉浸到具體的情境當(dāng)中去挖掘用戶的需求，使得最終的設(shè)計更加合情合理。因此，設(shè)計事理學(xué)無論是對改良型產(chǎn)品設(shè)計或是概念型產(chǎn)品設(shè)計都能直擊用戶痛點(diǎn)，準(zhǔn)確把握用戶的根本需求，無論從理論上還是實(shí)踐上對產(chǎn)品設(shè)計都是有很大指導(dǎo)意義。

第四篇：TRIZ理論在產(chǎn)品概念設(shè)計中的應(yīng)用研究

TRIZ理論在產(chǎn)品概念設(shè)計中的應(yīng)用研究

通過對概念設(shè)計的分析研究，闡述了TRIZ的理論體系及其簡化的“1141”體系，歸納了TRIZ的理論基礎(chǔ)和基本思想，介紹了基于TRIZ的產(chǎn)品概念設(shè)計過程模型，分析了TRIZ中技術(shù)沖突及物理沖突解決流程以及2種沖突解決原理之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系?；赥RIZ概念設(shè)計過程模型，將TRIZ中技術(shù)沖突解決原理及物理沖突解決原理應(yīng)用于新型旋轉(zhuǎn)展車臺的概念設(shè)計中，并通過實(shí)驗(yàn)研究驗(yàn)證了TRIZ概念設(shè)計過程模型的正確性及可行性。

產(chǎn)品創(chuàng)新是企業(yè)在市場競爭中取勝的關(guān)鍵因素，而概念設(shè)計是產(chǎn)品創(chuàng)新的核心。概念設(shè)計決定產(chǎn)品的形狀、布局和工作原理等，其質(zhì)量直接決定產(chǎn)品的最終質(zhì)量。在產(chǎn)品概念設(shè)計階段快速產(chǎn)生1個有競爭力的產(chǎn)品創(chuàng)新方案，可以幫助企業(yè)快速響應(yīng)市場需求、提高產(chǎn)品的競爭力。發(fā)明問題解決理論TRIZ為概念設(shè)計提供了切實(shí)可行的方向，使概念設(shè)計過程變得有序可尋且富有可操作性和可預(yù)見性。將TRIZ理論應(yīng)用于產(chǎn)品的概念設(shè)計階段，可大大提高創(chuàng)新的質(zhì)量和效率。概念設(shè)計

產(chǎn)品設(shè)計過程分為產(chǎn)品需求分析、概念設(shè)計、技術(shù)設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計等4個階段。目前的設(shè)計過程模型是我國正在推廣應(yīng)用的并行設(shè)計過程模型，如圖1所示。

圖1 并行設(shè)計模型

概念設(shè)計是構(gòu)思及選擇產(chǎn)品工作原理的階段，對于已有產(chǎn)品的改進(jìn)設(shè)計，主要是改進(jìn)部分工作原理；對于新設(shè)計，要構(gòu)思并選擇全新的原理。產(chǎn)品創(chuàng)新方案的形成主要在概念設(shè)計階段，概念設(shè)計過程所產(chǎn)生的新的原理解具有市場競爭力及實(shí)際實(shí)現(xiàn)的可能性。

概念設(shè)計可總結(jié)概括為：概念設(shè)計是由分析用戶需求到生成概念產(chǎn)品的一系列有序的、可組織的、有目標(biāo)的設(shè)計活動，它表現(xiàn)為1個由粗到精、由模糊到清楚、由抽象到具體、不斷進(jìn)化的過程。

概念設(shè)計是產(chǎn)品設(shè)計中的關(guān)鍵階段，其重要性主要體現(xiàn)在2方面：(1)概念設(shè)計階段在很大程度上決定著最終產(chǎn)品的性能、創(chuàng)造性、價格、市場響應(yīng)速度和效率等；(2)在產(chǎn)品概念設(shè)計階段，由于對設(shè)計人員的約束相對較少，具有較大的創(chuàng)新空間。因此重視概念設(shè)計，為產(chǎn)品成功走向市場奠定了基礎(chǔ)，是增加產(chǎn)品競爭力的根本途徑?；赥RIZ的產(chǎn)品概念設(shè)計過程模型

2.1 發(fā)明問題解決理論(TRIZ)

TRIZ是俄語“發(fā)明問題解決理論”的縮寫。該理論是基于知識的、面向人的發(fā)明問題解決系統(tǒng)化方法學(xué)。

(1)TRIZ的理論體系

TRIZ理論體系以辯證法、系統(tǒng)論和認(rèn)識論為哲學(xué)指導(dǎo)，以自然科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)和思維

科學(xué)的分析和研究成果為根基和支柱，以技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化法則為理論基礎(chǔ)和核心思想，包括了

