0. 4.2.2. Механические свойства.

Механические свойства являются основными для конструкционных материалов, но все материалы оборудования, используемого на кораблях, самолётах, ракетах, космических аппаратах, в той или иной степени испытывают механические нагрузки, и для получения высокой надёжности конструкций их механические свойства необходимо учитывать наряду с функциональными параметрами.

Под действием внешних сил происходит деформация ― изменение формы и размеров тел. Простейшие виды деформаций: растяжение, сжатие, сдвиг, кручение, изгиб. Деформации вызываются как механическими воздействиями, так и тепловыми, магнитными, электрическими. Механические свойства материалов определяются испытаниями их при воздействии внешних нагрузок. Основными механическими свойствами радиотехнических материалов считаются прочность и пластичность.

Прочность ― свойство материалов сопротивляться разрушению под воздействием внешних нагрузок. При приложении нагрузки вначале происходит упругая деформация, исчезающая после снятия нагрузки. Упругая деформация описывается законом Гука.

,

где ― растягивающее механическое напряжение;

Е ― модуль упругости Юнга;

― относительная деформация;

F ― сила, Н;

S ― поперечное сечение, м².

С некоторого значения механического напряжения деформация растёт быстрее, чем по линейному закону. Происходит пластическая деформация и форма образца после снятия нагрузки не восстанавливается. При дальнейшем повышении механического напряжения происходит разрушение образца. Это напряжение называется пределом прочности при растяжении ,

где σ_р ― предел прочности;

F_мах ― наибольшая нагрузка, предшествующая разрушению образца, Н;

S₀ ― начальная площадь поперечного сечения образца, м².

В системе СИ единицей измерения предела прочности σ_р является Паскаль.

1Па= 1 Н/м² = 10^-5 кГс/ см².

Пластичность ― способность материала деформироваться без разрешения под действием внешних сил.

Δl=l_p – l₀ ― абсолютное удлинение при растяжении;

― относительное удлинение;

l_p ― конечная длина образца; l₀ ― начальная длина образца.

Пластичность оценивается относительным удлинением ε. Относительное удлинение медных проводов ε = 15÷50%.

Пластическая деформация (остаточная деформация) ― необратимое изменение формы и размеров тела, остающееся после снятия нагрузки.

0. 4.2.3. Тепловые свойства.

Тепловые свойства диэлектриков являются важными эксплуатационными свойствами и характеризуются несколькими параметрами.

Нагревостойкость ― способность материала выдерживать повышение температуры и резкую смену температур (термоудары) без ухудшения своих свойств. Нагревостойкость оценивается максимально допустимой рабочей температурой при которой появляются изменения свойств.

Для электроизоляционных материалов ГОСТом установлено семь классов нагревостойкости и соответствующая им предельно допустимая рабочая температура (табл. 4.1). Увеличение рабочей температуры сверх максимально допустимой на 8÷10^°С сокращает срок службы изоляции вдвое. От величины нагревостойкости зависит максимально допустимая рабочая температура в целом.

Классы нагревостойкости электроизоляционных материалов. Таблица 4.1

Класс нагревостойкости	Предельно допустимая рабочая температура Траб. °С	Диэлетрики
Y	90	Органические диэлектрики, непропитанные волокнистые материалы на основе целлюлозы и шёлка (древесина, бумага, картон, фибра, пряжа), полистирол, полиэтилен.
A	105	Органические диэлектрики, волокнистые материалы на основе целлюлозы и шёлка (древесина, бумага, картон, фибра, пряжа), полистирол, полиэтилен, пропитанные полиамидными смолами, масляно-смоляными и поливинилацетатными лаками.
Е	120	Слоистые пластики (гетинакс, текстолит), пластмассы с органическим наполнителем
B	130	Материалы с большим содержанием неорганических компонентов (стекло, ткань, стеклотекстолит).
F	155	Материалы на основе слюды, стекловолокна, асбеста в сочетании со связующими с повышенной нагревостойкостью (кремнийорганических, эпоксидных средств)
H	180	Кремнийорганические лаки, резины, композиционные материалы из слюды, асбеста , склеенных с помощью нагревостойких кремнийорганических смол
G	выше 180	Неорганические материалы без склеивающих или пропитывающих органических составов (слюда, стекло, кварц, асбест); из органических – только фторопласт-4 и полиамиды.

Теплопроводность ― один из трёх видов теплопередачи (два других ― конвекция и излучение), приводящий к выравниванию температуры в веществе. При теплопроводности перенос теплоты осуществляется в результате передачи энергии от частиц с большей энергией к частицам с меньшей, при непосредственном контакте горячих частей системы с холодными. Чем больше теплопроводность материала, тем проще конструкция системы охлаждения.

Количественно теплопроводность оценивается коэффициентом теплопроводности, который определяется количеством теплоты, прошедшей через единицу площади в единицу времени при градиенте температуры 1 К/м. Диэлектрики имеют теплопроводность намного меньше, чем проводниковые материалы.

Тепловое расширение ― это свойство материала изменять свои линейные размеры при нагревании. Тепловое расширение оценивается температурным коэффициентом линейного расширения ТКl. Значения ТКl приведены в справочниках.

Холодостойкость (морозостойкость) ― способность электрической изоляции работать при низких температурах (до ~70^° С) без недопустимого ухудшения свойств.

При низких температурах органические диэлектрики растрескиваются, теряют гибкость, становятся хрупкими, как стекло.

1. 4.2.4. Физико-химические свойства.

Химическая стойкость ― это способность электроизоляционных материалов противостоять воздействию химически активных веществ (реагентов):

– Растворителей (бензин, спирты, ацетон, бензол, скипидар, жидкие углеводороды, минеральные масла, эфиры);

– Окислителей (озон, кислород, хлор, окислы азота);

– Разрушающих реагентов (кислоты, щёлочи, растворы солей).

Изоляционные материалы могут вступать с ними в химическое взаимодействие и разрушаться. С повышением температуры интенсивность коррозии и химических реакций сильно возрастает.

Растворимость ― это способность диэлектриков частично или полностью проникать друг от друга. Это требуется при оценке стойкости электроизоляционных материалов к действию различных жидкостей, подборе растворителей и лаков.

Растворимость твёрдых материалов может оцениваться двумя способами:

1) по количеству материала, перешедшего в раствор за единицу времени с единицы поверхности материала;

2) по наибольшему количеству вещества, которое может быть растворено в данном растворителе, т.е. по концентрации насыщенного раствора.

Растворимость материалов повышается с повышением температуры.

Светостойкость ― это способность материалов сохранять свои эксплуатационные свойства под действием светового облучения. Электромагнитное облучение оптического и ультрафиолетового диапазона могут вызывать фотопроводимость, нежелательные химические изменения, снижать прочность и эластичность изоляционных материалов, старение изоляции.

Радиационная стойкость ― это стойкость к ионизирующим излучениям высоких энергий, способность сохранять свои практически важные свойства без существенного ухудшения. Это имеет важные значения для устройств, предназначенных для работы в зонах интенсивного излучения на объектах с ядерными реакторами. Наиболее стойкими к радиации являются металлы и неорганические диэлектрики. Органические диэлектрики имеют самую низкую радиационную стойкость.

К ионизирующему излучению относятся:

1) корпускулярное излучение (быстрые и медленные нейтроны, осколки ядер, α– и β– частицы);

2) волновое излучение (γ – лучи, жёсткое и мягкое рентгеновское излучение).