一种微尺度有序增强复合材料的制备及其力学性能表征.pdfVIP

助 窖幸 料 2011年第10期(42)卷 一 种微尺度有序增强复合材料的制备及其力学性能表征 张振杰，汪 红，杨卓青，丁桂甫，赵小林 (上海交通大学 微纳科学技术研究 院，微米 ／纳米加工技术国家级重点实验室， 薄膜与微细技术教育部重点实验室，上海 200240) 摘 要： 选择 聚氨酯改性环氧树脂作为基体，利用微 体积含量、不 同尺寸的增强体构成的复合材料试样 ，并 加工工艺制备 了一种 以电镀镍丝作为增强体 的微尺寸 依据仿真结果来优化试样设计，采用微加工方法对其 有序增强聚合物基体复合材料。ANSYS有限元仿真 进行制备 ，同时对微尺寸复合材料试样进行微拉伸力 结果表明基体完全包裹增强体能够很好地缓解应力集 学性能研究 。 中，当增强体 的排 布 角度 为 45。，体 积含 量为 62．5 2 设计与仿真 时，复合材料 变形过程 中应力集 中程度相对最弱。对 制备 的微尺寸复合材料进行 了DMA 拉伸测试 ，结果 2．1 材料的选择 表 明相比单一的聚合物基体材料 ，有序增强复合结构 复合材料的性能与组成该复合材料的基体和增强 材料 的抗拉强度和弹性模量分别约提 高 了4倍和 3 体有着密切的关系，通常选择某一方面性能突出的材 倍 ，最后 ，通过扫描 电镜观察 了试样断 口，对其拉伸 断 料作为基体 (或增强体)，而选择与该种材料性能互补 裂过程进行 了合理分析。 的另一种或多种材料作为增强体 (或基体)，以制备 出 关键词 ： MEMS；复合材料 ；ANSYS；有序增强 ；微尺 综合性能 良好的复合材料。本文选择聚氨酯改性环氧 度 树脂 (上海浩力森涂料有限公司 HL一1507LB)作为基 中图分类号 ： TB333 文献标识码 ：A 体是因为这种电泳聚合物具有稳定 的物理化学、抗腐 文章编号 ：100l～9731(20¨)10—1836—04 蚀 、介电性能以及可图形化的特点；选择电镀金属镍作 为增强体是因为它具有较好 的力学性能，而且具有工 1 引 言 艺成熟 、成本低 、可图形化等优点 。 随着 MEMS(microelectro—mechanicalsystems) 复合材料的性能还和其组分材料形成的界面有密 技术 的发展 ，一部分 MEMS微器件要求其结构材料具 切的关系 ，选择聚氨酯改性环氧树脂 (EP-Polymer)这 有 良好的绝缘性 、抗腐蚀性以及 良好的综合力学性能 。 种电泳聚合物的另一个原因就是与 MEMS领域 中正 例如，在一些检测设备中，要求微传感器有 良好 的抗酸 在使用 的其它聚合物材料相比，它与金属有更好 的界 抗碱 的性能并能够承受一定 的应力 。部分有机聚合物 面结合强度 。表 1给出了3种薄膜材料与金属 Ni的 有非常稳定 的物理化学性能_l1]，但是这类纯聚合物的 结合强度数据 ，可以看 出，电泳聚合物与 Ni的平均结 力学性能上存在 明显 的不足 ，若用这类纯聚合物来制 合力为 2．96MPa，远高于ParyleneC和Su一8。 作这些微器件 ，微器件的力学性能是达不到要求 的； 表 1 EP—Polymer、ParyleneC、SU一8聚合物分别与金 MEMS传统的结构材料例如镍、硅等有 良好 的力学性 属 Ni的结合强度 (MPa) 能_2l]，但绝缘性和抗腐蚀性并不理想，若用纯金属材料 Table1Adhesi