Тепловые характеристики

Механические характеристики

ЛЕКЦИЯ №2

Для полной оценки качества радиоматериалов необходимо знать не только электрические, но и механические характеристики, определяющие их механическую прочность.

Разрушающее напряжение при растяжении σ_Р (Па) вычисляют по формуле σ_р=P_Р /S₀, где P_Р – разрушающее усилие при растяжении (разрыве) образца материала, Н; S₀ – площадь поперечного сечения образца материала до его разрушения, м².

Относительное удлинение при растяжении е_Р (%) вычисляют по формуле е_Р = (l_Р – l₀)100/l₀, где l₀ и l_Р – длины образца материала соответственно до и после растяжения, м. Относительное удлинение материала при растяжении дает возможность оценить его растяжимость и пластичность. Так, у резины е_Р = 250 ÷ 300%, металлических проводников

е_Р = 15÷20%, у пластмасс е_Р = 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

σ_С = P_С /S₀, где P_С – разрушающее усилие при сжатии образца материала, Н; S₀ - площадь поперечного сечения образца материала до его разрушения, м².

Разрушающее напряжение при статическом изгибе σ_И определяют приложением изгибающего усилия к середине испытуемого образца материала, покоящегося на двух неподвижных стальных опорах. Разрушающее напряжение материала при статическом изгибе вычисляют по формуле σ_И = P_ИL /(bh²), где P_И – 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, где детали подвергаются ударным нагрузкам.

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, поэтому приходится пользоваться условной температурой размягчения аморфного материала, которая определяется разными способами.

Если температура плавления кристаллического материала или размягчения аморфного равна, к примеру, 85°С, его нельзя применять в ра-диоаппаратуре, где он может нагреться даже до более высокой температуры.

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).

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. Теплостойкость определяют различными методами (Мартенса, Вика).

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 1.1).

Таблица 1.1

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

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. Поэтому холодостойкость диэ-лектриков определяют по степени снижения ими механической прочности.

Дата добавления: 2014-01-20