解決工程矛盾問題和復(fù)雜發(fā)明問題所需的各種分析方法、解題工具和算法流程。圖2為TRIZ的理論體系。

圖2 TRIZ的理論體系

山東建筑大學(xué)TRIZ研究所張明勤教授則將TRIZ理論體系簡化為“1141體系”，即I個

法則(技術(shù)進(jìn)化法則)，1種思想(最終理想解IFR)，4類問題(技術(shù)沖突與發(fā)明原理、物理沖

突與分離原理、物場分析與標(biāo)準(zhǔn)解、How to模型與知識庫)，1種算法(發(fā)明問題解決算法

ARIZ)。

(2)TRIZ的理論基礎(chǔ)和基本思想

G.S.Altshule:在研究了大量專利后發(fā)現(xiàn):產(chǎn)品或技術(shù)系統(tǒng)的進(jìn)化有規(guī)律可循;生產(chǎn)實(shí)踐中

遇到的工程沖突往復(fù)出現(xiàn);徹底解決工程沖突的創(chuàng)新原理容易掌握;其他領(lǐng)域的科學(xué)原理可

解決本領(lǐng)域技術(shù)問題。

TRIZ的核心是消除沖突及技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化原理。G.S.Altshuler技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化論指出技術(shù)

系統(tǒng)的進(jìn)化并非隨機(jī)的，而是遵循著一定的客觀進(jìn)化模式，所有系統(tǒng)都向“最終理想化”進(jìn)化，系統(tǒng)進(jìn)化的模式可以在過去的專利發(fā)明中發(fā)現(xiàn)，并可應(yīng)用于新系統(tǒng)的開發(fā)，從而避免盲目的嘗試和浪費(fèi)時間。G.S.Altshuler將工程沖突分為技術(shù)沖突和物理沖突，解決沖突的傳統(tǒng)辦法

是最優(yōu)化和折中法，結(jié)果沖突的雙方均未得到百分之百滿足，因此通常得到1個普通解決方

案，而TRIZ主張徹底解決沖突。G.S.Altshuler從各個不同工程領(lǐng)域的發(fā)明專利中尋找并總

結(jié)典型的工程沖突以及解決這些沖突的典型發(fā)明原理。

2.2 TRIZ概念設(shè)計過程模型

TRIZ理論研究的沖突主要包括技術(shù)沖突和物理沖突。技術(shù)沖突是指1個作用同時導(dǎo)致

有用及有害2種結(jié)果，也可指有用作用的引入或有害效應(yīng)的消除導(dǎo)致出現(xiàn)1個及幾個子系統(tǒng)

或系統(tǒng)變壞。，物理沖突是指為了實(shí)現(xiàn)某種功能，1個子系統(tǒng)或元件應(yīng)具有1種特性。但同

時又出現(xiàn)了與此特性相反的特性”。創(chuàng)新的核心是發(fā)現(xiàn)沖突及解決沖突。發(fā)現(xiàn)沖突是通過對

已有系統(tǒng)或虛擬系統(tǒng)的分析得到的，沖突的解可通過解決技術(shù)沖突或物理沖突得到。因此，基于TRIZ的概念設(shè)計過程可圍繞問題的分析與解決沖突來進(jìn)行。TRIZ概念設(shè)計過程模型

見圖3。

圖3 TRIZ概念設(shè)計過程模型

(1)分析

分是TRIZ工具之一，是解決問題的重要階段。它主要包括產(chǎn)品的功能分析、理想解(IFR)的確定、可用資源分析和沖突區(qū)域的確定。

(2)沖突的解決

①技術(shù)沖突解決原理

G.S.Altshuler通過對大量專利文獻(xiàn)研究、分析后，為了更好地解決實(shí)際問題，總結(jié)出39

個通用工程參數(shù)和40個發(fā)明原理。39個工程參數(shù)專門用于描述技術(shù)系統(tǒng)所發(fā)生問題的參數(shù)

屬性，有利于實(shí)現(xiàn)具體問題的一般化表達(dá)；40個發(fā)明原理是TRIZ中最重要、具有普遍用途的工具，它開啟了l道解決發(fā)明問題的天窗，使原來認(rèn)為不可能解決的問題獲得突破性的進(jìn)

展，40個發(fā)明原理現(xiàn)已從傳統(tǒng)的工程領(lǐng)域擴(kuò)展到微電子、醫(yī)學(xué)、管理、文化教育等當(dāng)今社

