ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«КАЗАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Им. А.Н. ТУПОЛЕВА-КАИ»
Институт радиоэлектроники и телекоммуникаций
Кафедра Нанотехнологии в электронике
Курсовой проект по курсу « Наноразмерные системы »
«Разработка экранирующей панели на основе нанокомпозиционных материалов.»
Выполнил: студент группы 5310 Имамов Р.Ф.
Проверил: ст. преподаватель Спиридонов С.В.
Казань 2018
Оглавление
Описание задания на курсовое проектирование. 3
Введение. 4
Теоретическая часть. 6
Расчетно-графическая часть: 24
Технологическая часть. 28
Заключение. 31
Список использованной литературы.. 32
Приложение. 33
Описание задания на курсовое проектирование
Тема: Разработка экранирующей панели на основе нанокомпозиционных материалов.
Исходные параметры:
1. Высота: 1,5 м
2. Ширина: 0,725 м
3. Толщина: не более 0,06 м
4. Масса: не более 25 кг
5. Стойкость к растворению: вода - не растворяется.
6. Прозрачность на 1 см толщины: 50 мкм -1000 м - 0%.
7. Предел прочности: не хуже 9000 МПа
8. Предел упругости: не хуже 180 МПа
Введение
Главной задачей выполнения данной курсовой работы является получение практических навыков по проектированию композитов, в основе которых лежат наноразмерные структуры. Данное задание курсового проекта сделано по принципу задания предприятия, в которое входит ряд параметров и свойств готового изделия. На основе данных параметров необходимо подобрать материалы, структурные особенности, технологические процессы, обеспечивающие данные характеристики.
Традиционно применяемые металлические и неметаллические материалы в значительной мере достигли своего предела конструктивной прочности. Вместе с тем развитие современной техники требует создания материалов, надежно работающих в сложной комбинации силовых и температурных полей, при воздействии агрессивных сред, излучений, глубокого вакуума и высоких давлений. Зачастую требования, предъявляемые к материалам, могут носить противоречивый характер. Удовлетворить эти требования можно путем использования композиционных материалов.
Также стоит отметить, что основой экологической безопасности и одним из самых действенных средств защиты объекта от утечки информации по техническим каналам является экранирование электромагнитных волн.
Рано или поздно промышленный шпионаж заставляет предпринимателя изучить аспекты защиты коммерческой тайны. В связи с быстрыми темпами развития рыночных отношений в стране перед предпринимателем встает проблема, к решению которой, как правило, не готов.
Исходя из общепринятых формулировок, понятие «защита коммерческой тайны» можно определить как комплекс организационных и технических мер, проводимых предпринимателем в целях предотвращения хищения, умышленной передачи, уничтожения и несанкционированного доступа к информации либо утечки данных к конкуренту. Проблема защиты коммерческой тайны тесно увязывается с такими понятиями, как «утечка сведений», «источник утечки», «канал утечки», «перекрытие канала утечки».
В связи с быстро развивающимся техническим прогрессом все актуальней становится проблема формирования электромагнитной обстановки, которая обеспечивает стабильное функционирование электронных устройств и экологическую безопасность. Электромагнитная обстановка представляет собой целостность электромагнитных полей в определенной области пространства, которая влияет на функционирование конкретного радиоэлектронного устройства или биологического объекта.
Теоретическая часть
Композитный материал (КМ), композит — искусственно созданный неоднородный сплошной материал, состоящий из двух или более компонентов с чёткой границей раздела между ними.
Как правило, композитами являются многокомпонентные материалы, состоящие из пластичной основы (матрицы), армированной наполнителями, обладающими высокой прочностью, жесткостью и т.д. Сочетание разнородных веществ приводит к созданию нового материала, свойства которого количественно и качественно отличаются от свойств каждого из его составляющих. Варьируя состав матрицы и наполнителя, их соотношение, ориентацию наполнителя, получают широкий спектр материалов с требуемым набором свойств. Многие композиты превосходят традиционные материалы и сплавы по своим механическим свойствам и в то же время они легче. Использование композитов обычно позволяет уменьшить массу конструкции при сохранении или улучшении ее механических характеристик.КМ является однородным в макромасштабе и неоднородным в микромасштабе.
