|
| |
  |
Главная » Книги и журналы 1 ... 26 27 28 29 30 31 Рис. 14.15. Аппаратура для измерения теплопроводности методом сравления: / - прижимное приспособление; 2 - теплоизоляция; 3 - нагреватель; 4 -эталонный материал; 5 - исследуемый материал; 6 - дополнительный нагреватель; 7 - провода термоэлементов; 8 - радиатор, отводящий тепло Величина коэффициента теплопроводности исследуемого материала вычисляется по формуле относятся соог-и иссле-  ветственно к эталонному дуемому материалам. Калориметрический метод [49, 79]. Образец исследуемого материала толщиной 3...6 мм помещается между резервуаром с кипящей водой (100° С) и изолированным медным блоком с известной теплоемкостью. Тепло, проходящее через образец, нагревает медный блок. Температура измеряется термоэлементом, соединенньш с чувствительным гальванометром. Теплопроводность вычисляется по формуле MCD Ig o-Ig Я=2,303- где М - масса меди; С - теплоемкость меди; io. i - показания гальванометра в моменты времени ?о и ; s - площадь поверхности образца. Перевод коэффициента теплопроводности из одной системы единиц в другую приведен в табл. 14.2. Таблица 14.2. Перевод коэффициента теплопроводности из одной системы единиц в другую
вти - Британская единица тепла, °F - градусы Фаренгейта. В единицах СИ теплопроводность выражается в ваттах на метр-кельвнн: I Вт(м-К)==0,86 ккал/(ч-м-°С)=2,39-10-5 кал/(сХ Хсм.°С). 15. ОСОБЕННОСТИ ПРОИЗВОДСТВА ИЗДЕЛИРЛ В ТРОПИЧЕСКОМ ИСПОЛНЕНИИ Для оценки воздействия на изделия климатических факторов оказалось полезным разделить поверхность Земли на ряд климатических зон (табл. 15.1). Три зоны, лежащие между тропиками Рака и Козерога, носят название тропических (рис. 15.1); здесь наиболее сильно ощущается разрушительное действие атмосферы на изделия. Защита изделий применительно к условиям этого климата часто называется тропикализацией, или тропическим исполнением. По существу тропикализация - это способ защиты изделий, обеспечивающий их работоспособность в особенно жестких климатических условиях. Для более подробного рассмотрения проблемы приведем характеристику трех тропическ^х зон. Таблица 15.1. Характеристики климатических зои
Обозначения: a - не проявляется, b - в минимальной степени, с - редко, d - часто. wo m no 100 80 60 W W о 20 W 60 100 m m 160 180 80 60 0 20  Нлимагл ( ТаШШ Тропичесиий сухой N УТТРЛ Нормальный Холодный кп Неидентифициро-Ванные площади 160 т по 100 60 60 0 20 о го w бо во юо по по wo wo Рис. 15.1. Карта климатических зон в соответствии с классификацией МЭК Тропический влажный климат отличается одновременным существованием высокой влажности и высокой температуры. Среднемесячная температура не опускается ниже 18° С, а самая низкая - ниже 0° С. При этом наивысшая температура достигает 40° С. Абсолютная влажность (шесть месяцев в году) превышает 20 г/м^ и достигает 40 г/м^. Относительная влажность (12 ч в сутки в течение 2... 12 мес превышает 80%. Количество осадков в течение года превышает 600 мм и нередко достигает 10 ООО мм, а наиболее интенсивный дождь может дать 1СЮ мм осадков за 10 мин. Часто бывают бури и сильные атмосферные разряды. На предметах выпадает роса. Зона характеризуется большим числом солнечных дней в году. При этом в районах Мирового океана и приморских районах в атмосфере содержится соль, над сушей в этой зоне отмечается содержание пыли. Эти условия, кроме непосредственного воздействия на ЭРЭ, приводят к интенсивному развитию и активности плесени, грибков, бактерий, термитов и грызунов, которые разрушают многие органические материалы. Тропический сухой климат характеризуется малым количеством осадков, не превышающим 200 мм в год, относительная влажность не превышает 30% и спадае! часто до 5%; абсолютная влажность колеб-.!1ется в пределах 4... 19 г/м^. В этой зоне также много солнечных дней в году. Наивысшая температура достигает 55° С, а дневное колебание температуры превышает 40° С. В атмосфере постоянно содержится значительное количество пыли и песка (песчаные бури). В приморских районах и в районах расположения соленых озер в воздухе содержатся минеральные соли. Субтропический влажный климат отличается большой влажностью и высокой температурой; 3...6 месяцев в году абсолютная влажность превьщ1ает 15 г/см и может достигать 40 г/м . Количество осадков колеблется от 200 до 1 ООО мм в год. Средняя температура в наиболее холодные месяцы может находиться в пределах 0°... + 18° С, суточные изменения температуры достигают 20° С. Другие климатические факторы этой зоны аналогичны двум предыдущим. Тяжелым условиям тропического климата в полной мере отвечают изделия, полностью герметизированные (гл. 7) в корпусах из металла, стекла и керамики, при этом необходимо, чтобы металлические корпуса, а также другие металлические детали, были вьшолнены из устойчивых к коррозии металлов (никеля и его сплавов, нержавеющей стали, серебра и т. п.) или защищены антикоррозийными покрытиями с использованием гальванических или термических методов. Вопросы коррозийной устойчивости металлов, а также гальванических и термических покрытий к воздействию тропического климата описаны в ряде обширных монографий [79, 89, 122] и здесь не рас^ сматриваются. Следует, однако, отметить, что гальванические покрытия, в полной мере устойчивые к тропическим воздействиям (например, никель), никогда не дают такой гарантии надежности, как детали, полученные из устойчивых к коррозии металлов, так как покрытие можетЪказать-ся непрочным. Таблица 15.2. Характеристики устойчивости герметизирующих материалов к воздействию тропического климата Материал
Устойчивость к действию улм фиол льтра-1лето-вого налу, чения PCFE (тефлои) Поликарбонат Полипропилен Полистирол Полиэтилен малой плотности Полиметилметакрилат Полиамид 6 Натуральная резина Бутадиен-стирольная резина Хлоропреиовая резина Полиэфирная пленка Кремнийорганические материалы Полиимиды Эпоксидные смолы Стекло Керамика Металлы + + + + -f Обоз паче ян я. + устойчивы, - неустойчивы, -)--умеренно устойчивы. Р^Г^Там,- где бывают песчаные бури, следует принимать во внимание абразивное воздействие^песка, который может повредить как гальванические покрытия, так и тонкостенные корпуса изстекла и металла. Значительно сложнее решаются вопросы устойчивости к воздействию тропических факторов для изд&пий, герметизированных органическими полимерными материалами. Здесь следует принимать во внимание совместное воздействие влаги и солнечной радиации, а также бактерий, грибков, термитов, грызунов и т. д. Выбор синтетических материалов, которые могут работать во влажной атмосфере, не представляет большого труда (табл. 15.2). Когда вопрос касается влаги, необходимо прежде всего выбрать такие синтетические материалы, которые задерживают ее наиболее эффективно (см. гл. 2). Изделия, выдержавшие 56-суточные климатические испытания, включая испытания в соляном тумане в соответствии с PN-73/E-04550), считакугся устойчивьши к воздействию тропического климата. Как указывалось, многие изделия, герметизированные синтетическими материалами, выдерживают эти испытания. Исследования последних лет, а также опыт эксплуатации военной аппаратуры в Юго-Восточной Азии, где господствует влажный тропический климат, поставили под сомнение утверждение, что устойчивость к непрерывному воздействию повышенных влажности и температуры в течение 56 суток (в соответствии с PN-73/E-04550) гарантирует долголетнюю работоспособ- ность аппаратуры в тропических условиях. Вопрос заключается в выборе методики ускоренных испытаний, позволяющих оценить воздействие влаги в тропическом климате. Испытания предусматривают проведение 56-суточного цикла проверки при 93%-ной относительной влажности и температуре 40° С. Такие значения температуры и влажности в тропическом климате достигаются только в отдельные периоды. Как показали исследования [89, 122], в некоторых районах с тропическим климатом в течение 50% времени на протяжении года относительная влажность