會的各個領(lǐng)域。39個通用工程參數(shù)和40個發(fā)明原理共同組成了沖突解決矩陣。

②物理沖突解決原理

TRIZ中解決物理矛盾有11種分離方法歸結(jié)為4大分離原理，即空間分離、時間分離、基于條件的分離以及系統(tǒng)級別分離。

TRIZ通過中間工具建立了問題模型和解決方案模型之間的聯(lián)系，是1種程式化的創(chuàng)新

設(shè)計方法。TRIZ具有良好的學(xué)習(xí)性、繼承性和操作性。圖4為TRIZ程式化解決沖突的流

程。

圖4 TRIZ程式化解決沖突流程TRIZ理論在新型旋轉(zhuǎn)展車臺概念設(shè)計中的應(yīng)用

3.1 問題分析

近年來4s汽車專賣店在我國迅速發(fā)展，每個品牌的4S店基本上都超過100家，但是我國轎車銷售4S店除少數(shù)幾個中高檔品牌外，其余品牌的4S店現(xiàn)狀已不容樂觀。究其原因，除了國家宏觀調(diào)控及轎車市場回歸理性發(fā)展等因素外，成本太高也是不得不考慮的因素。據(jù)

調(diào)查，其場租每天在8～20元/㎡甚至更高，在目前汽車銷售利潤很薄的情況下，大部分經(jīng)

銷商很難承受如此昂貴的場租。因此，實(shí)現(xiàn)在有限場地展示更多的汽車成為問題解決的唯一

出路。

現(xiàn)有展車模式大部分是靜態(tài)展車，靜態(tài)展車模式致使在有限的汽車展示場地展示汽車數(shù)

量少，導(dǎo)致展示汽車品種少，滿足不了用戶多層次的需求。故可將此問題中的沖突定義為：

沖突l——展車數(shù)量一展車臺尺寸；沖突2——展車面積希望大，這樣展車數(shù)量就比較多；

展車面積希望小，這樣汽車展示比較集中，便于顧客選擇。

3.2 系統(tǒng)中的沖突解決

(1)利用技術(shù)沖突解決沖突l(見表1)。

表1技術(shù)沖突解決表

縱觀40個發(fā)明原理，可選擇15動態(tài)化原理來解決問題。動態(tài)化原理的具體描述為：使

物體或其環(huán)境自動調(diào)節(jié)，以使其在每個動作階段的性能達(dá)到最佳；把物體分成幾個部分，各

部分之間可相對改變位置；將不動的物體改變?yōu)榭蓜拥模蚓哂凶赃m應(yīng)性。

(2)將物理沖突轉(zhuǎn)化為技術(shù)沖突解決沖突2沖突2為典型的物理矛盾，物理矛盾比技術(shù)

矛盾更尖銳，可選擇4大分離原理來解決問題。英國Bath大學(xué)的Mann通過研究提出，解

決物理矛盾的分離原理與解決技術(shù)矛盾的發(fā)明原理之間存在關(guān)系。表2為分離原理與發(fā)明原

理關(guān)系表。

表2分離原理與發(fā)明原理的關(guān)系

對于沖突2，可選擇分離原理中的空間分離原理來解決。將其轉(zhuǎn)化成技術(shù)矛盾，則可利

用表2中相應(yīng)的原理，即：1.分割原理；2.抽取原理；3.局部質(zhì)量原理；4.非對稱原理；7.嵌套原理；13.反向作用原理；17.空間維數(shù)變化原理；24.借助中介物原理；26.復(fù)制原理；30.柔性殼體或薄膜原理。并通過比較分析以上原理，選定17.空間維數(shù)變化原理來解決該物理

矛盾。

空間維數(shù)變化原理的具體描述為：將物體從一維變到二維或三維空間；單層排列的物體，變?yōu)槎鄬优帕?；將物體傾斜或側(cè)向放置；利用照射到臨近表面或物體背面的光線。

3.3 最終理想解(IFR)

沖突1基于動態(tài)化原理，打破傳統(tǒng)的靜態(tài)展車模式，大膽采用動態(tài)化展車，將原來靜態(tài)的展車臺變?yōu)榭蛇\(yùn)動的展車臺。沖突2基于空間維數(shù)變化原理，采用摩天輪式垂直旋轉(zhuǎn)方案，展車臺單體向空間發(fā)展，實(shí)現(xiàn)由二維到三維的轉(zhuǎn)變。

綜合沖突1、2的解決方案，可得到最終的設(shè)計方案——新型垂直旋轉(zhuǎn)展車臺，采用整體結(jié)構(gòu)垂直旋轉(zhuǎn)，展車臺單體均布于空間同一圓上。新型旋轉(zhuǎn)展車臺結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示。

圖5 新型旋轉(zhuǎn)展車臺不意圖

1．展車臺 2．展車臺底座 3．毛肢 4.回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 5．中間支撐 6．底座實(shí)驗(yàn)研究

