Характеристики радиоматериалов

Характеристики радиоматериалов.

Каждый радиоматериал определяется совокупностью его электрических, механических, магнитных, тепловых и  физико-химических свойств. Эти свойства количественно оцениваются с  помощью величин, называющиеся характеристиками материала.

1. Электрические  характеристики РМ (радиоматериалов).

 

1. Удельное электрическое сопротивление ρ (Ом × м) – позволяет оценить электропроводность РМ. Все РМ можно разделить на три основные группы по электропроводности:

- проводники            ρ = 10^-8÷10^-5 Ом × м

- полупроводники   ρ = 10^-6÷10⁸ Ом × м

- диэлектрики          ρ = 10⁸÷10¹⁸ Ом × м

  2. Температурный коэффициент удельного сопротивления ТК ρ – определяет скорость изменения ρ в зависимости от температуры РМ. При линейном изменении ρ (что наблюдается при 60 - 80 ° С), ТК ρ определяется по формуле

  , град^-1,

где ₁ - удельное сопротивление при Т₁ и ₂ - удельное сопротивление при Т₂ .

Поскольку у проводников  с ростом ТК ρ возрастает, их ТК ρ > 0. У полупроводников и диэлектриков ТК ρ < 0.

3. Удельная проводимость γ – величина обратная ρ : 

γ = , Ом^-1·см^-1

4. Диэлектрическая проницаемость ε – позволяет оценить способность диэлектрика или полупроводника образовывать электрическую емкость. ε характеризует ослабление внешнего электрического поля в диэлектрике поляризационными зарядами. (ε_воды = 81).

5. Температурные коэффициент ε (ТК ε) – характеризует скорость изменения ε от температуры

   , град^-1

6.Тангенс угла диэлектрических потерь (tg δ) – эта характеристика позволяет оценить активные потери энергии, рассеиваемые в диэлектрике при его работе в переменном электрическом поле.

tg δ =     

Р_а – активная мощность , U- переменное напряжение, – угловая частота, с – емкость.

Наименьшим значением tg δ обладают газообразные диэлектрики (~ 10^-6 ÷ 10^-5). У твердых диэлектриков, применяемых в высокочастотных узлах РЭА tg δ = 0,005 ÷ 0,03.

7. Электрическая прочность Е_пр - представляет напряженность электрического поля, при которой наступает пробой диэлектрика или полупроводника.

В одномерном электрическом поле

,

 где U_пр – электрическое напряжение, при котором произошел пробой диэлектрика, h – толщина образца в месте пробоя.

Е_{пр воздуха} = 1 .

 

2. Механические характеристики РМ.

 

1. Предел прочности при растяжении σ_р

,    

где Р_р – разрешающее усиление при растяжении, S₀ – площадь поперечного сечения образца до разрушения.

2. Относительное удлинение при растяжении е_р

   ,

где l_p и l₀ - длины образца материала до и после растяжения (е_{р резины} 250 ÷ 300 % ; е_{р метал.} =15 ÷ 20 % ; е_{р пластмассы} = 2 ÷ 5 %)

 

3. Предел прочности при сжатии

,

 где Р_с – разрушающе усиление сжатия, S₀ – площадь поперечного сечения образца до сжатия

4. Предел прочности при статическом изгибе σ_и 

_1,5 ·    , ,

где Р_и – изгибающее усиление , L – расстояние между опорами, b – ширина образца, h – толщина образца.

5. Ударная вязкость материала ɑ - это предел прочности материала при ударном изгибе.

Ударную вязкость вычисляют как отношение  работы (ΔА), затраченной на разрешение образца материала, к площади  его поперечного сечения.

,   

Ударная вязкость позволяет судить о степени  хрупкости материала. Так у радиокерамики, отличающейся хрупкостью ɑ = 1,8 ÷ 4,5  , а у стеклотекстолита ɑ = 100 ÷ 150  .

Особенно  большое значение эта характеристика имеет для авиационного радиооборудования, где оно подвергается ударным  нагрузкам.

 

 

3. Тепловые характеристики РМ.

 

1. Температура плавления (⁰С) измеряется у материалов кристаллического строения – металлов, полупроводников ( Ge , Si), диэлектриков (парафин, слюда ).

 

2. Температура размягчения (⁰С) определяется у материалов аморфного строения (компаунды, стекла, полупроводники, многие полимерные диэлектрики).

 

3. Температурный коэффициент линейного расширения ТКЛР – определяет изменение первоначальной длины материала при изменении его температуры от Т₀ до Т₁.

 

где l₀, l₁ – длины материала при Т₀  и Т₁ .

 

4. Коэффициент теплопроводности λ – позволяет оценить способность материала проводить тепло от боле нагретой его поверхности к менее нагретой

  ,

 где Q – количество тепла, проходящее за время t через стенку из данного материала площадью S и толщиной h; Т₂ -Т₁ – разность температур поверхностей образца.

Металлы                        λ= 348 ÷ 423

Орг. диэлектрики       λ= 0,12 ÷ 0,28

5. Теплостойкость – тепловая характеристика, определяемая у органических полимерных диэлектриков. Позволяет оценить их стойкость к кратковременному нагреву при одновременном воздействии изгибающей механической нагрузки.

   Полистирол    75 – 80 ⁰С

   Гетинакс     150 –  170 ⁰С

6. Нагревостойкость – определяет способность диэлектрика длительно выдерживать предельно длительную температуру без снижения (заметного) механических, электрических и других характеристик. Существует 7 классов нагревостойкости электроизоляционных материалов.

 

7. Холодостойкость – определяет стойкость РМ к низким температурам. Малой стойкостью отличаются многие материалы органического происхождения полимерные диэлектрики, резины, компаунды и др. При охлаждении (-50 ⁰С и ниже) они теряют эластичность и растрескиваются.

 

 

4. Физико-химические характеристики РМ.

 

1. Водопоглощаемость ω – характеризует свойство материала противостоять проникновению в него воды.

 

где G₁ – масса в исходном состоянии, G₂- масса после пребывания в оде 24, 48 часов и больше.

 

     2. Гигроскопичность ϑ – характеризует свойство материала противостоять проникновению в него паров воды  (например, при работе РЭА во влажной атмосфере).

 

где G₀ – масса абсолютно сухого образца, G₁ – масса после пребывания его во влажной камере 24, 48 часов и больше.

Чем больше ϑ, тем ниже его электрические и др. характеристики.

 

3. Тропическая стойкость – стойкость РМ к атмосферным воздействиям в странах с тропическим климатом.

В условиях влажного тропического климата радиоматериалы подвергаются воздействию:

а) высокая температура окружающего  воздуха (45 - 55°С);

б) резкое изменение температур в течение  суток;

в)  высокая влажность воздуха (90-95%)

г) солнечная радиация (большая плотность  светового и теплового потока);

д) воздух, содержащий соли, пыль;

е) плесневые грибки (повреждают многие органические материалы);

ж) насекомые (повреждают многие органические материалы).

 

4. Радиационная стойкость – характеризует стойкость РМ к воздействию фоновых (ионизирующих) излучений: α,β и γ - лучей, потоков нейтронов и др. Фоновые излучения вызывают структурные изменения почти во всех РМ, что приводит к изменению первоначальных свойств и характеристик материала.