Механическое поведение композиции определяется соотношением свойств армирующих элементов и матрицы, а также прочностью связей между ними. Характеристики и свойства создаваемого изделия зависят от выбора исходных компонентов и технологии их совмещения.
При совмещении армирующих элементов и матрицы образуется композиция, обладающая набором свойств, отражающими не только исходные характеристики его компонентов, но и новые свойства, которыми отдельные компоненты не обладают. Например, наличие границ раздела между армирующими элементами и матрицей существенно повышает трещиностойкость материала, и в композициях, в отличие от однородных металлов, повышение статической прочности приводит не к снижению, а, как правило, к повышению характеристик вязкости разрушения.
Для создания композиции используются самые разные армирующие наполнители и матрицы. Это — гетинакс и текстолит (слоистые пластики из бумаги или ткани, склеенной термореактивным клеем), стекло- и графитопласт (ткань или намотанное волокно из стекла или графита, пропитанные эпоксидными клеями), фанера. Есть материалы, в которых тонкое волокно из высокопрочных сплавов залито алюминиевой массой. Булат — один из древнейших композиционных материалов. В нём тончайшие слои (иногда нити) высокоуглеродистой стали «склеены» мягким низкоуглеродным железом.
Материаловеды экспериментируют с целью создать более удобные в производстве, а значит — и более дешёвые материалы. Исследуются саморастущие кристаллические структуры, склеенные в единую массу полимерным клеем (цементы с добавками водорастворимых клеев), композиции из термопласта с короткими армирующими волоконцами и прочее.
Можно найти большое количество примеров композитов, окружающих нас в повседневной жизни. Так мебель изготавливается из фанеры или ДСП, представляющий собой композит из деревянных элементов (доски или древесной крошки) скреплённых пропиткой. Здания возводятся с применением железобетонных конструкций, которые тоже являются композитами. Ещё одни композиты - углепластики и стеклопластики получили широкое распространение в качестве конструкционных материалов, начиная от электроники, заканчивая машиностроением.
Матрица является важнейшим компонентом композита. Матрица обеспечивает монолитность композита, фиксирует форму изделия и взаимное расположение армирующих нитей, распределяет действующие напряжения по объему материала, обеспечивая равномерную нагрузку на волокна и её перераспределение при разрушении части волокна.
Требования, предъявляемые к матрице, можно разделить на эксплуатационные и технологические.
К эксплуатационным относятся: физико-механические и физико-химические свойства, температура эксплуатации, стойкость к окружающей среде или среде эксплуатации.
Прочностные характеристики материала матрицы являются определяющими при сдвиговых нагрузках, нагружении композита в направлениях, отличных от ориентации волокон, и циклических нагружениях.
Технологические требования определяют: метод изготовления изделий из композитов, возможность выполнения конструкций заданных габаритов и формы, параметры технологических процессов, способы входного и технологического контроля, получение предматериала и сроки сохранения их технологичности; конструкционные элементы (профили, трубы, листы, объемные заготовки) и способы их переработки в изделия (склеиванием, сплавлением, спеканием, сваркой, механической обработкой и т.д.).
В качестве матричного материала используется широкий спектр различных веществ, часто материал матрицы имеет ту же природу, что и армирующий материал, например, углеродная, керамическая, металлическая матрицы. Это позволяет создавать материалы с использованием предельно допустимых возможностей, присущих армирующему наполнителю, в первую очередь это касается термостойкости, сочетать конструкционные достоинства материалов с общими достоинствами композитов.
В то же время на сегодняшний день главенствующая роль среди матричного материала принадлежит полимерам. Объем выпуска полимерных композитов намного превосходит выпуск материалов с другими матрицами.
Области применения
КМ находят свое применение в различных сферах :
· Спортивное оборудование
Композиты надёжно обосновались в спорте: для высоких достижений нужны высокая прочность и малый вес, а цена особой роли не играет (велосипеды, оборудование для горнолыжного спорта — палки и лыжи, хоккейные клюшки и коньки, байдарки, каноэ и вёсла к ним, детали кузовов, гоночных автомобилей и мотоциклов, шлемы).
