为现代产品选择材料时要问的 5 个问题

由于当今可用的材料种类繁多，因此在为现代产品选择最佳材料方面存在一些挑战。鉴于技术和整体技术诀窍的改进，可以创建哪些产品以及可以使用哪些类型的材料比以往任何时候都更有可能。

选择使用最好的材料是创造现代产品的关键步骤。过去，挑战更多地集中在采购材料（尤其是负担得起的材料）以及从设计角度来看的技术限制上。

然而，现代建筑商、承包商和设计师的任务是在竞争异常激烈的市场中寻找最好的材料。 选择错误的材料可能会在很多层面上造成不可挽回的损失。

以下是产品设计师和制造商在寻找有前途且具有竞争力的材料解决方案时应该提出的五个问题。

1。材料轻而坚固吗？

强度是许多产品的宝贵特征。 在极少数情况下，您会想要故意设计为弱的东西。然而，强度通常伴随着重量的增加，因为更坚固的材料通常需要更大的质量。

在当今世界，这已不再是常态。铝、钛和镁合金等材料都具有高强度重量比，这使其成为高速火车、消费车辆、飞机和航天器的理想材料。

铝在 20 °C 时的抗拉强度为 90 MPa，密度仅为 2.7 g/cm³。这些特性，再加上它的丰富性和低成本，使其成为广泛应用的最佳材料之一，包括飞机零件、散热器、窗框和建筑。

未来无疑会看到这些金属的更多用途，以及新的和改进的合金组合。

近日，来自美国北卡罗来纳州立大学和卡塔尔大学的国际研究团队创造了一种新材料。他们将锂、镁、钛、铝和钪结合在一起，制成了一种比地球上任何其他已知材料具有更高强度重量比的纳米晶合金。如果这种合金能够以具有成本竞争力的价格轻松获得，它可能成为用于陆地、海洋和太空旅行以及许多其他有用应用的新一代产品的基础。

2。材料生态可接受吗？

在气候变化和环境恶化加剧的时代，使用从生态和可持续角度来看可接受的材料变得越来越重要。 幸运的是，有几种“环保”或“绿色”材料，它们都具有良好的特性。

石墨烯、铝和硼硅酸盐玻璃等材料在生态上都是理想的，因为它们具有可回收性，并且在产品使用期限内对环境的影响很小。如果世界转向循环经济，这些和其他“绿色”材料可能会变得更加普遍，因为许多政府都表示他们打算这样做。

这种向更可持续的材料和后续产品的转变代表了现代产品材料选择的新挑战，但这是一个相当大的根本性挑战，在未来将变得越来越重要。

3。材料是否会在不影响风格的情况下表现出色？

由轻质、坚固和可靠的材料制成的产品有时只有在符合现代风格趋势时才有价值。这通常不适用于工业应用，因为仓库和发电厂几乎不需要美观的建筑和机器。

然而，为消费者制造的任何产品都可能需要通过与拉伸和硬度测试一样多的目测测试。 如果不是用具有视觉吸引力的材料制成的家用电器、车辆、电子产品和其他产品很可能不会销售。

4。材料是通过道德采购开采或获得的吗？

这是近年来消费者比较关心的问题。随着对来自世界各地的产品的访问增加以及来源信息的可用性增加，对合乎道德采购的产品组件的需求也在增加。

无论是通过改进原材料开采还是公平贸易采购，消费者都更加了解其产品的来源以及构成这些产品的材料。

设计师和制造商现在比以往任何时候都更需要确保他们的材料来自公平贸易伙伴关系和对环境影响较小的采矿，以保证他们的产品采购更符合道德。与对生态无害材料的需求增加类似，道德无害的采购对于任何单一材料而言都不是直接特征，而更多是选择最佳使用材料的整体框架。然而，这是为现代产品选择材料的最大挑战之一。

5。材料是否具有成本竞争力？

这对生产者和消费者都很重要。轻质、坚固、可持续和美观的材料是不可行的，除非它们负担得起。鉴于材料通常按体积（以千克为单位）销售，因此相关成本对铁和钢等较重材料的影响要大于石墨烯或轻质塑料。

幸运的是，轻质但坚固的材料（例如铝）丰富且相对便宜，每公斤略高于 0.50 美元/0.40 欧元。另一方面，具有相似或更好的强度重量比的高度专业化或新创造的材料，例如上述纳米晶合金，可能非常昂贵。 在许多情况下，评估可用材料的成本是决定性因素，所有其他方面都相对相同。

如何找到合适的平衡点

与建筑或制造的许多其他方面一样，需要有一个中间地带或最佳点，所有东西都排列在一起，为每个预期的产品创造理想的材料。一些相当适合某些项目的材料可能被认为不适合其他项目，无论是通过不同的要求还是不同程度的允许生态影响。

例如，玻璃纤维树脂复合材料可能是造船的完美选择，因为它很坚固，能够覆盖船体上的小裂缝和瑕疵。然而，如果在轨道车中使用相同的材​​料，性能会差很多，因为有更多的配件可供选择。

通过上述五个指导性问题，您可以构建一个初始框架，以确定哪些材料更适合您的特定产品和项目。