превьш1ает 90%, а температура близка к + 25° С. В ряде случаев температура превышает 40° С, однако данные о продолжительности этого периода отсутствуют. Если допустить, что он равен 5%, то за три года эксплуатации аппаратуры получим общую продолжительность около 56 суток, что соответствует длительности испытаний по упомянутой методике. За трехлетний период в течение примерно 500 дней относительная влажность превышает 90%, а температура равна 25° С или выше. В зоне тропического климата роса выпадает примерно 200 раз в году, а количество конденсированной воды в течение суток достигает нескольких миллиметров. Поэтому испытания на воздействие влаги и температуры по изложенной выше методике не могут считаться ускоренными, так как составляет лишь 5% наиболее напряженного трехлетнего периода эксплуатации. Поэтому изыскиваются другие методы ускоренных испытаний, которые позволили бы получить более полную информацию о работо- . способности изделий во время длительного пребывания в тропическом климате. Все эти методы основаны на предположении, что ускорение испытаний может быть достигнуто за счет повышения температуры и абсолютной влажности. Сравнение методов, представляющих наибольший интерес, приведено в табл. 15.3. Как видно, наиболее жесткими являются испытания в автоклаве с насыщенными парами. Давление пара равно 205 кПа вместо максимального давления паров в тропическом климате 7 кПа (52 мм рт. ст.), а температура составляет 12Г С вместо 40...50° С. Однако время, в течение которого проводятся эти испытания, не превышает обычно 24 ч. Вызывают сомнения как весьма напряженные условия испытаний, так и сравнительно короткое время их проведения. Несмотря на это испытания широко используются при проверке полупроводниковых приборов [101, 131]. Большее доверие вызывают испьггания в соответствии cMil-STD-202 D103B при температуре 85° С и относительной влажности 85%, что соответствует давлению пара 49 кПа. Испытания проводятся 3 ООО ч, т. е. 5 мес. Установлено, что приборы структуры МДП в монолитных пластмассовых корпусах на основе эпоксидно-новолачных смол не получают повреждений при обоих типах испьгганий и могут, следовательно, работать в условиях тропического климата. При эксплуатации РЭА в сухом тропическом климате следует принимать во внимание солнечную радиацию, которая на 64% выше, чем в зоне умеренного климата. При этом в тропической зоне в большей мере сказывается разрушительное действие ультрафиолетового излучения. Воздействие солнечной радиации является двояким. Инфракрас- Таблица 15.3. Сравнение различных методов испытаний на влагостойкость
ная часть спектра (около 45% общей энергии) вызывает нагрев изделий, причем их температура может повышаться на 20...30° С, а темные металлические части могут нагреваться до температуры выше 100° С. Ультрафиолетовая часть спектра солнечного излучения вызывает разрушительное действие из-за каталитического ускорения таких химических процессов, как окисление, деполимеризация (деструкция), отверждение и т. п. Интересно влияние окраски органических полимерных материалов. С одной стороны, материалы черного цвета, сильнее поглощая инфракрасное излучение, нагреваются до более высокой температуры. С другой стороны, черные красители (чаще всего сажа), поглощая ультрафиолетовое излучение, предохраняют полимер от разрушения, вызываемого каталитическими процессами. Ввиду того, что используемые для герметизации материалы имеют максимальную рабочую температуру, превышающую 85° С (см. табл. 15.2), более важной является защита от воздействия ультрафиолетового излучения, которое разрушает резины, а также некоторые термореактивные смолы. На практике материалы, используемые для работы в зоне тропического климата, окрашиваются в черный цвет. Вопросы защиты от воздействия солнечной радиации, если их следует принимать во внимание, могут быть решены без особых трудностей путем соответствующего выбора герметизирующих материалов [47, 48, 79, 98, 122]. В условиях тропического климата, особенно при контакте с влажной почвой, возникают благоприятные условия для образования грибков (плесени) и бактерий на органических материалах. Установлено, что в I см земли в тропической зоне содержится 50 10 грибков и 500 - 10* бактерий. Колонии грибков, образующиеся на органических материалах, абсорбируют влагу и усугубляют ее действие. Развитие грибка вслед- ствие этого вызывает разрушение материалов (см. табл. 15.2), а также коррозию металлов. Отсутствие вентиляции и солнечного света ускоряет процесс. Большинство грибков развивается достаточно быстро уже при относительной влажности более 50% и температуре 20...40° С, многие из них огут существовать и^в менее,благоприятныхусловиях. Разрушение материаловбактериями и грибками часто .сопровождается появлением соединений, вызывающих коррозию металлов. Однако многие синтетические материалы, такие как кремнийорганические, эпоксиды, полиуретаны.устойчивы к воздействию грибков и бактерий, что обусловлено иххимической структурой. К другим материалам, в том числе и устойчивьш, могут быть добавлены компоненты, уничтожающие плесень и насекомых. Однако использование некоторых пластификаторов (например, полиалкоголей) и наполнителей (продуктов целлюлозы) уменьшает устойчивость к воздействию микроорганизмов. Разрушающее воздействие на синтетические материалы могут оказывать также термиты, для которых разнообразные целлюлозные материалы, а также некоторые виды резин являются,питательной средой. Термиты проделывают в синтетических материалах каналы, вызывающие в первую очередь механические разрушения, а их выделения с сильньш коррозирующим действием могут вызывать разрушение как полимерных материалов, так и металлов. Следует отметить, что грызуны могут портить изделия из пластмассы не только в тропическом климате, но и в умеренном. Использование ядовитых веществ позволяет защитить пластмассы от воздействия любых живых организмов. При выборе таких веществ требуется, чтобы их применение было успешным при малой концентрации и воздействовало на большинство видов грибков, плесени. Эти вещества не должны растворяться в воде и разлагаться под воздействием солнечной радиации. Чаще всего для этой цели используются металлорганические соединения - нафтенианы и фенилнафтенианы ртути, 8-оксихинолят меди, а также некоторые органические соединения, например хлорфенолы, салициланилид, хлоропроизводные пи- ридина. Методы климатических испытаний электроизоляционных материалов, предназначенных для работы в тропических условиях, регламентированы стандартами PN/E-04350 и PN-73/E-04550. 16. ПРОВЕРКА КАЧЕСТВА ГЕРМЕТИЗАЦИИ 16.1. ВЫБОР МЕТОДА Контроль качества герметизации может быть как неразрушающим, так и разрушающим. В первом случае проверяют герметичность корпуса или измеряют параметры изделия после различных воздействий, в первую очередь влаги. При разрушающем контроле изделие после испытаний вскрывают и проверяют визуально. Герметичность проверяют, если защищаемое изделие находится в корпусе', имеющем свободное пространство. Это касается в первую очередь изделий в метал- лических, керамических и стеклянных корпусах с герметизированными выводами (см. рис. 7,12) или в корпусах, уплотненных прокладками из эластичных материалов (см. рис. 7.8). Можно также контролировать герметичность изделий, герметизированных в корпусах из синтетических материалов (см. рис. 11.2). В случаях, например, заливки или опрессовки, когда нет свободного пространства между изделием и корпусом, исследуется агрессивное воздействие герметизирующего материала на параметры изделия. Разумеется, исследование воздействия влаги выполняется также для изделий, герметизируемых в полых корпусах. Качество герметизации можно проверять непосредственно после изготовления изделия или после различных воздействий на него (вибрация,.удары, перепады температуры и т. п.), которые могут приводить к снижению качества герметизации. . 16.2. ПРОВЕРКА ГЕРМЕТИЧНОСТИ КОРПУСОВ В зависимости от степени герметичности корпусов применяются две группы методов контроля. При больших утечках (более 10 мм рт. ст. л/с) наблюдают выделения пузырьков газа из герметизированных изделий, при малых - определяют количество вытекающего газа с помощью чувствительных датчиков. Визуальное наблюдение пузырьков газа производится при погружении исследуемого изделия в жидкость, находящуюся в прозрачном сосуде и подогретую до температуры, незначительно превышающей максимально допустимую для данного изделия (согласно Mil-STD-202D 130° С). Изделие погружают не менее чем на 2,5 см так, чтобы участок, на котором могла бы возникнуть наибольшая утечка, был вверху. Если невозможно выделить такой участок изделия, то его располагают вверх наибольшей поверхностью, время испытаний не менее 1 мин. Выбранная для испытаний жидкость должна иметь небольшую вязкость и малое поверхностное натяжение, чтобы улучшить проникновение газа через узкие капилляры. Она не должна оказьшать агрессивного действия на исследуемое изделие. Если исследование производится в воде, добавляются вещества, снижающее ее поверхностное натяжение. В Польше для этой цели используется вещество под названием Альфенол. Стандарт Mil-STD-202D предусматривает для изделий, устойчивых к температуре 125° С, использование минерального масла Saybolt с кинематической вязкостью 175... 190 Ст при 38° С. В последнее время для этих целей все шире используются фторированные углеводороды [97], которые наряду с мальши вязкостью и поверхностным натяжением отличаются негорючестью и'отсутствиемТтоксичности. Ряд таких жидкостей марок FC-77, FC-75и РС-43 производит фирма ЗМ. Первые две жидкости, температура кипениякоторых составляет соответственно 37 и 102°С, используются дляисследованийпри ком- натной температуре. Вязкость ихпри 25° С^составляет 0,8 сСт. Для исследования! приТ более высокой? температуре применяется третья жидкость с температурой кипения 175° С, вязкость ее при 25° С 2,6, а при 100° С - ;0,6 сСт. Изделие с малой нагревостойкостью проверяют в вакуумной камере при температуре 25° С и вакууме не менее 5 кПа (38 мм рт. ст.). В качестве жидкости используется кремнийорганическое масло с вязкостью не более 20 сСт. Находят применение также водные растворы с поверхностно-активными добавками или фторированные углеводороды. Для метода с регистрацией газа требуется очень чувствительный прибор, например масс-спектрограф [97]. Выявляются следы газа, чаще всего гелия, легче всего проникающего через негерметичные соединения. Реже используются другие инертные газы, например аргон, часто в смеси с азотом. Если газом является радиоактивный криптон {Щ{г), то преобразователем служит счетчик Гейгера [971. Международные стандарты устанавливают следующие четыре способа испытаний, 1. Корпус еще не герметизирован и снабжен выводом для подключения устройства, создающего вакуум в нем. Снаружи корпус омывается газом (рис. 16.1). Если происходят утечки, спектрограф сравнивает количество просочившегося газа с эталоном - резервуаром с гелием, имеющим строго контролируемую утечку (cmVc). После этого корпус заполняют газом или создают вакуум, заключают в него изделие и герметизируют. Герметичность проверяют, как в способах 3 и 4. 2. Этим способом можно контролировать как герметизированные корпуса, так и негерметизированные. Корпус с подключенным к нему трубопроводом устанавливают в вакуумной камере (см. рис. 16.1). После создания вакуума в корпус подается газ, который затем регистрируется. Этот газ, проникающий в камеру из корпуса через микрощели, поступает в преобразователь, определяющий его количество. В некоторых случаях давление внутри корпуса может циклически изменяться. После испытаний в корпус устанавливают изделие, герметизируют его, а затем контролируют соединительный шов (см. способы 3 и 4).  Рис. 16.1. Контроль герметичности ,;? корпусов с помощью гелия 1 ... 26 27 28 29 30 31 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||