电子产品结构材料特性和选择方法 第 2 讲 材料感知 (XXXX0901)

电子产品结构材料特性和选择方法第二讲材料感知(1课时)2019/8/6第二讲材料感知2.材料感知2.1建立感知参照系2.2感知基础2.2.1染料和颜料2.2.2材料的触觉2.2.3重量和力2.2.4刚度和强度2.2.5声音和噪声第二讲材料感知2.3材料的简易识别2.3.1塑料的简易识别2.3.2不锈钢和不锈铁的简易识别2.3.3铝合金、镁合金和钛合金的简易识别2.4小结2.1建立感知参照系怎样能够使设计的产品先声夺人？怎样能够用简易方法识别塑料种类？怎样能够用简易方法识别不锈钢和不锈铁？通过本讲的介绍，希望我们能够不依赖复杂工具，仅靠简单工具和思考就能够对这些要素做出小误差的判断。第一讲材料感知第一讲材料感知2.2感知基础2.2.1染料和颜料*问题：采用同样的颜色，为什么有些产品鲜艳夺目，有些产品暗淡无光？第二讲材料感知*染料（Dyes）是以分子形态存在的，大多能溶于水和一些化学溶剂，以达到染色的目的，它不仅使被染材料表面着色而且还能渗入内部，因此色彩鲜艳，透明，但色彩的稳定性较差。染料易于回收，故是一种有发展前景的环保材料。*现代染料是指能使纤维或其它物质牢固着色的化合物。它在油漆、塑料、纸张、皮革、电子产品和食品等许多行业有应用。*颜料（Pigment）它不溶于水、油、树脂等介质中，通常是以微粒状态分散在其它物质中。它只能使被染材料表面着色，制品着色后不透明。它具有遮盖力、着色力、对光相对稳定、常用于配制涂料、油墨、油漆以及着色塑料和橡胶，因此又可称为着色剂。*颜料是一种有色物质。可分为天然颜料和合成颜料。天然颜料来源为矿物，如朱砂、红土、雄黄、孔雀绿、重质碳酸钙、硅灰石、滑石粉、云母粉、高岭土等，合成颜料通过人工合成，如钛白、锌钡白、铅铬黄、铁蓝、铁红、红丹等无机颜料，以及大红粉、偶氮黄、酞菁蓝和喹吖啶酮等有机颜料。第二讲材料感知2.2.2材料的触觉触觉是人能感受到的接触、滑动、压觉等机械刺激的总称。触觉反馈是人的皮肤特有的功能。人能感受冷与热、软与硬、光滑与粗糙、压力与刺痛等多种触觉。不同的材料表面给人不同的感觉。对一些产品如手机、数码相机、按键、手柄、手臂支撑面等要特别注意手感的舒适。第二讲材料感知第二讲材料感知2.2.3重量和力很多材料是以重量来计价的，通过估计重量，可以迅速地知道结构件的材料成本。零件的总成本往往也是用材料的成本乘以某个系数来估算的，这样就大致知道结构件的总成本。在产品的规划设计阶段或采购的初始谈判阶段，这种简洁的估计是重要的，这也为今后的定价和核价提供了基础。常见材料的比重可以查所发参考书。重量参照物如表2-1所示。表2-1一些物体的重量第二讲材料感知第二讲材料感知人体生物力学的研究表明，人体各部分的力量、活动范围和速度是有限度的；产品设计时要考虑人操作的“力所能及”，所以要对常人的手臂、拳头和手指的瞬时施加力和可维持力有了解；还要考虑人操作的舒适性，这与产品的显示屏、按键、把手、旋钮的材料、形状和布局有关。不同状态下常人的施力值如表2-2所示。第二讲材料感知ttu表2-2人的施力值第二讲材料感知2.2.4刚度和强度*几乎所有材料力学教材对刚度和强度的定义就是一句话：强度是零件抵抗破坏的能力，而刚度是零件抵抗变形的能力。*电子产品结构材料多用薄壁零件。从薄壁结构件的实际设计案例来看，存在着很多强度足够而刚度不足的零件。