材料選用、設計與前沿
阿希比圖
/ Ashby -> ASH-bee /
阿許比圖是一張「材料世界地圖」。每個材料家族畫成一顆氣泡,兩個座標軸各是一種性質(例如剛度對密度),結果就是一張能一次看見整個材料王國版圖的散布圖。
座標用對數尺度,因為性質跨越好幾個數量級(密度從 0.01 到 20 g/cm^3、模數從 0.001 到 1000 GPa)。材料自然分區:陶瓷在右上(又硬又相對密),高分子在左下,金屬居中,發泡材落在左下角。圖上還有斜率 1、2、3 的輔助線,分別對應指標 E/rho、E^(1/2)/rho、E^(1/3)/rho;把這樣一條線平移過圖,它最後碰到的那些氣泡就是你的最佳候選。
為什麼重要:它把選材變成看得見的事——取捨一目了然,連「空洞」(還沒有材料佔據的區域)也看得見,而那正是新材料最有價值的地方。注意:氣泡是寬廣的範圍、不是精確的點,而且讀圖只是第一步;真正選材還要疊上成本、製程與形狀。
在經典的模數-密度圖上(縱軸模數 E、橫軸密度 rho,兩軸都取對數),陶瓷在右上、金屬在中上、高分子在左下、發泡材在左下角。想找最輕的剛性材料,就畫一條斜率 2 的線(E^(1/2)/rho 輔助線)往左上平移;它最後碰到的那些氣泡——CFRP、工程陶瓷、順紋木材——就是最佳候選。
讀材料性質圖:家族會成群聚集,而斜率正確的輔助線一平移,就指向贏家。
氣泡是寬廣的性質範圍、不是精確的點,而且一張圖一次只能看兩個性質;真實選材還要疊上成本、可加工性與形狀,這些單一張圖都顯示不了。
又稱
另見