基于复合材料结构的电子元器件教具研究

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。