这与产品的特性和设计者对两者的基本概念认识有关，所以有必要具体说明刚度和强度的力学定义和物理意义上的区别。第二讲材料感知2.2.5声音和噪声建立声音和噪声的感性知识是选择消声材料的基础。*声音（Sound）由物体的振动产生,它是一种压力波，通过空气等介质传播。声音的传播也属于机械振动，所以具有机械振动的相同特性。*作为传播声音的介质必须是具有惯性和弹性的介质，因为只有介质本身具有惯性和弹性，才能不断地传递声源的振动。*人能感觉到不同的声音，主要与声音的大小（声压或声功率）、高低（频率）、速度（传播介质）等要素有关。第二讲材料感知*噪声(Noise)是声音的一种，是人们不愿意听到的声音，是没有旋律的声音。*人对声音的感觉不同，主要是因为声音的频率和大小不同。理论上人能够听见频率范围在20Hz～20KHz的声音，但实际上一般人只能听到50Hz～13kHz的声音，人耳能分辨大小差别3dB以上的声音。*狗能听见高达50KHz的声波，猫能听见高达60KHz的声波，这也是它们比人敏感的原因之一。*声音的大小常用声压级来表示，日常所说的噪声多少分贝，多是是指声压级。在气体介质中，声波会以球面波的形式传播，所以10多层楼高的房间听到公路上汽车的噪声并不比低楼层噪声小。*声波在液体中传播比气体快，在固体中传播速度则更快。第二讲材料感知表2-3不同频率的声音举例（Hz）第二讲材料感知表2-4生活中的声音和噪声（声压级dB）第二讲材料感知图2-2薄板受力后的变形第二讲材料感知2.3材料的简易识别了解材料的识别，掌握其中的技能，除了对正常的材料技术问题可以做处理，还可以对目前市场上有些材料以次充好、良莠不齐的现象做出判断。在实际工作中，对材料产生疑问，不可能一开始就用专业仪器去测试和分析，一般企业也不具备材料的检测条件。同时，实际工程现场，往往也不容许长时间的去思考分析还是需要一些简单的快速的方法来做初步识别，所以工程师应该掌握一些基本的技能技巧。2.3.1塑料的简易识别1从比重的角度区别不同塑料（查塑料比重表）2．从可燃性的角度区别塑料（参考书表2-22）3．从可溶性的角度区别塑料（参考书表2-22）4．从柔韧性的角度区别塑料（PP、PS、ABS、PC）5．从成型工艺性来区别塑料（观察零件的表面流动痕迹）6．从塑料粒子的外观来区别新旧塑料（透明度、色泽光亮度）第二讲材料感知2.3.2不锈钢和不锈铁的简易识别不锈钢和不锈铁的外观基本相同。简单的说，不锈钢的合金成份含铬和含有10%左右的镍，在空气中不被氧化，又耐强酸、强碱、无磁性。不锈铁的合金成份含铬，仅含微量镍，可忽略不计，防锈性弱于不锈钢，可用磁铁吸住。镍的比重为8.9，铬的比重为7.1故不锈钢重于不锈铁。市场上有大量用不锈铁来替代不锈钢制成的餐具，主要是因为两者的材料价格差异，后者贵25%以上。综上所述，可以通过磁铁和称重，比较出不锈钢和不锈铁。第二讲材料感知第二讲材料感知表2-3不锈钢和不锈铁的识别第二讲材料感知2.3.3铝、镁和钛合金的简易识别第二讲材料感知2.4小结*建立材料的基本要素参照系，对选择材料是有帮助的。通过积累每个工程师都可以建立自己工作密切相关的参照系。*任何一门专业，不能量化，都不能称为科学，都不能逼近事物的本来面目，所以参照系的要素都是量化的。*材料的简易识别只是举例，只是打开一扇窗口，希望能够加强对材料的感性认识。从人的认知规律来看，这是走向技术深入的基础。