· Медицина
Материал для зубных пломб. Пластиковая матрица служит для хорошей заполняемости, наполнитель из стеклянных частиц повышает износостойкость.
· Машиностроение
В машиностроении композиционные материалы широко применяются для создания защитных покрытий на поверхностях трения, а также для изготовления различных деталей двигателей внутреннего сгорания (поршни, шатуны).
· Авиация и космонавтика
Композиционные материалы применяются для изготовления силовых конструкций летательных аппаратов, искусственных спутников, теплоизолирующих покрытий шаттлов, космических зондов. Всё чаще композиты применяются для изготовления обшивок воздушных и космических аппаратов, и наиболее нагруженных силовых элементов.
Также КМ используют для создания экранирующих (защитных) покрытий.Защитное экранирование предназначено для ослабления электрических, магнитных и электромагнитных полей. Защитные экраны позволяют значительно уменьшить проникновение или полностью исключить воздействие электромагнитных полей на конструктивные элементы оборудования, электронную аппаратуру, измерительные приборы, кабели, помещения и здания энергетических объектов. Также, благодаря эффективному экранированию электрических и электронных технических средств можно подавить любые электромагнитные помехи, исходящие из них в сеть или в окружающее пространство.
Практическая часть
1) Проверка выполнения параметров:
Предел прочности: не хуже 900 МПа
Предел упругости: не хуже 180 МПа
Предел прочности и предел упругости находятся исходя из табличных значений для каждого материала. У композитов на основе слоёв и волокон - прочность и упругость считается по материалу с наибольшим значением соответствующих пределов. Это значение умножается на поправочный коэффициент 1,4.
Таблица 1. Пределы прочности и упругости.
| Вещество | Предел прочности, МПа | Предел упругости, Мпа |
| Вольфрам | 1079 | 1000 |
| Медь | 216 | 69 |
1079 МПа*1,4 = 1511 МПа; 1511МПа>900МПа 
1000Мпа*1,4 = 1400 Мпа; 1400 МПа >180 МПа Þ Условие выполняется.
Технологическая часть
Параметры изделия.
· Линейные размеры готового экрана: 1500мм 
725мм 2,15мм
· Масса: 24,921 кг
· Тип композита: композит с металлической матрицей
· Материал матрицы: медь
· Материал наполнителя: вольфрам
· Характер распределения наполнителя внутри матрицы: наполнитель в виде волокон
· Отношение матрицы к наполнителю: 5 к 1
· Толщина матрицы: 1,793 мм
· Толщина наполнителя: 0,3586 мм
См. чертёж 1 в приложении.
Заключение
Главной целью курсовой работы являлось разработать экранирующую панель по заданным характеристикам, в основу которой входят наноматериалы. Проведя расчеты, мы пришли к выводу, что основой композита послужит медь, а вольфрам в качестве наполнителя.
Материалом основы композитов с волокнистым строением являются пластмасса, металл или керамика. В качестве наполнителей применяются полимерные волокна, ленты из тканей, трикотажа и других материалов.
В итоге проделанной работы над курсовым проектом, мы получили экранирующую панель, в основе которой является нанокомпозитный материал, представляющий собой волокнистый нанокомпозитный материал. Связующим слоистым материалом является медь, а наполнителем - вольфрам.
Размеры экранирующей панели: 1500мм 725мм 2,15мм.
Список использованной литературы
1. Кордикова Е.И. Композиционные материалы. Лабораторный практикум. Минск: БГТУ, 2007. – 273 с.
2. Полимерные и композиционные материалы: справ. пособие по одноименной дисциплине для студентов специальности 1–36 01 08 «Конструирование и производство изделий из композиционных материалов» / сост. Е.И.Кордикова. – Минск : БГТУ, 2010. – 107 с.
3. Мэттьюз Ф., Ролингс Р. Композитные материалы. Механика и технология. – М.: Техносфера, 2004. – 408 с.
