Органических материалов

Развитие химии органических полимеров привело к появлению нового типа материалов — органических диэлектриков. После полимеризации они образуют плотную пленку без пустот и трещин. Большинство полимеров имеет удельное сопротивление не менее 1010 Ом • см, коэффициент диэлектрической проницаемости 2,5...6,0, достаточно высокую электрическую прочность (не менее 10е В/см).

Испытания электроизоляционных материалов и изделий в условиях воздействия короны и появляющегося при этом озона рассматривались ранее, в § 6-1. Следует добавить, что озон, как наиболее активный агрессивный фактор, разрушающе действует на большинство органических диэлектриков, и в первую очередь это сказывается на их физико-механических характеристиках. По этой причине в ряде случаев проводятся специальные испытанна материала на стойкость к озонному старению.

Вследствие разнообразия состава и структуры твердых диэлектриков, применяемых в электрических аппаратах высокого напряжения, а также из-за сложности процессов, в настоящее время стройной теории пробоя твердых диэлектриков (условия самостоятельности разряда) как для газов не разработано. Тем не менее установлен ряд теоретических и экспериментальных закономерностей, которые используются при создании изоляционных конструкций. В качестве элементов твердой изоляции электрических аппаратов широко используются органические диэлектрики. В результате длительного воздействия электрического поля происходит электрическое старение изоляции, которое для органических диэлектриков преимущественно определяется частичными разрядами (ЧР) в неоднородностях (например, газовых включениях) в толще изоляции. Под действием ЧР изоляция разрушается

При одновременном воздействии высокой температуры и электрического поля процессы старения твердой изоляции из органических диэлектриков происходят быстрее. Это обусловлено тем, что старение и разрушение диэлектрика под действием ЧР связано с химическими процессами, развивающимися во включениях. Основываясь на законах кинетики химических реакций (закон Аррениуса), что является довольно грубым допущением, принимают, что для органической изоляции между сроком службы изоляции и температурой Т имеется зависимость

В отличие от твердых в жидких диэлектриках силы, вызывающие упорядочение структуры, распространяются на ограниченную область пространства в пределах нескольких диаметров молекул. При этом беспорядочное тепловое движение молекул способствует непрерывной перегруппировке областей упорядоченной структуры. Кроме того, в жидких диэлектриках при обычной промышленной очистке (технически чистые диэлектрики) всегда имеется некоторое количество примесей (твердые частицы, волокна органических диэлектриков, пузырьки газа, влага), которые при определенных условиях могут существенно повлиять на электрическую прочность изоляционного промежутка.

Одновременно со снижением 50 %-ных разрядных напряжений увеличивается коэффициент вариации (до значения а* « 0,1-;-0,15). При небольших расстояниях между электродами (порядка сантиметров) в однородных и слабонеоднородных полях возможно образование проводящих мостиков из частичек твердых примесей, эмульгированных капелек воды или увлажненных волокон органических диэлектриков, что облегчает развитие разряда.

Для многих органических диэлектриков типа смол, битумов, не имеющих ярко выраженной температуры плавления, характерной величиной является температура размягчения, определяемая различными методами, из которых широко применяются: метод кольца и шара, метод Кремер — Сарнова и метод Уббелоде. Сущность метода кольца и шара заключается в определении температуры, при которой стандартный шарик продавливает образец материала, заполняющего стандартное кольцо. По Кремер — Сарнову определяют температуру, при которой через слой испытуемого материала в стандартном приборе продавливается ртуть. По Уббелоде определяют точку каплепадения, т. е. температуру, при которой из специальной насадки на конце термометра вытекает первая капля испытуемого материала.

Поверхностный искровой разряд существенно не повреждает поверхность неорганических диэлектриков. Однако при мощном дуговом разряде происходит оплавление приповерхностных слоев даже фарфоровых изоляторов, а поверхность органических диэлектриков обугливается и на ней образуется сплошной проводящий след.

