MEMS微尺度有序增强复合材料的制备及力学性能表征
【摘要】:随着科技和生产的需要,MEMS(Micro Electro-MechanicalSystems)技术得到进一步的发展,MEMS中微器件应用的环境越来越复杂,新形势MEMS微器件对其制备材料提出了新的要求。但是无论是传统的MEMS硅材料,还是近几年兴起的非硅MEMS材料都无法同时满足新要求,为顺应MEMS技术的发展和MEMS微器件的制备和应用,有必要探索和研发不同于已有的MEMS材料的材料。
相比于上述材料,性能具有可设计性的复合材料为解决MEMS结构材料面临的新问题提供了可能性。基于复合材料学已成熟的理论和现有实验条件,针对MEMS微器件对其结构材料提出的新要求,我们提出复合材料的解决方案,选择综合力学性能良好的电镀镍丝作为复合材料的增强体,物化性能稳定的电泳聚合物丙烯酸聚氨酯作为复合材料的基体;ANSYS仿真的结果表明三明治型、填充型和包裹型三种不同复合模型中包裹型复合材料模型中基体的包裹能够有效地缓解增强体上的应力集中,相同条件下,能够承受更大的应力;电镀镍丝增强体的整体构型对复合材料性能的影响要大于增强体体积含量和尺寸对复合材料性能的影响。
以仿真结果为依据,设计了四种不同增强体形状的包裹型复合材料,通过典型的微加工工艺制备整体形状为有序网状的电镀镍丝增强体,采用电泳技术实现电泳聚合物丙烯酸聚氨酯基体与电镀镍丝增强体包裹型复合目的;最终得到纤维包裹型、六边形包裹型、圆形包裹型和四边形包裹性四种复合材料。
DMA准静态微拉伸结果表明,经过包裹型复合材料的性能都有不同地提高,电泳聚合物基体材料的平均抗拉强度(σb)、应变(ε)和杨氏模量(E)分别只有51.63MPa、4.024%和1.528GPa;而纤维包裹型复合材料的σb、ε和E分别为125.04MPa、4.257%和5.991GPa,三项参数分别是复合前的2.42倍、1.06倍和3.9倍;六边形包裹型复合材料的σb、ε和E分别为125.6MPa、3.791%和6.035GPa,在应变下降了0.233%代价下,其他两项参数分别是复合前的2.45倍和3.95倍;圆形包裹型复合材料σb、ε和E分别为151.7MPa、3.242%和5.289GPa,在应变下降了0.728%代价下,其他两项参数分别是复合前的2.94倍和3.46倍;四边形包裹型复合材料σb、ε和E分别为284.4MPa、3.518%和6.838GPa,形变下降了0.506%代价下,其他两项参数分别是复合前的4.5倍和3.48倍。应力-应变曲线(σ-ε)和SEM电镜照片的观察表明,这类包裹型复合材料断裂都会经历电泳聚合物基体先断裂,随后电镀镍丝增强体发生不同程度的应力集中,发生不同程度的塑性变形后断裂,最终导致复合材料断裂失效。
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1 |
冯勋欣,冯兵,张静萍;随机短纤维复合材料微结构力学分析[J];机械工程材料;2000年01期 |
2 |
大峨;用碳纤维增强复合材料制刹车转子监测系统的探头臂[J];军民两用技术与产品;2002年03期 |
3 |
吕立斌;荀勇;杜梅;;碳/玻混编织物增强复合材料的基本性能[J];纺织导报;2006年09期 |
4 |
郭乃林;郭小芳;郭健;;Ti_6Al_4V/TiC+TiB双相增强复合材料的力学性能研究[J];精细与专用化学品;2009年01期 |
5 |
燕瑛;纺织结构复合材料强度性能的研究[J];北京航空航天大学学报;1996年06期 |
6 |
;热塑性增强复合材料[J];技术与市场;2011年01期 |
7 |
郭逢治;;UP/PU杂混树脂在高性能增强复合材料中的应用[J];热固性树脂;1993年04期 |
8 |
高金花;李炜;;三维纺织结构增强复合材料的几何模型[J];纤维复合材料;2006年04期 |
9 |
;国外期刊题录[J];中国建材科技;1993年06期 |
10 |
张文光,颜晓音,葛怡,郭曼丽;产业用纺织品与复合材料[J];产业用纺织品;1998年06期 |
11 |
胡吉永;;SMC替代钢材和混凝土[J];国际纺织导报;2006年11期 |
12 |
戴青春;胡红;;纬编针织增强复合材料的拉伸性能[J];纺织学报;2008年01期 |
13 |
陈;;用销钉沿Z轴增强复合材料的性能评估[J];航空维修与工程;2009年02期 |
14 |
张明星;胡红;;三维间隔纬编复合材料中连接纱的作用分析[J];东华大学学报(自然科学版);2009年06期 |
15 |
吕生华,吕庆强,杨权荣;液体端羧基丁腈橡胶改性氰酸酯/玻璃纤维复合材料的性能研究[J];中国塑料;2005年03期 |
16 |
李占生;;“亚麻纤维非织造物增强复合材料的研究”项目通过市科委验收[J];天津工业大学学报;2005年06期 |
17 |
堤秀美;朱林;;增强复合材料的发展状况[J];中国宝玉石;1989年02期 |
18 |
王征,吴建生,董建伟,孙国钧;形状记忆合金丝增强复合材料的热机特性——智能复合材料研究[J];复合材料学报;1997年04期 |
19 |
王冬,吴滨,沙桂英;WC_p/CrNi钢基局部增强复合材料防暴性能的研究[J];热加工工艺;2005年05期 |
20 |
章汝旦;采用氧化铝纤维增强复合材料[J];上海纺织科技;1982年07期 |
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