基于該方案，對新型旋轉(zhuǎn)展車臺進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究與實(shí)物設(shè)計制造。通過模型制作與運(yùn)行調(diào)試，較為滿意地達(dá)到了預(yù)期的效果，充分證明該結(jié)構(gòu)形式的可行性、可制造性、可裝配性、可組裝性、可控性等。2008年6月山東建筑大學(xué)TRIZ研究所與青島東軫泊車公司聯(lián)合研制了3車位新型旋轉(zhuǎn)展車臺實(shí)物，該實(shí)物運(yùn)行平穩(wěn)，定位準(zhǔn)確，證明了原理的正確性和可行性。結(jié)論

TRIZ理論可以讓設(shè)計者快速準(zhǔn)確的找到問題的解決方案，將其引入產(chǎn)品概念設(shè)計中，基于TRIZ的概念設(shè)計流程圖可使問題的解決實(shí)現(xiàn)程式化，有規(guī)律可循。

第五篇：金屬材料在產(chǎn)品設(shè)計中應(yīng)用研究報告

金屬材料在產(chǎn)品設(shè)計中應(yīng)用研究報告

——鈦合金

一、相關(guān)定義

鈦是20世紀(jì)50年代發(fā)展起來的一種重要的結(jié)構(gòu)金屬，鈦合金因具有強(qiáng)度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點(diǎn)而被廣泛用于各個領(lǐng)域。世界上許多國家都認(rèn)識到鈦合金材料的重要性，相繼對其進(jìn)行研究開發(fā)，并得到了實(shí)際應(yīng)用。20世紀(jì)50～60年代，主要是發(fā)展航空發(fā)動機(jī)用的高溫鈦合金和機(jī)體用的結(jié)構(gòu)鈦合金，70年代開發(fā)出一批耐蝕鈦合金，80年代以來，耐蝕鈦合金和高強(qiáng)鈦合金得到進(jìn)一步發(fā)展。鈦合金主要用于制作飛機(jī)發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)部件，其次為火箭、導(dǎo)彈和高速飛機(jī)的結(jié)構(gòu)件。α鈦合金

它是α相固溶體組成的單相合金，不論是在一般溫度下還是在較高的實(shí)際應(yīng)用溫度下，均是α相，組織穩(wěn)定，耐磨性高于純鈦，抗氧化能力強(qiáng)。在500℃～600℃的溫度下，仍保持其強(qiáng)度和抗蠕變性能，但不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，室溫強(qiáng)度不高。β鈦合金

它是β相固溶體組成的單相合金，未熱處理即具有較高的強(qiáng)度，淬火、時效后合金得到進(jìn)一步強(qiáng)化，室溫強(qiáng)度可達(dá)1372～1666 MPa；但熱穩(wěn)定性較差，不宜在高溫下使用。α+β鈦合金

它是雙相合金，具有良好的綜合性能，組織穩(wěn)定性好，有良好的韌性、塑性和高溫變形性能，能較好地進(jìn)行熱壓力加工，能進(jìn)行淬火、時效使合金強(qiáng)化。熱處理后的強(qiáng)度約比退火狀態(tài)提高50%～100%；高溫強(qiáng)度高，可在400℃～500℃的溫度下長期工作，其熱穩(wěn)定性次于α鈦合金。

三種鈦合金中最常用的是α鈦合金和α+β鈦合金；α鈦合金的切削加工性最好，α+β鈦合金次之，β鈦合金最差。α鈦合金代號為TA，β鈦合金代號為TB，α+β鈦合金代號為TC。

鈦合金按用途可分為耐熱合金、高強(qiáng)合金、耐蝕合金（鈦-鉬，鈦-鈀合金等）、低溫合金以及特殊功能合金（鈦-鐵貯氫材料和鈦-鎳記憶合金）等。典型合金的成分和性能見表。

熱處理鈦合金通過調(diào)整熱處理工藝可以獲得不同的相組成和組織。一般認(rèn)為細(xì)小等軸組織具有較好的塑性、熱穩(wěn)定性和疲勞強(qiáng)度；針狀組織具有較高的持久強(qiáng)度、蠕變強(qiáng)度和斷裂韌性；等軸和針狀混合組織具有較好的綜合性能。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

鈦合金具有強(qiáng)度高而密度又小，機(jī)械性能好，韌性和抗蝕性能很好。另外，鈦合金的工藝性能差，切削加工困難，在熱加工中，非常容易吸收氫氧氮碳等雜質(zhì)。還有抗磨性差，生產(chǎn)工藝復(fù)雜。鈦的工業(yè)化生產(chǎn)是1948年開始的。航空工業(yè)發(fā)展的需要，使鈦工業(yè)以平均每年約 8%的增長速度發(fā)展。目前世界鈦合金加工材年產(chǎn)量已達(dá)4萬余噸,鈦合金牌號近30種。使用最廣泛的鈦合金是Ti-6Al-4V(TC4),Ti-5Al-2.5Sn(TA7)和工業(yè)純鈦（TA1、TA2和TA3）。

