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标题 基于复合材料结构的电子元器件教具研究
范文

    李志威 邢瑞山

    摘 要:由于电子元器件的体积较小,其实物讲解在电子线路课程教学中存在一定的局限性,不利于学生掌握电子元器件的实物特点。本文研究利用复合材料结构,将电子元器件体积等比例放大,并保留其电特性,在实际教学中效果明显。

    关键词:电子元器件;复合材料;玻璃纤维;环氧树脂

    一、复合材料基本知识

    复合材料定义为是:用经过选择、含有一定数量比的两种或两种以上的组分,通过人工复合,组成多相、三维结合且各相之间有明显界面、具有特殊性能的材料。[1]

    复合材料中,一相为连续相,称为基体;而另一相是分散相,称为增强体。增强体的性能优越,会使材料的性能显著改善和和增强。基体材料可以为树脂、金属、陶瓷等,增强体可以为碳纤维、玻璃纤维、陶瓷颗粒、晶须等。[2-3]

    复合材料具有优异的力学性能,各向异性和性能可设计性,制造成型的多选择性,良好的耐疲劳性能和抗腐蚀性等优点,在航空航天、汽车交通、船舶工程、建筑等多个领域都有广泛应用。[4]

    二、电子元器件在教学中的问题

    对于电子线路这门学科,要求培养学生有较强的动手能力,这就需要从最基本的电子元器件入手,掌握其特点和测量方法。以往对于其中电子器件的讲解,多采用的方法是多媒体教学,这样学生参与度不高,也不利于培养学生的动手能力。

    如果采用实物教学,由于电子元器件体积较小,在其讲解过程中存在一定的局限性,不利于学生对电子元器件的识别。比如色环电阻,其色环的特点,在实践教学中难以展示;再譬如数字芯片,其元件封装特点和型号信息,也难以通过实物进行讲解。

    所以本文研究采用复合材料为基础,对一些电子器件的体积等比例放大,同时保留其电特性,使学生也能更直观认识元器件的特点,对其进行识别和应用。

    三、利用复合材料制作电子元器件模型

    由于电子元器件教具尺寸精度要求不高,可采用低温固化方法,模具可用高密度泡沫、木材或黏土等,复合材料采用树脂基复合材料,成型方法可以选择较简单的手糊成型法。制作过程如下:

    (1)元器件尺寸度量,確定模具尺寸和形状;

    (2)模具制作:模具采用EPS泡沫外涂环氧树脂方式,便于成型和制作,模具内部预留元件安装位置,右图为制作好的电阻和电容模具;

    (3)在模具上涂刷环氧树脂;

    (4)铺设一层碳纤维织布,用刮刀压平织布,将气泡尽量排出,待自然固化;

    (5)再重复步骤2和3,此层尽量平整,以达到整体尺寸要求;

    (6)按实际元件外观进行外部喷涂,元件安装到位。

    四、总结与展望

    本文已经实现里电阻、电容和基本的数字芯片等电子元器件的教具模型制作,并且保留其电特性,在实际教学中可以直观的展示元器件的形貌特征,参数识别,以及元件的测量方法。未来将制作等比例放大的电子线路,预计对于电子线路课程教学将有较大的促进作用。

    参考文献:

    [1]朱和国,张爱文.复合材料原理[M].北京:国防工业出版社,2013.

    [2]冯小明,张崇才.复合材料[M].重庆:重庆大学出版社,2007.

    [3]辛志杰.先进复合材料加工技术与实例[M].北京:化学工业出版社,2016.

    [4]唐见茂.高性能纤维及复合材料[M].北京:化学工业出版社,2013.

    基金项目:广州民航职业技术学院科研项目(17X0118)

    作者简介:李志威(1984-),男,汉族,广东惠州人,硕士,讲师,主要研究方向为电路设计与测试。

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更新时间:2025/3/17 9:17:26