發明創造技法之材質替換法

發布時間： 2018-10-25 4404

如果說眼睛是心靈的窗戶，那窗戶便是房屋的眼睛了。一雙漂亮有神的眼睛，能給人增色許多；幾扇美觀耐用的門窗，也可以使房屋顯得富麗氣派。

不久前，在北京舉行的應用技術展覽會上，人們看見了被稱之為“塑鋼門窗”的新產品。

塑鋼門窗是以聚氯乙烯（PVC）樹脂為主要原料，加上一定比例的穩定劑、著色劑、紫外線吸收劑等助劑擠壓加工成型材，然后經切割、溶接，再配上有關附件（五金件、橡膠密封條、毛條等）而制成的。為了增加門窗的硬度，在型材的空腔中再加入鋼材，就變成了“塑鋼門窗”。

據悉,我國南極長城科學考察站采用的就是塑鋼門窗。有數字表明,塑料型材的傳熱系數僅為鋼材的1/ 357,鋁材的l/250。行家曾做過觀測,使用塑鋼門窗的房間比使用木窗的房間,冬季室溫可提高4-5℃。

“兩耳不聞窗外事，一心只讀圣賢書”。如果你想達此境界，安有塑鋼門窗的居室也大可幫忙，因為塑鋼材料的隔音效果尤佳。

不自燃、不助燃、抗老化也是這種門窗的優點。

我國是個森林資源貧乏、能源短缺的國家。適合制作木門窗的紅、白松木正日益減少且再生緩慢。鋁合金門窗、鋼窗使用大量的金屬資源，易銹蝕，維護費用高，生產能耗更高。塑鋼門窗的發明與推廣應用，對節省木、鋁、鋼材，節約能源，保護環境都具有積極的意義。

如果再提到自行車，你會馬上想到它是用鋼材制作車架的。能否用別的材料來替換呢？英國人想到了這個問題，并發明出一種碳素纖維自行車，在全英自行車錦標賽上還大出風頭呢！

英國選手克里斯·博德曼憑著一輛專門定制的碳素纖維自行車神速前進，創下了新的世界記錄。賽場上，這位獲勝的選手情不自禁地親吻他的山地車。

騎手技藝高超，也不能不感謝新型自行車的配合。與標準的車型相比，新型自行車的重量和風阻都較小。這是因為碳素纖維重量輕且強度極高，用它制作自行車不需要傳統的三角架，這樣使車子的重量更輕。碳素纖維還可以通過模子制成整體型車架結構，避免了焊接的缺點。

碳素纖維自行車的誕生，將會對傳統金屬結構自行車市場以巨大的沖擊。

舉不勝舉的實例，清楚地告訴我們：運用材質替換法也可搞出發明創造。

“巧婦難為無米之炊”，世上任何產品都離不開材料這個物質基礎。不同材料有不同的理化性質和工程特性，用新材料取代舊材料，用非常規材料取代傳統材料，只要能使產品的性能發生變化，能產生有益的效果，就意味著獲得了發明創造成果。

運用材質替換法實施發明創造，主要有兩方面的途徑。

其一，運用材質替換開發輕便型、廉價型、高檔型以及功能型新產品。

解決產品的輕量化設計問題，人們很容易想到塑料、紙張等輕型材料。

例如，廣州首創塑料摩托車，榮獲全國兒童用品優秀產品獎。國外公路上已有全塑汽車奔馳，讓路人大開眼界。

紙張是中國古代四大發明之一，它的出現對人類文化的傳播和發展起了重大作用。隨著現代科學的進步和人們對生活用品輕巧便利的要求，紙張也從傳統的書報天地里超脫出來。有人用阻燃紙制成旅游鍋，無論油炸煎炒都安然無恙。更有甚者，將經過化學處理的牛皮紙制成活動住房構件，其使用壽命長達10年。如果需要搬遷，準備兩個大紙箱足矣。

材料價格是決定產品成本的重要因素，為向市場提供物美價廉的產品，是創新策劃的永恒追求。更換材料是降低產品成本的常用方法。比如用紙代布生產的領帶、內褲、衛生巾、枕巾、襯領和結婚禮服等一次性消費品，以其造型別致，色彩鮮艷和價格低廉令旅游者大為贊賞。

在追求低價型產品的同時，也有人期望高檔消費品，于是材質上的升級便成為新品策劃的落腳點。如當眼鏡成為裝飾品時，其鏡片便從普通玻璃片變換為水晶鏡片，鏡架也由塑料制品升格為鍍金材料。更有甚者，對真金鏡架也提出了需求。再如手表，金亮輝煌，豪氣十足；高檔象棋，玉石刻就，面目一新。各種日用品開始沾金帶銀，給精品屋一片光明。如果從材料的更換上使產品功能或性能異變，則創新水平更高一籌。如用特種陶瓷制造萊刀，既鋒利不須重磨，又永不生銹，家庭主婦豈不高興？當然，用在菜刀上還只是牛刀小試。有人研究用特種陶瓷制造發動機，可大幅度提高熱效率，降低燃料消耗，減輕機器重量體積，無疑是發動機行業的重大突破。

其二，運用材質替換法幫助發明創造者尋找攻克技術難關的辦法。

例如，為了使宇宙飛船能把在月球上收集到的各種信息發回地面，供人類研究，就必須在月球上架設一架像大傘似的天線。于是，宇宙飛船要攜帶很多精密儀器，容積非常有限，怎樣才能把很占空間的天線帶上月球呢？科學家為此絞盡腦汁。后來，人們從材料選擇方面人手，即采用形狀記憶合金，在40℃以上做成天線，然后冷卻，把天線折疊成球團放進飛船里，送到月面后使天線“記憶”起原來的形狀，自動展開而達到預定的狀態，從而創造性地解決了技術上的難題。再如，某些機器的內部需要安裝軸承，但潤滑十分不便，如果從結構設計上去想辦法，很難找到簡單的方案。后來設計者采用粉末冶金制作含油軸承，輕而易舉地解決了難題。此外，人們采用一種“啞巴合金”，使鼓風機、吹風機、風鉆、風扇、傳動齒輪、打字機等機器的降噪音設計找到了新的路子。

變更材質搞發明創造，必須了解材料的性能和價格，尤其是新材料不斷出現的情況下，掌握新材料信息更為重要。在此基礎上，發明創造者就可以從突破傳統用材方面去創造性思考，在取而代之的過程中獲得新的成果。

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