鈦合金主要用于制作飛機(jī)發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)部件，其次為火箭、導(dǎo)彈和高速飛機(jī)的結(jié)構(gòu)件。60年代中期，鈦及其合金已在一般工業(yè)中應(yīng)用，用于制作電解工業(yè)的電極，發(fā)電站的冷凝器，石油精煉和海水淡化的加熱器以及環(huán)境污染控制裝置等。鈦及其合金已成為一種耐蝕結(jié)構(gòu)材料。此外還用于生產(chǎn)貯氫材料和形狀記憶合金等。

中國于1956年開始鈦和鈦合金研究；60年代中期開始鈦材的工業(yè)化生產(chǎn)并研制成TB2合金。

鈦合金是航空航天工業(yè)中使用的一種新的重要結(jié)構(gòu)材料，比重、強(qiáng)度和使用溫度介于鋁和鋼之間，但比強(qiáng)度高并具有優(yōu)異的抗海水腐蝕性能和超低溫性能。1950年美國首次在F-84戰(zhàn)斗轟炸機(jī)上用作后機(jī)身隔熱板、導(dǎo)風(fēng)罩、機(jī)尾罩等非承力構(gòu)件。60年代開始鈦合金的使用部位從后機(jī)身移向中機(jī)身、部分地代替結(jié)構(gòu)鋼制造隔框、梁、襟翼滑軌等重要承力構(gòu)件。鈦合金在軍用飛機(jī)中的用量迅速增加，達(dá)到飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量的20%～25%。70年代起，民用機(jī)開始大量使用鈦合金，如波音747客機(jī)用鈦量達(dá)3640公斤以上。馬赫數(shù)小于 2.5的飛機(jī)用鈦主要是為了代替鋼，以減輕結(jié)構(gòu)重量。又如，美國SR-71 高空高速偵察機(jī)(飛行馬赫數(shù)為3，飛行高度26212米)，鈦占飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量的93%，號稱“全鈦”飛機(jī)。當(dāng)航空發(fā)動機(jī)的推重比從4～6提高到8～10，壓氣機(jī)出口溫度相應(yīng)地從200～300°C增加到500～600°C時，原來用鋁制造的低壓壓氣機(jī)盤和葉片就必須改用鈦合金，或用鈦合金代替不銹鋼制造高壓壓氣機(jī)盤和葉片，以減輕結(jié)構(gòu)重量。70年代，鈦合金在航空發(fā)動機(jī)中的用量一般占結(jié)構(gòu)總重量的20%～30%，主要用于制造壓氣機(jī)部件，如鍛造鈦風(fēng)扇、壓氣機(jī)盤和葉片、鑄鈦壓氣機(jī)機(jī)匣、中介機(jī)匣、軸承殼體等。航天器主要利用鈦合金的高比強(qiáng)度，耐腐蝕和耐低溫性能來制造各種壓力容器、燃料貯箱、緊固件、儀器綁帶、構(gòu)架和火箭殼體。人造地球衛(wèi)星、登月艙、載人飛船和航天飛機(jī)也都使用鈦合金板材焊接件。高溫鈦合金

世界上第一個研制成功的高溫鈦合金是Ti-6Al-4V，使用溫度為300-350℃。隨后相繼研制出使用溫度達(dá)400℃的IMI550、BT3-1等合金，以及使用溫度為450~500℃的IMI679、IMI685、Ti-6246、Ti-6242等合金。目前已成功地應(yīng)用在軍用和民用飛機(jī)發(fā)動機(jī)中的新型高溫鈦合金有.英國的IMI829、IMI834合金；美國的Ti-1100合金；俄羅斯的BT18Y、BT36合金等。表7為部分國家新型高溫鈦合金的最高使用溫度[26]。

近幾年國外把采用快速凝固/粉末冶金技術(shù)、纖維或顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料研制鈦合金作為高溫鈦合金的發(fā)展方向，使鈦合金的使用溫度可提高到650℃以上[1,27,29,31]。美國麥道公司采用快速凝固/粉末冶金技術(shù)戚功地研制出一種高純度、高致密性鈦合金，在760℃下其強(qiáng)度相當(dāng)于目前室溫下使用的鈦合金強(qiáng)度[26]。

鈦鋁化合物為基的鈦合金

與一般鈦合金相比，鈦鋁化合物為基鈉Ti3Al（α2）和TiAl（γ）金屬間化合物的最大優(yōu)點(diǎn)是高溫性能好（最高使用溫度分別為816和982℃）、抗氧化能力強(qiáng)、抗蠕變性能好和重量輕（密度僅為鎳基高溫合金的1/2），這些優(yōu)點(diǎn)使其成為未來航空發(fā)動機(jī)及飛機(jī)結(jié)構(gòu)件最具競爭力的材料[26]。

目前，已有兩個Ti3Al為基的鈦合金Ti-21Nb-14Al和Ti-24Al-14Nb-#v-0.5Mo在美國開始批量生產(chǎn)。其他近年來發(fā)展的Ti3Al為基的鈦合金有Ti-24Al-11Nb、Ti25Al-17Nb-1Mo和Ti-25Al-10Nb-3V-1Mo等[29]。TiAl（γ）為基的鈦合金受關(guān)注的成分范圍為Ti-（46-52）Al-（1-10）M（at.%），此處M為v、Cr、Mn、Nb、Mn、Mo和W中的至少一種元素。最近，TiAl3為基的鈦合金開始引起注意，如Ti-65Al-10Ni合金[1]。

高強(qiáng)高韌β型鈦合金

β型鈦合金最早是20世紀(jì)50年代中期由美國Crucible公司研制出的B120VCA合金（Ti-13v-11Cr-3Al）。β型鈦合金具有良好的冷熱加工性能，易鍛造，可軋制、焊接，可通過固溶-時效處理獲得較高的機(jī)械性能、良好的環(huán)境抗力及強(qiáng)度與斷裂韌性的很好配合。新型高強(qiáng)高韌β型鈦合金最具代表性的有以下幾種[26,30]：

Ti1023（Ti-10v-2Fe-#al），該合金與飛機(jī)結(jié)構(gòu)件中常用的30CrMnSiA高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼性能相當(dāng)，具有優(yōu)異的鍛造性能；

Ti153（Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn），該合金冷加工性能比工業(yè)純鈦還好，時效后的室溫抗拉強(qiáng)度可達(dá)1000MPa以上；

β21S（Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si），該合金是由美國鈦金屬公司Timet分部研制的一種新型抗氧化、超高強(qiáng)鈦合金，具有良好的抗氧化性能，冷熱加工性能優(yōu)良，可制成厚度為0.064mm的箔材；

日本鋼管公司（NKK）研制成功的SP-700（Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe）鈦合金，該合金強(qiáng)度高，超塑性延伸率高達(dá)2000%，且超塑成形溫度比Ti-6Al-4V低140℃，可取代Ti-6Al-4V合金用超塑成型-擴(kuò)散連接（SPF/DB）技術(shù)制造各種航空航天構(gòu)件；

俄羅斯研制出的BT-22（TI-5v-5Mo-1Cr-5Al），其抗拉強(qiáng)度可達(dá)1105MPA以上。

阻燃鈦合金

常規(guī)鈦合金在特定的條件下有燃烷的傾向，這在很大程度上限制了其應(yīng)用。針對這種情況，各國都展開了對阻燃鈦合金的研究并取得一定突破。羌國研制出的Alloy c（也稱為Ti-1720），名義成分為50Ti-35v-15Cr（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），是一種對持續(xù)燃燒不敏感的阻燃鈦合金，己用于F119發(fā)動機(jī)。BTT-1和BTT-3為俄羅斯研制的阻燃鈦合金，均為Ti-Cu-Al系合金，具有相當(dāng)好的熱變形工藝性能，可用其制成復(fù)雜的零件[26]。

醫(yī)用鈦合金

鈦無毒、質(zhì)輕、強(qiáng)度高且具有優(yōu)良的生物相容性，是非常理想的醫(yī)用金屬材料，可用作植入人體的植入物等。目前，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中廣泛使用的仍是Ti-6Al-4v ELI合金。但后者會析出極微量的釩和鋁離子，降低了其細(xì)胞適應(yīng)性且有可能對人體造成危害，這一問題早已引起醫(yī)學(xué)界的廣泛關(guān)注。美國早在20世紀(jì)80年代中期便開始研制無鋁、無釩、具有生物相容性的鈦合金，將其用于矯形術(shù)。日本、英國等也在該方面做了大量的研究工作，并取得一些新的進(jìn)展。例如，日本已開發(fā)出一系列具有優(yōu)良生物相容性的α+β鈦合金，包括Ti-15Zr-4Nb_4ta-0.2Pd、Ti-15Zr-4Nb-aTa-0.2Pd-0.20~0.05N、Ti-15Sn-4Nb-2Ta-0.2Pd和Ti-15Sn-4nb-2Ta-0.2Pd-0.20，這些合金的腐蝕強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和抗腐蝕性能均優(yōu)于Ti-6Al-4v ELI。與α+β鈦合金相比，β鈦合金具有更高的強(qiáng)度水乎，以及更好的切口性能和韌性，更適于作為植入物植入人體。在美國，已有5種β鈦合金被推薦至醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，即TMZFTM（TI-12Mo-^Zr-2Fe）、Ti-13Nb-13Zr、Timetal 21SRx（TI-15Mo-2.5Nb-0.2Si）、Tiadyne 1610（Ti-16Nb-9.5Hf）和Ti-15Mo。估計在不久的將來，此類具有高強(qiáng)度、低彈性模量以及優(yōu)異成形性和抗腐蝕性能的廬鈦合金很有可能取代目前醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中廣泛使用的Ti-6Al-4V ELI合金[28,32]。