4. Справочник по композиционным материалам. В 2-х т./ Под ред. Дж.Любина. – М.: Машиностроение, 1988.- Т.1 – 448 с.; Т.2 – 584 с.
5. Мурзин В.С. Технология композиционных материалов и изделий. – Воронеж, 1999. – 294 с.
Приложение
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«КАЗАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Им. А.Н. ТУПОЛЕВА-КАИ»
Институт радиоэлектроники и телекоммуникаций
Кафедра Нанотехнологии в электронике
Курсовой проект по курсу « Наноразмерные системы »
«Разработка экранирующей панели на основе нанокомпозиционных материалов.»
Выполнил: студент группы 5310 Имамов Р.Ф.
Проверил: ст. преподаватель Спиридонов С.В.
Казань 2018
Оглавление
Описание задания на курсовое проектирование. 3
Введение. 4
Теоретическая часть. 6
Расчетно-графическая часть: 24
Технологическая часть. 28
Заключение. 31
Список использованной литературы.. 32
Приложение. 33
Описание задания на курсовое проектирование
Тема: Разработка экранирующей панели на основе нанокомпозиционных материалов.
Исходные параметры:
1. Высота: 1,5 м
2. Ширина: 0,725 м
3. Толщина: не более 0,06 м
4. Масса: не более 25 кг
5. Стойкость к растворению: вода - не растворяется.
6. Прозрачность на 1 см толщины: 50 мкм -1000 м - 0%.
7. Предел прочности: не хуже 9000 МПа
8. Предел упругости: не хуже 180 МПа
Введение
Главной задачей выполнения данной курсовой работы является получение практических навыков по проектированию композитов, в основе которых лежат наноразмерные структуры. Данное задание курсового проекта сделано по принципу задания предприятия, в которое входит ряд параметров и свойств готового изделия. На основе данных параметров необходимо подобрать материалы, структурные особенности, технологические процессы, обеспечивающие данные характеристики.
Традиционно применяемые металлические и неметаллические материалы в значительной мере достигли своего предела конструктивной прочности. Вместе с тем развитие современной техники требует создания материалов, надежно работающих в сложной комбинации силовых и температурных полей, при воздействии агрессивных сред, излучений, глубокого вакуума и высоких давлений. Зачастую требования, предъявляемые к материалам, могут носить противоречивый характер. Удовлетворить эти требования можно путем использования композиционных материалов.
Также стоит отметить, что основой экологической безопасности и одним из самых действенных средств защиты объекта от утечки информации по техническим каналам является экранирование электромагнитных волн.
Рано или поздно промышленный шпионаж заставляет предпринимателя изучить аспекты защиты коммерческой тайны. В связи с быстрыми темпами развития рыночных отношений в стране перед предпринимателем встает проблема, к решению которой, как правило, не готов.
Исходя из общепринятых формулировок, понятие «защита коммерческой тайны» можно определить как комплекс организационных и технических мер, проводимых предпринимателем в целях предотвращения хищения, умышленной передачи, уничтожения и несанкционированного доступа к информации либо утечки данных к конкуренту. Проблема защиты коммерческой тайны тесно увязывается с такими понятиями, как «утечка сведений», «источник утечки», «канал утечки», «перекрытие канала утечки».
В связи с быстро развивающимся техническим прогрессом все актуальней становится проблема формирования электромагнитной обстановки, которая обеспечивает стабильное функционирование электронных устройств и экологическую безопасность. Электромагнитная обстановка представляет собой целостность электромагнитных полей в определенной области пространства, которая влияет на функционирование конкретного радиоэлектронного устройства или биологического объекта.
Теоретическая часть
Композитный материал (КМ), композит — искусственно созданный неоднородный сплошной материал, состоящий из двух или более компонентов с чёткой границей раздела между ними.
Как правило, композитами являются многокомпонентные материалы, состоящие из пластичной основы (матрицы), армированной наполнителями, обладающими высокой прочностью, жесткостью и т.д. Сочетание разнородных веществ приводит к созданию нового материала, свойства которого количественно и качественно отличаются от свойств каждого из его составляющих. Варьируя состав матрицы и наполнителя, их соотношение, ориентацию наполнителя, получают широкий спектр материалов с требуемым набором свойств. Многие композиты превосходят традиционные материалы и сплавы по своим механическим свойствам и в то же время они легче. Использование композитов обычно позволяет уменьшить массу конструкции при сохранении или улучшении ее механических характеристик.КМ является однородным в макромасштабе и неоднородным в микромасштабе.
