1.4. Механические характеристики материалов

Механические характеристики определяют прочность материала, способность выдерживать механические нагрузки.

Предел прочности при растяжении _р. Вычисляется как отношение усилия Рр, вызвавшего разрушение образца материала сечением S₀, к площади этого сечения:

_p = Pp/S₀

Измеряется в Паскалях.

Относительное удлинение при растяжении e_р. Характеризует пластичность материала. Зная значение длины образца до растяжения и в момент разрыва, можно вычислить значение е_р:

е_р = (l_p lо)100/l₀,

где l₀, - длина до растяжения, l_p - длина при разрыве. е_р величина безразмерная, обычно выражается в процентах. Реальное значение е_р колеблется от 2-3% (для некоторых пластмасс) до 300 % (для резины).

Предел прочности при сжатии _с. Определяется экспериментально путем определения разрушающего усилия Рс при сжатии образца, имеющего площадь сечения до сжатия, равную S₀.

_c = P_e /S₀

Ударная вязкость а. Служит для характеристики вязкости материалов. Вычисляют ее как отношение работы, затраченной на разрушение образца, к площади его поперечного сечения. Измеряется в кДж/м². Чем меньше а, тем более хрупок материал. Например, для стеклотекстолита а = (100-150) кДж/м ², а для радиокерамики

а =(1,8-4.5)кДж/м2.

Твердость выражается в единицах условной шкалы. Экспериментально твердость определяется по взаимному царапанью материалов. Материал с твердостью ниже 2 царапается ногтем. Самая высокая твердость у алмаза - более 5000000.

1.5. Тепловые характеристики материалов

Температура плавления. Используется для характеристики материалов, имеющих кристаллическую структуру.

Температура размягчения. Используется для характеристики материалов, имеющих аморфную структуру и поэтому переходящих из твердого состояния в жидкое постепенно в широком интервале температур.

Температурный коэффициент линейного расширения ТКР. Показывает изменение размеров изделия при его нагреве:

TKP=(l₁-lо)/lo(Т₁-T₀)

где Т₁ и T₂ - начальная и конечная температура, a l₁ и l₀ - начальная и конечная длина образца материала.

Нельзя соединить друг с другом детали с резко отличающимися ТКР.

Наименьшим ТКР обладает кварцевое стекло (5,5  10^-7 1/°С). Для сравнения:

ртуть - 182  10 ^6 1/°С, поливинилхлорид -160  10^6 1/°С.

Коэффициент теплопроводности . Характеризует способность материала проводить тепло от более нагретой поверхности к менее нагретой. Измеряется в Вт/м°С и вычисляется по формуле:

 = Qh/0,86(T₂-T₁)

Здесь Q - количество килокалорий тепла, проходящее за время i (часы), через стенку материала толщиной h и площадью S, (Т₂ – T₁) - разность температур поверхностей стенки.

Наибольшим  обладают металлы (350-420 Вт/м°С). Органические диэлектрики имеют  порядка 0,1-0,3 Вт/м°С.

Теплостойкость. Характеристика применяется для органических полимерных материалов. Она позволяет оценить стойкость материала к кратковременному нагреву при одновременном изгибе образца. Используется специальная аппаратура и методика испытаний для оценки степени деформации образцов при нагреве. Теплостойкость полистирола принимается равной 65-70°С, а гетинакса 150-170°С. Эксплуатация материала при температуре выше границы теплостойкости не допускается в связи с возможностью появления необратимых деформации.

Нагревостойкость. Используется для оценки способности материалов длительно выдерживать высокую температуру без заметного снижения механических, электрических и других характеристик. Установлено семь классов нагревостойкости диэлектрических материалов: У, А, Е, В, F, Н, С.

Для класса У предельная температура составляет 90 °С (полиэтилен, полистирол, бумага), а для класса С - выше 180 °С (слюда, фторопласт-4, радиокерамика),

Холодостойкость (морозостойкость). Используется для оценки стойкости материалов к низким температурам. Многие диэлектрики при охлаждении улучшают свои изоляционные свойства, но снижают механическую прочность. Так, например, резина и многие полимерные диэлектрики при охлаждении до температуры ниже минус 50°С становятся хрупкими и растрескиваются.