三、加工工藝

1、熱處理

常用的熱處理方法有退火、固溶和時效處理。退火是為了消除內(nèi)應(yīng)力、提高塑性和組織穩(wěn)定性，以獲得較好的綜合性能。通常α合金和（α+β）合金退火溫度選在（α+β）─→β相轉(zhuǎn)變點(diǎn)以下120～200℃；固溶和時效處理是從高溫區(qū)快冷,以得到馬氏體α′相和亞穩(wěn)定的β相,然后在中溫區(qū)保溫使這些亞穩(wěn)定相分解，得到α相或化合物等細(xì)小彌散的第二相質(zhì)點(diǎn)，達(dá)到使合金強(qiáng)化的目的。通常(α+β)合金的淬火在(α+β)─→β相轉(zhuǎn)變點(diǎn)以下40～100℃進(jìn)行，亞穩(wěn)定β合金淬火在(α+β)─→β相轉(zhuǎn)變點(diǎn)以上40～80℃進(jìn)行。時效處理溫度一般為450～550℃。

總結(jié)，鈦合金的熱處理工藝可以歸納為：

（1）消除應(yīng)力退火：目的是為消除或減少加工過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。防止在一些腐蝕環(huán)境中的化學(xué)侵蝕和減少變形。

（2）完全退火：目的是為了獲得好的韌性，改善加工性能，有利于再加工以及提高尺寸和組織的穩(wěn)定性。

（3）固溶處理和時效：目的是為了提高其強(qiáng)度，α鈦合金和穩(wěn)定的β鈦合金不能進(jìn)行強(qiáng)化熱處理，在生產(chǎn)中只進(jìn)行退火。α+β鈦合金和含有少量α相的亞穩(wěn)β鈦合金可以通過固溶處理和時效使合金進(jìn)一步強(qiáng)化。

此外，為了滿足工件的特殊要求，工業(yè)上還采用雙重退火、等溫退火、β熱處理、形變熱處理等金屬熱處理工藝。

2、切削 切削特點(diǎn)

鈦合金的硬度大于HB350時切削加工特別困難，小于HB300時則容易出現(xiàn)粘刀現(xiàn)象，也難于切削。但鈦合金的硬度只是難于切削加工的一個方面，關(guān)鍵在于鈦合金本身化學(xué)、物理、力學(xué)性能間的綜合對其切削加工性的影響。鈦合金有如下切削特點(diǎn)：

(1)變形系數(shù)?。哼@是鈦合金切削加工的顯著特點(diǎn)，變形系數(shù)小于或接近于1。切屑在前刀面上滑動摩擦的路程大大增大，加速刀具磨損。

(2)切削溫度高：由于鈦合金的導(dǎo)熱系數(shù)很小(只相當(dāng)于45號鋼的1/5～1/7)，切屑與前刀面的接觸長度極短，切削時產(chǎn)生的熱不易傳出，集中在切削區(qū)和切削刃附近的較小范圍內(nèi)，切削溫度很高。在相同的切削條件下，切削溫度可比切削45號鋼時高出一倍以上。

(3)單位面積上的切削力大：主切削力比切鋼時約小20%，由于切屑與前刀面的接觸長度極短，單位接觸面積上的切削力大大增加，容易造成崩刃。同時，由于鈦合金的彈性模量小，加工時在徑向力作用下容易產(chǎn)生彎曲變形，引起振動，加大刀具磨損并影響零件的精度。因此，要求工藝系統(tǒng)應(yīng)具有較好的剛性。

(4)冷硬現(xiàn)象嚴(yán)重：由于鈦的化學(xué)活性大，在高的切削溫度下，很容易吸收空氣中的氧和氮形成硬而脆的外皮；同時切削過程中的塑性變形也會造成表面硬化。冷硬現(xiàn)象不僅會降低零件的疲勞強(qiáng)度，而且能加劇刀具磨損，是切削鈦合金時的一個很重要特點(diǎn)。