Механическое поведение композиции определяется соотношением свойств армирующих элементов и матрицы, а также прочностью связей между ними. Характеристики и свойства создаваемого изделия зависят от выбора исходных компонентов и технологии их совмещения.
При совмещении армирующих элементов и матрицы образуется композиция, обладающая набором свойств, отражающими не только исходные характеристики его компонентов, но и новые свойства, которыми отдельные компоненты не обладают. Например, наличие границ раздела между армирующими элементами и матрицей существенно повышает трещиностойкость материала, и в композициях, в отличие от однородных металлов, повышение статической прочности приводит не к снижению, а, как правило, к повышению характеристик вязкости разрушения.
Для создания композиции используются самые разные армирующие наполнители и матрицы. Это — гетинакс и текстолит (слоистые пластики из бумаги или ткани, склеенной термореактивным клеем), стекло- и графитопласт (ткань или намотанное волокно из стекла или графита, пропитанные эпоксидными клеями), фанера. Есть материалы, в которых тонкое волокно из высокопрочных сплавов залито алюминиевой массой. Булат — один из древнейших композиционных материалов. В нём тончайшие слои (иногда нити) высокоуглеродистой стали «склеены» мягким низкоуглеродным железом.
Материаловеды экспериментируют с целью создать более удобные в производстве, а значит — и более дешёвые материалы. Исследуются саморастущие кристаллические структуры, склеенные в единую массу полимерным клеем (цементы с добавками водорастворимых клеев), композиции из термопласта с короткими армирующими волоконцами и прочее.
Можно найти большое количество примеров композитов, окружающих нас в повседневной жизни. Так мебель изготавливается из фанеры или ДСП, представляющий собой композит из деревянных элементов (доски или древесной крошки) скреплённых пропиткой. Здания возводятся с применением железобетонных конструкций, которые тоже являются композитами. Ещё одни композиты - углепластики и стеклопластики получили широкое распространение в качестве конструкционных материалов, начиная от электроники, заканчивая машиностроением.
Матрица является важнейшим компонентом композита. Матрица обеспечивает монолитность композита, фиксирует форму изделия и взаимное расположение армирующих нитей, распределяет действующие напряжения по объему материала, обеспечивая равномерную нагрузку на волокна и её перераспределение при разрушении части волокна.
Требования, предъявляемые к матрице, можно разделить на эксплуатационные и технологические.
К эксплуатационным относятся: физико-механические и физико-химические свойства, температура эксплуатации, стойкость к окружающей среде или среде эксплуатации.
Прочностные характеристики материала матрицы являются определяющими при сдвиговых нагрузках, нагружении композита в направлениях, отличных от ориентации волокон, и циклических нагружениях.
Технологические требования определяют: метод изготовления изделий из композитов, возможность выполнения конструкций заданных габаритов и формы, параметры технологических процессов, способы входного и технологического контроля, получение предматериала и сроки сохранения их технологичности; конструкционные элементы (профили, трубы, листы, объемные заготовки) и способы их переработки в изделия (склеиванием, сплавлением, спеканием, сваркой, механической обработкой и т.д.).
В качестве матричного материала используется широкий спектр различных веществ, часто материал матрицы имеет ту же природу, что и армирующий материал, например, углеродная, керамическая, металлическая матрицы. Это позволяет создавать материалы с использованием предельно допустимых возможностей, присущих армирующему наполнителю, в первую очередь это касается термостойкости, сочетать конструкционные достоинства материалов с общими достоинствами композитов.
В то же время на сегодняшний день главенствующая роль среди матричного материала принадлежит полимерам. Объем выпуска полимерных композитов намного превосходит выпуск материалов с другими матрицами.
Дата: 2019-02-19, просмотров: 397.