- Теплостойкость органических диэлектриков еще определяют по началу механических деформаций растяжения или изгиба, погружению иглы под давлением при нагревании диэлектрика, искривлением полимеров и пластмасс под .нагрузкой (метод Мартенса и другие).

Для уменьшения гигроскопичности и влагопроницаемости пористых изоляционных материалов широко применяется их пропитка. Необходимо иметь в виду, что пропитка целлюлозных волокнистых материалов и других органических диэлектриков лишь замедляет увлажнение материала, не влияя на удельное объемное сопротивление после длительного воздействия влажности. Это объясняется тем, что молекулы пропиточных веществ, имеющие весьма большие размеры по сравнению с размерами молекул воды, не в состоянии создать полную непроницаемость пор материала для влаги, а в наиболее мелкие поры пропитываемого материала они вообще не могут проникнуть.

Нагревостойкость. Способность диэлектрика выдерживать воздействие повышенной температуры в течение времени, сравнимого со сроком нормальной эксплуатации, без недопустимого ухудшения его свойств. В зависимости от значений допустимых в эксплуатации температур диэлектрики различают по классам нагревостойкостн. Нагревостойкость неорганических диэлектриков определяют, как правило, по началу существенного изменения электрических свойств, например, по заметному росту tg б или снижению удельного электрического сопротивления. Нагревостойкость оценивают соответствующими значениями температуры, при которой появились эти изменения. Нагревостойкость органических диэлектриков часто определяют по началу механических деформаций растяжения или изгиба, погружению иглы в материал под давлением при нагреве. Однако и для них возможно определение нагревостойкости по электрическим характеристикам.

Герметизация изделий. Бескорпусная герметизация проводится путем нанесения различными методами тонких и сверхтонких покрытий из неорганических и органических материалов. Пленки из неорганических материалов, обладая малой толщиной, значительной пористостью и низкой механической прочностью, выполняют в основном защитно-пассивирующие функции, т. е. подавляют химическую активность поверхностей при контакте с окружающей средой. Однако высокая чистота этих материалов и возможность стабилизации параметров деталей позволяют их широко использовать как промежуточные слои перед нанесением дополнительных полимерных покрытий или перед герметизацией в корпусах.

Практически все пленки из неорганических материалов можно получать методами испарения в вакууме, что обеспечивает их химическую чистоту, позволяет избежать термического воздействия на изделия и применять материалы с высокой нагревостойкостью.

Защитные покрытия из органических материалов также получают многочисленными методами, среди которых выделяются пропитка и обволакивание.

Диамагнитные материалы состоят из атомов, не имеющих магнитного момента, т. е. все магнитные моменты частиц в которых скомпенсированы. Магнитная восприимчивость диамаг-нетиков отрицательна, по абсолютному значению очень мала (х <С 10~") и не зависит ни от температуры, ни от напряженности магнитного поля. Диамагнетиками являются все инертные газы, водород, большинство органических материалов, вода, некоторые металлы (например, Си, Zn, Ag, Аи, Be, Pb, Hg) и полупроводники (например, Se, Si, Ge).

Защита кристаллов ИМС после проволочного микромонтажа осуществляется после сборки бескорпусных ИМС: она заключается в нанесении органических материалов (подобных тем, которые применяют при креплении кристаллов на посадочное место). При этом необходимо иметь в виду, что на поверхности кристаллов ИМС на завершающих стадиях изготовления наносятся диэлектрические пленки SiO2, Si3N4, A12O3. Толщина покрытий составляет не более 2 мкм, их назначение сводится обычно к технологической защите приборов в процессе монтажа.

Резкое снижение эластичности при тепловом старении у ряда органических материалов во многих случаях является наиболее приемлемым критерием нагревостойкости. Это снижение эластичности и появление хрупкости обычно обнаруживаются значительно раньше, чем ухудшение электроизоляционных свойств. Для более резкого выявления картины старения иногда рекомендуется увлажнять образцы после воздействия на них повышенной температуры. При ускоренном определении нагревостойкости лаков и смол механические испытания, как правило, оказываются более чувствительными, чем электрические.

