電子產(chǎn)品結構材料特性和選擇方法

第一講概述(1課時)

第一講概述

1.1引言1.1.1電子產(chǎn)品的結構設計起源和發(fā)展1.1.2.新材料是社會進步的重要因素案例討論1.2材料選擇的原則1.2.1通用化1.2.2性價比1.2.3環(huán)保要求1.3材料選擇的方法1.3.1類比和比較1.3.2移植1/13/2023第一講概述

1.3.3主要指標1.3.4加工工藝1.3.5材料優(yōu)選方法1.4國內外材料應用的差距1.4.1材料技術指標1.4.2復合材料應用1.4.3合金材料低能耗成型工藝1.4.4案例討論1.5小結1.1.引言1.1.1電子產(chǎn)品的結構設計起源和發(fā)展

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我們從那里來，要到那里去？任何一個專業(yè)都需要了解和回答這個問題，才能不迷失方向，得到發(fā)展。*結構專業(yè)的分工細化是技術發(fā)展趨勢。目前在一些公司，結構設計領域已從單純的結構工程師分為：結構工程師、EMC工程師、熱設計工程師、結構可靠性工程師、材料工程師。*在材料工程師中又分為：

材料技術工程師（選擇材料）；材料分析工程師（分析材料故障）；材料采購工程師（材料成本和廠商選擇）；材料質量工程師（材料來料檢驗）。第一講概述

第一講概述1.1.2新材料是社會進步的重要因素案例討論：*我們?yōu)槭裁匆芯坎牧希?為什么秦、漢、唐、宋、明中國走在世界文明的前面？圖1-1秦銅弓、箭第一講概述

*為什么中國優(yōu)先發(fā)展導彈、航天飛船、而不是航天飛機？圖1-2中國神7飛船返回倉

美航天飛機1.2材料選擇的原則選擇材料時，不一定要選擇最好的材料，但工程師一定要知道什么是最好的材料，一流的材料水平能夠做到何種水平，誰是這個材料的技術領先者。這樣才能真正把握好材料選擇這個環(huán)節(jié)。1.2.1通用化

國際/國家/行業(yè)/企業(yè)標準、材料規(guī)格書是重要依據(jù)。第一講概述1.2.2性價比

通常，高性能的材料就意味著高價格。一個好的工程師要牢牢樹立材料性價比的概念：用高性能的材料設計出高質量的產(chǎn)品不一定代表高水平，用低價格的材料設計出高質量的產(chǎn)品才真正是高水平。材料選擇要充分考慮到價格因素和性能功能需求的平衡。

第一講概述1.2.3環(huán)保要求材料的環(huán)保要求將越來越受到重視。環(huán)保要求包括多個方面。其一是國內和國際標準規(guī)定的電子產(chǎn)品材料的有害物質限量要求。其二是在材料原料生產(chǎn)、制造加工和使用過程中造成環(huán)境污染。其三是材料的可回收性、可重復使用。第一講概述1.3材料選擇的方法1.3.1類比和比較除了少數(shù)的原創(chuàng)產(chǎn)品，大多數(shù)產(chǎn)品都是已有產(chǎn)品的復制或改進，所以解剖原有產(chǎn)品進行分析和類比來確定材料就是一種常見的方法。除此對材料的強度、剛度等特性比較也是一種方法，杜邦公司的塑料與各種金屬的比較如下表?？梢愿鶕?jù)產(chǎn)品的要求在表中初選合適的材料第一講概述第一講概述ttu圖1-3塑料和金屬的強度和剛度的比較第一講概述1.3.2移植一種材料在自己從事的行業(yè)可能從沒用過，可是在其他行業(yè)中的類似應用已很成熟，而用這種材料又可以從產(chǎn)品性能或價格等方面帶來很好很大的變化，這時就可以考慮“移植”。比如碳纖維早期用于軍用飛機，目前已用于雷達天線等?？缧袠I(yè)的材料“移植”，也是材料應用創(chuàng)新的一種方法。第一講概述1.3.3主要指標材料選擇要依據(jù)整機產(chǎn)品的規(guī)格所賦予的結構件要求，考慮到力學特性、外觀、手感、制造工藝、加工性能、電磁屏蔽、耐候性能、阻燃性能、耐老化性能、耐化學性能等材料的特性。材料的選擇要滿足主要需求、兼顧其它要求。將這些要素排序后可知，通常最基本的要求是力學特性和制造工藝。1.3.4加工工藝1.3.4.1塑料確定了材料，往往也確定了制造工藝，比如選擇塑料，就是選擇了注塑工藝。不同的制造工藝適用于不同的零件。比如塑料件的特點是使用在受力不大、零件的形狀又比較復雜、但累計產(chǎn)量達幾萬個甚至幾十萬個時的產(chǎn)品。如手機、中低檔數(shù)碼相機和電視機的結構件等。第一講概述1.3.4.2金屬薄板鈑金件適用于受力較大，形狀比塑料零件相對簡單一些的產(chǎn)品，比如電子測量儀器、通訊設備等產(chǎn)品的結構件，其累計產(chǎn)量在1～2000個范圍可以用數(shù)控折彎、數(shù)控沖裁的方法；大于此產(chǎn)量的鈑金件，應該用冷沖模生產(chǎn)方式，這樣的制造工藝選擇，可以得到合適的生產(chǎn)成本。第一講概述第一講概述1.3.4.3合金材料高強度要求的復雜結構零件，生產(chǎn)量即使很小，既不適合用塑料零件（往往因為剛度不夠）；也不適應使用鈑金沖壓件（因為成型困難）或機械切削（加工成本高）加工，此時應該采用鋁、鎂、鈦等合金鑄造工藝或半固態(tài)注射工藝。

第一講概述1.3.5材料優(yōu)選方法了解了材料的選擇方法，通過那些路徑可以實現(xiàn)我們的選擇？掌握一流的國際標準、一流廠商的產(chǎn)品規(guī)格書、是實現(xiàn)材料優(yōu)選的方法，將在后續(xù)各種材料的介紹中進一步說明。目前在很多材料品種上國內外技術的差距是很大的。第一講概述1.4.國內外材料應用的差距1.4.1材料技術指標主要是技術指標低、指標少而不全，見后續(xù)材料的規(guī)格書介紹。1.4.2復合材料應用主要是碳纖維復合材料在電子產(chǎn)品的應用不多。1.4.3合金材料低能耗成型工藝主要是指鋁、鎂、鈦合金零件的成型工藝落后，具體見這一講的介紹。

第一講概述1.4.4案例討論：波音VS空客采用復合材料的比例空客A380飛機復合材料占25％，主要應用部件包括中央翼、外翼、垂尾、平尾、機身地板梁和后承壓框等，僅中央翼用復合材料就達5．3噸，實現(xiàn)減重1．5噸。A380是第一個將復合材料應用于受載很大的中央翼盒的大型民用機，開創(chuàng)了大型民用機大規(guī)模采用復合材料的先河。

第一講概述波音B787飛機整機主要結構均采用碳纖維復合材料制成，從外表看，除機翼、尾翼前緣、發(fā)動機掛架外，幾乎看不到金屬。復合材料重量占飛機的50%。這是世界上第一個采用復合材料機翼和機身的大型客機，被公認為復合材料發(fā)展史上的一個重要的里程碑。復合材料的大量應用大幅減輕了飛機的結構重量，并使飛機的燃油效率提高20％。既然飛機都可以大規(guī)模的用復合材