(5)刀具易磨損：毛坯經(jīng)過沖壓、鍛造、熱軋等方法加工后，形成硬而脆的不均勻外皮，極易造成崩刃現(xiàn)象，使得切除硬皮成為鈦合金加工中最困難的工序。另外，由于鈦合金對刀具材料的化學(xué)親和性強(qiáng)，在切削溫度高和單位面積上切削力大的條件下，刀具很容易產(chǎn)生粘結(jié)磨損。車削鈦合金時，有時前刀面的磨損甚至比后刀面更為嚴(yán)重；進(jìn)給量f<0.1 mm/r時，磨損主要發(fā)生在后刀面上；當(dāng)f>0.2 mm/r時，前刀面將出現(xiàn)磨損；用硬質(zhì)合金刀具精車和半精車時，后刀面的磨損以VBmax<0.4 mm較合適。

在銑削加工中，由于鈦合金材料的導(dǎo)熱系數(shù)低，而且切屑與前刀面的接觸長度極短，切削時產(chǎn)生的熱不易傳出，集中在切削變形區(qū)和切削刃附近的較小范圍內(nèi)，加工時切削刃刃口處會產(chǎn)生極高的切削溫度，將大大縮短刀具壽命。對于鈦合金Ti6Al4V來說，在刀具強(qiáng)度和機(jī)床功率允許的條件下，切削溫度的高低是影響刀具壽命的關(guān)鍵因素，而并非切削力的大小。

刀具材料

切削加工鈦合金應(yīng)從降低切削溫度和減少粘結(jié)兩方面出發(fā)，選用紅硬性好、抗彎強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性能好、與鈦合金親和性差的刀具材料，YG類硬質(zhì)合金比較合適。由于高速鋼的耐熱性差，因此應(yīng)盡量采用硬質(zhì)合金制作的刀具。常用的硬質(zhì)合金刀具材料有YG8、YG3、YG6X、YG6A、813、643、YS2T和YD15等。

涂層刀片和YT類硬質(zhì)合金會與鈦合金產(chǎn)生劇烈的親和作用，加劇刀具的粘結(jié)磨損，不宜用來切削鈦合金；對于復(fù)雜、多刃刀具，可選用高釩高速鋼(如W12Cr4V4Mo)、高鈷高速鋼(如W2Mo9Cr4VCo8)或鋁高速鋼(如W6Mo5Cr4V2Al、M10Mo4Cr4V3Al)等刀具材料，適于制作切削鈦合金的鉆頭、鉸刀、立銑刀、拉刀、絲錐等刀具。

采用金剛石和立方氮化硼作刀具切削鈦合金，可取得顯著效果。如用天然金剛石刀具在乳化液冷卻的條件下，切削速度可達(dá)200 m/min；若不用切削液，在同等磨損量時，允許的切削速度僅為100m/min。

注意事項(xiàng)

在切削鈦合金的過程中，應(yīng)注意的事項(xiàng)有：

(1)由于鈦合金的彈性模量小，工件在加工中的夾緊變形和受力變形大，會降低工件的加工精度；工件安裝時夾緊力不宜過大，必要時可增加輔助支承。

(2)如果使用含氫的切削液，切削過程中在高溫下將分解釋放出氫氣，被鈦吸收引起氫脆；也可能引起鈦合金高溫應(yīng)力腐蝕開裂。

(3)切削液中的氯化物使用時還可能分解或揮發(fā)有毒氣體，使用時宜采取安全防護(hù)措施，否則不應(yīng)使用；切削后應(yīng)及時用不含氯的清洗劑徹底清洗零件，清除含氯殘留物。

(4)禁止使用鉛或鋅基合金制作的工、夾具與鈦合金接觸，銅、錫、鎘及其合金也同樣禁止使用。

(5)與鈦合金接觸的所有工、夾具或其他裝置都必須潔凈；經(jīng)清洗過的鈦合金零件，要防止油脂或指印污染，否則以后可能造成鹽(氯化鈉)的應(yīng)力腐蝕。

(6)一般情況下切削加工鈦合金時，沒有發(fā)火危險，只有在微量切削時，切下的細(xì)小切屑才有發(fā)火燃燒現(xiàn)象。為了避免火災(zāi)，除大量澆注切削液之外，還應(yīng)防止切屑在機(jī)床上堆積，刀具用鈍后立即進(jìn)行更換，或降低切削速度，加大進(jìn)給量以加大切屑厚度。若一旦著火，應(yīng)采用滑石粉、石灰石粉末、干砂等滅火器材進(jìn)行撲滅，嚴(yán)禁使用四氯化碳、二氧化碳滅火器，也不能澆水，因?yàn)樗芗铀偃紵?，甚至?dǎo)致氫爆炸。

建筑與藝術(shù)學(xué)院工業(yè)設(shè)計1101班

尹曦墨