Воздействие влаги на материалы и компоненты может привести к постепенным и внезапным отказам Увлажнение органических материалов сопровождается следующими явлениями: увеличением диэлектрической проницаемости (е) и потерь (tg8); уменьшением объемного сопротивления, электрической и механической прочности; изменением геометрических размеров и формы (короблением при удалении влаги после набухания); изменением свойств смазок. Это приводит к увеличению емкости (в том числе паразитной), уменьшению добротности контуров, снижению пробивного напряжения и появлению отказов Постепенные отказы систем радиолокации и навигации проявляются в ухудшении точности определения координат и снижении дальности действия У радиовещательных и телевизионных приемников снижается чувствительность и избирательность, сужаются диапазоны рабочих частот (в сторону более низких), появляется неустойчивость работы гетеродина. Внезапные отказы обусловливаются электрическим пробоем, расслоением диэлектриков и т. д. При увлажнении металлов отказы могут произойти из-за коррозии, приводящей к нарушению паяных и сварных герметизирующих швов, обрыву электромонтажных связей, увеличению сопротивления контактных пар (что ведет к увеличению шумов неразъемных и обгоранию разъемных контактов); уменьшению прочности и затруднению разборки крепежа; потускнению отражающих и разрушению защитных покрытий; увеличению износа трущихся поверхностей и т. д.

Монолитные пленочные оболочки используются в основном как технологическая защита бескорпусных компонентов, подлежащих герметизации в составе блока, а также компонентов с улучшенными частотными свойствами (за счет уменьшения паразитных параметров внешних выводов). Монолитные оболочки из органических материалов, выполняющие функции несущих конструкций, изготовляют методами опрессовки, пропитки, обволакивания, заливки. Обычно компоненты с такой защитой предназначены для использования в негерметичных наземных РЭС, и в этом случае приходится принимать дополнительные меры для обеспечения влагозащиты электрических соединений (например, лакировать печатные платы).

Полые влагозащитные оболочки позволяют освободить защищаемые компоненты от механического контакта с оболочкой, что обеспечивает работу в более широком диапазоне температур и исключает химическое взаимодействие оболочки и защищаемого компонента. Полые оболочки, особенно из неорганических материалов, обеспечивают более высокую надежность влагозащиты, но имеют значительные габариты, массу, стоимость. Наиболее эффективно использование полых оболочек для групповой герметизации бескорпусных компонентов в составе блока. Это объясняется уменьшением длины герметизирующего шва (по сравнению

При работе аппаратуры в условиях влажного тропического климата, на некоторых деталях и узлах могут развиваться грибки. В наибольшей степени воздействию грибков подвержены детали, изготовлен-нве из органических материалов. При интенсивном разрастании грибков резко ухудшаются свойства изоляционных материалов, а при длительном их воздействии может происходить разрушение материала. Поэтому для аппаратуры, которая будет работать в тропических условиях, не следует применять материалы, являющиеся питательной средой для различных культур грибков. К этой категории относятся бумага, картон, фибра, ткани, слоистые пластики на основе бумаги и ткани, пластмассы с древесным и целлюлозным наполнителем, аминопласты и др. Такие материалы могут применяться, если они обработаны специальными антисептическими составами. Хорошо выдерживают тропические условия материалы неорганического происхождения на основе слюды, стекловолокна, фторопласта, кремнийорганических или фенолформаль-дегидных смол и др.

Наладку разъединителей, короткозамыкателей и отделителей производят после полного окончания электромонтажных работ и регулирования аппаратов в соответствии с требованиями Норм. В первую очередь измеряют сопротивление изоляции Rm тяг из органических материалов ме-гаомметром 2500 В. Сопротивление изоляции должно быть не менее следующих значений: