Тема 3. Физические свойства радиоматериалов.

Влагостойкость – способность материалов сохранять свои параметры в заданных пределах при работе во влажной среде.

Влагостойкость оценивается следующими понятиями:

• гигроскопичность

• водопоглощаемость

• влагопроницаемость

• смачиваемость

1. Гигроскопичность – способность материалов абсорбировать влагу из окружающей среды в условиях 27% относительной влажности.

Гигроскопичность материала определяется структурой и химическим составом материала. Наибольшей гигроскопичностью обладают сложные и пористые материалы.

2. Водопоглощаемость – способность материала абсорбировать влагу при длительном погружении в воду.

3. Влагопроницаемость – способность материала пропускать сквозь себя водяной пар, при наличии разности давлений водяного пара с двух сторон материала. Коэффициент удельной влагопроницаемости можно определить из следующей формулы:

4. Смачиваемость (адсорбция) – явление, связанное с образованием пленки воды на поверхности. Это явление характерно для негигроскопичных материалов. Степень адсорбции зависит от соотношения сил сцепления молекул воды друг с другом и с поверхностью материала.

По степени смачивания материалы подразделяются:

• смачиваемые (гидрофильные)

• несмачиваемые (гидрофобные)

Высокой влагостойкостью обладают нейтрально органические диэлектрики.

Наименьшей влагостойкостью характеризуются волокнистые материалы (особенно на основе целлюлозы).

Для предохранения материалов от воздействия влаги применяют разные методы влагозащиты деталей и узлов:

1. покрытие или пропитка лаками

2. пропитка или заливка компаундами

3. герметизация - помещение деталей или узлов во влагонепроницаемые металлические, керамические или пластиковые корпуса.

Тема 4. Химические свойства материалов.

Химические свойства материалов обычно характеризуются:

1. химической стойкостью

2. растворимостью или растворяемостью

3. кислотностью

4. стойкостью против облучения

Химическая стойкость – стойкость материалов к разъеданию (корозии) различными активными веществами (газами, водой, кислотами и т.д.).

Для определения химической стойкости образцы материалов на длительное время помещают в условия, по возможности близкие к эксплуатационным (концентрация химически активной среды, температура и др.) и затем определяют изменение внешнего вида образцов и характеристик.

Растворимость

Это свойство важно для подбора растворителей лаков.

Растворимость твердых материалов может быть оценена количеством вещества, переходящем в раствор за единицу времени с единицы поверхности материала, соприкасающегося с растворителем. Растворимость материала зависит от химической природы вещества и от химических свойств растворителя и растворяемого материала. Так, полярные вещества легче растворяются в полярных жидкостях, нейтральные в нейтральных. При повышении температуры растворимость обычно сильно увеличивается.

Кислотность материала характеризуется кислотным числом, которое показывает какое количество миллиграммов щелочи (КОН) необходимо для нейтрализации химически свободных кислот в одном грамме данного материала. Его необходимо знать при использовании диэлектриков в качестве изоляции проводов, при применении смол и т.д., т.к. наличие кислот в материале может вызвать процесс коррозии в металле и ускорить старение.

Радиационная стойкость радиоматериалов.

Радиационной стойкостью материалов называется степень сохранения электрических, механических и других свойств после воздействия на материал корпускулярных или квантовых радиоактивных излучений высокой энергии.

Виды излучений:

1. корпускулярные - быстрые и медленные нейтроны, осколки ядер, α-частицы, β-лучи.

2. квантовые- γ-лучи, жесткое и мягкое рентгеновское излучение.

Единица измерения: [рентген]

Источники излучений:

1. космическое излучение

2. рентгеновские трубки, ускорители, кинескопы и т.д.

3. ядерные реакторы

1. Основными компонентами космического излучения являются:

- первичное космическое излучение (поступающие из галактического пространства потоки протонов и α-частиц)

- солнечное космическое излучение, возникающее при вспышках на солнце (состоит, в основном, из протонов α-частиц и γ-лучи малой интенсивности)

- излучение естественных радиационных поясов земли – это обширные области околоземного космического пространства, в которых существуют потоки элементарных частиц- электронов и протонов, обладающих большой энергией.

- излучение искусственных поясов земли (образуются в результате высотных ядерных и термоядерных взрывов; состав: преимущественно электроны).

2. Эта группа является источником рентгеновского излучения, которое оказывает сильное ионизирующее воздействие при проникновении в радиоматериалы.

3. Ядерные реакторы являются источниками α-частиц, β и γ-лучей и нейтронов.

α - частицы вследствие малых скоростей имеют небольшую глубину проникновения.

β – излучение - ионизирующая способность β частиц в несколько раз меньше, чем α частиц той же энергии, но значительно больше чем у γ- излучения.

γ- лучи – ионизирующее действие γ излучения обусловлено, главным образом, вторичными электронами, которые выбиваются γ квантами при прохождении через вещество.

Нейтронное излучение - обладает самой высокой проникающей способностью, что обусловлено отсутствием у частиц электрического заряда.

Энергия излучения, попадая на поверхность материала, убывает по мере проникновения в глубину по закону:

При бомбардировке материала заряженными частицами нарушение его структуры происходит, в основном, в поверхностном слое; лишь при бомбардировке быстрыми нейтронами разрушение структуры происходит на значительную глубину.

Воздействия перечисленных излучений на радиоматериалы приводит к обратимым и к необратимым изменениям их характеристик.

Воздействие излучений может вызвать в материалах следующие явления:

в диэлектриках

- ионизацию

- химические реакции

- полимеризацию

- выделение газа

- увеличение электропроводности

- уменьшение теплопроводности и т.д.

в металлах - нарушение структуры кристаллической решетки (электропроводность уменьшается)

в полупроводниках - нарушение структуры кристаллической решетки (электропроводность увеличивается)

Диэлектрики:

Воздействие излучения вызывает:

в газах - усиленный процесс ионизации

в жидкостях – происходит ускоренное старение и выход из строя диэлектриков в результате необратимого накопления продуктов радиационно-химических реакций.

в органических полимерах - выделение газа, ухудшение механических характеристик, увеличивается tgσ (наибольшей радиационной стойкостью обладает «фторопласт 4»).

в пластмассах – снижение механической прочности, ухудшение изоляционных свойств, повышение водопоглощения.

в сложных пластмассах – выделение газов, уменьшение ρ_v, ρ_{s ,} Е_пр, в фольгированных пластмассах возможно отслаивание и отрыв металлизированного слоя, в результате выделения газов (наибольшей радиационной стойкостью обладает стеклотекстолит).

в лаках и компаундах – усиленное газовыделение, приводящее к ухудшению защитных свойств и герметичности корпусов.

в керамике - происходит разрыхление структуры, уменьшается теплопроводность, падает механическая прочность, уменьшается ρ_v и Е_кр.

в стеклах и стеклокристаллических материалах – увеличивается электропроводимость и увеличивается механическая прочность за счет удлинения молекулярных цепей.

Защитные свойства материалов против радиации характеризуют слоем десятикратного ослабления, т.е. толщиной ослабляющей интенсивность облучения в 10 раз.