Тепловые характеристики
Механические характеристики
Для полной оценки качества радиоматериалов необходимо знать не только электрические, но и механические характеристики, определяющие их механическую прочность.
Разрушающее напряжение при растяжении σР (Па) вычисляют по формуле σр=PР /S0, где PР – разрушающее усилие при растяжении (разрыве) образца материала, Н; S0– площадь поперечного сечения образца материала до его разрушения, м2.
Относительное удлинение при растяжении еР (%) вычисляют по формуле еР = (lР – l0)100/l0 , где l0 и lР – длины образца материала соответственно до и после растяжения, м. Относительное удлинение материала при растяжении дает возможность оценить его растяжимость и пластичность. Так, у резины еР = 250 ÷ 300%, у металлических проводников
еР = 15÷20%, у пластмасс еР = 2÷5%.
Для измерения и используют образцы материалов определенных размеров и формы. Образец зажимают в стальных зажимах машины для испытаний на растяжение.
Разрушающее напряжение при сжатии (Па) измеряется на образцах материалов определенных размеров и формы и вычисляется по формуле
σС = PС /S0, где PС – разрушающее усилие при сжатии образца материала, Н; S0 - площадь поперечного сечения образца материала до его разрушения, м2.
Разрушающее напряжение при статическом изгибе σИ определяют приложением изгибающего усилия к середине испытуемого образца материала, покоящегося на двух неподвижных стальных опорах. Разрушающее напряжение материала при статическом изгибе вычисляют по формуле σИ = PИL / (bh2), где PИ – изгибающее усилие, Н; L– расстояние между опорами, м; b – ширина образца, м; h – толщина образца, м.
Ударная вязкость а - отношение работы ΔА, затраченной на разруше-ние образца материала, к площади его поперечного сечения S0: а = ΔА/S0. Для определения ударной вязкости материала используют удар по образцу маятником, поднятым на определенную высоту. Ударная вязкость позволяет судить о степени хрупкости материала. Чем меньше ударная вязкость, тем более хрупок материал. Так, у радиокерамических материалов, отличаю-щихся хрупкостью, а = 1,8÷4,5 кДж/ м2 , в то время, как у стеклотекстолитов а = 100÷150 кДж/ м2.
Эта характеристика имеет большое значение для материалов, применяемых в бортовом радиооборудовании.
Для полной оценки качества радиоматериалов кроме механических и электрических необходимо знать их тепловые характеристики. Большинство радиоматериалов, особенно органических диэлектриков, очень чувствительны к высоким и низким температурам.
Температура плавления (°С) определяется у материалов крис-таллического строения – металлов, полупроводников и диэлектриков
(германий, кремний, слюда, парафин и др.).
Температура размягчения (°С) определяется у материалов аморфного строения (компаунды, стекла, многие полимерные диэлектрики). Материал кристаллического строения по достижении температуры плавления перехо-дит из твердого в жидкое состояние. У материалов аморфной структуры пе-реход из твердого состояния в жидкое совершается постепенно в широком интервале температур.
Коэффициент температурного расширения КТР, определяющий изме-нение первоначальной длины материала при изменени его температуры от Т0 до Т1 (К-1), вычисляют по формуле КТР = (l1 – l0) / [ l0 (Т1 - Т0)], где l0 и l1 – длина материала соответственно при начальной Т0 и конечной Т1 температурах.
Коэффициент температурного расширения КТР имеет большое практическое значение, например, при герметизации узлов и компонентов радиоаппаратуры. Так, нельзя соединять друг с другом детали с резко отли-чающимися КТР. Наименьшим значением КТР обладает кварцевое стекло (5,5·10-6/°С), наибольшим – некоторые полимерные диэлектрики, например полиэтилен и поливинилхлорид (150·10-6/°С).
Таблица 2.1
| Класс нагрево- стойкости | Предельная температура °С | Примерный перечень диэлектриков, относящихся К данному классу нагревостойкости |
| Y | Полистирол, полиэтилен, бумаги, картоны, хлопчатобумажные ткани | |
| A | Гетинакс, текстолит, хлопчатобумажные и шелковые ткани, пропитанные лаком | |
| E | Лавсановые пленки, стеклоткани на масляных лаках, пластмассы с неорганическими наполнителями | |
| B | Пластмассы с нагревостойкими неорганическими наполнителями | |
| F | Пластмассы на основе полиуретана, эпоксидов с наполнителями из слюды, асбеста, стекловолокна | |
| H | Кремнийорганические диэлектрики | |
| G | Выше 180 | Слюда, радиокерамические материалы, фторопласт-4, полиамиды |
Коэффициент теплопроводности λ позволяет оценить способность материала проводить теплоту от более нагретой её поверхности к менее наг-ретой. Коэффициент теплопроводности, Вт / (м·К), вычисляют по формуле
λ = Ph / [S (Т2 – Т1) τ], где Р – мощность теплового потока, проходящего за время τ, с, через поверхность S стенки заданного материала, м2, толщиной h, м; (Т2 - Т1) – разность температур поверхностей образца материала. Известно, что наибольшей теплопроводностью обладают металлы [(68÷415Вт/(м·К)], значительно меньшей – твердые органические диэлектрики [(0,09÷0,35Вт / (м·К)].
Теплостойкость – тепловая характеристика органических полимерных диэлектриков. Она позволяет оценить их стойкость к кратковременному нагреву при одновременном воздействии на образец материалов механической нагрузки.
Нагревостойкость – характеристика, определяющая способность диэлектрика длительно выдерживать предельно допустимую температуру без заметного снижения механических, электрических и других характеристик. Установлены семь классов нагревостойкости электроизоляционных материалов (таблица 2.1).
Холодостойкость – характеристика, позволяющая оценить стойкость материалов к низким температурам. Малой стойкостью к низким темпе-ратурам отличаются многие полимерные диэлектрики, резины и др. При охлаждении до низких температур (-60°С и ниже) эти материалы терют механическую прочность и растрескиваются..