книги из ГПНТБ / Герметизация полимерными материалами в радиоэлектронике

вую емкость, которую находят, умножая емкость воз­ душного конденсатора, имеющего те же размеры, что и конденсатор с испытуемым твердым диэлектриком, на поправочный коэффициент.

Для образцов различной толщины должны приме­ няться электроды определенных размеров. Так, если толщина образца равна пли меньше 0,25 мм, то берется диаметр электрода, равный 25 мм; при толщине свыше 0,25 мм, но менее 1 м м —диаметр, равный 50 мм; при толщине больше 1,0 мм, но .меньше 4,0 мм — диаметр, равный 100 мм. Не рекомендуется применять для изме­ рения образцы с толщиной больше 4 мм.

Размеры образца следует выбирать в соответствии с предполагаемым значением р, так чтобы его емкость

ких килогерц ведется с помощью специальных мостов, для этой цели применяются или безындуктпвные мосты или мосты с индуктивно связанными плечами. Измере­ ния е и tg б на еще более высоких частотах обычно про­ изводятся с помощью куметров. Так как весь диапазон частот трудно охватить одним куметром, то изготовляют куметры с разными пределами частот. Ниже приведены наиболее распространенные типы куметров наследующие

При измерении е и tg б на высоких частотах следует принимать во внимание, что при воздействии электро­ магнитных полей высоких частот начинают сильно ска­ зываться индуктивность и емкость подводящих прово­ дов, емкость образца относительно земли и т. д. Для исключения влияния этих факторов измерения е и tg б производят с помощью специальных измерительных ячеек.

Расчет е плоских образцов, емкость которых была измерена на куметре, производится по формуле (3-28).

Измерение электрической прочности полимерных ма­ териалов. Определение Епр полимерных материалов мо­ жет производиться на таких же плоских образцах, какие применяются для измерения р, е и tg 6. Плоские образцы имеют форму диска с диаметром от 25 до

90

репных стандартом па соответствующий материал. Эти условия предусматривают длительность выдерживания,

Обычно необходима длительная выдержка образца перед изменением в заданных условиях влажности; может устанавливаться продолжительность 1, 2, 4, 7, 14, 21, 28 и 56 суток.

Контролировать сухое состояние материала можно, взвешивая образец, добиваясь доведения образца до постоянной массы. Определение электрических парамет­ ров материалов в условиях изменения температуры, влажности и давления производится с помощью вспо­ могательных установок и имеет ряд особенностей. В таких установках искусственно создаются и поддер­ живаются необходимые условия. Значения температуры, влажности и давления при испытаниях материалов обычно указываются г? соответствующих стандартах пли технических условиях.

Испытания полимерных материалов в условиях вы­ сокой и низкой температуры. Испытания материалов при нагревании проводятся в специальных камерах теп­ ла (термостатах), а при охлаждении — в камерах хо­ лода (криостатах). Термостаты обычно снабжаются электрическим обогревом и двойными стенками с теп­ ловой изоляцией между ними; температура измеряется термометрами или термопарами. Так как температура в термостате не вполне одинакова во всем объеме, то горячий спай термопары следует помещать ближе к испытуемому образцу.

Следует иметь в виду, что распределение темпера­ тур в незагруженном термостате и в термостате, запол­ ненном образцами, может быть различным. Лучшее выравнивание температуры по объему термостата по­ лучают (при электрическом нагреве) размещением нагревательных элементов не только на дне и стенках, но и на дверце термостата, а также интенсивным пере­ мешиванием воздуха вентилятором, который чаще всего располагается внутри термостата (рис. 3-9).

В качестве нагревателей используются спирали из сплава высокого сопротивления или же герметизиро-

92

ванные трубчатые резйсторы, об­ ладающие весьма большим сро­ ком службы. Открытые электро­ нагревательные элементы при электрических испытаниях долж­ ны быть надежно защищены за­ земленными металлическими эк­ ранами во избежание пробоя па элемент или касания его проводом высокого потенциала. Автомати­ ческая регулировка температуры в термостате осуществляется ли­

обычно для измерений температуры в интервале от —35 до + 350°С. Такие термометры отличаются относительно большой теплоемкостью и тепловой инерцией.

93

Поэтому при измерениях быстро меняющихся темпе­ ратур ртутные термометры не применяют, а используют термопары н термометры сопротивления. Кроме того, следует помнить, что при воздействии переменного маг­ нитного поля ртуть в термометре может дополнительно нагреваться от индуктируемых в ней вихревых токов, что создает дополнительную погрешность измерения.

Измерение температуры при помощи термопар явля­ ется наиболее распространенным способом. Свойства различных термопар представлены в табл. 3-1.

Термометры сопротивления. В этих термометрах ис­ пользуется зависимость сопротивления металла (наи­ большее распространение получили платина, медь, ни­ кель) от температуры. Однако зависимость сопротивле­ ния этих металлов от температуры не является линейной, поэтому пользование температурными коэффициентами, приводимыми в таблицах при определении температуры по изменению сопротивления, может привести к оши­ бочным результатам. Медь применяется при темпера­ туре до 150°С в сухой атмосфере, свободной от вызы­ вающих коррозию газов. Никель можно применять при температурах до 300°С.

Платиновые термометры сопротивления применяют до 500°С в окислительной пли инертной среде. При определении температуры термометр сопротивления включается в схему для измерения сопротивления; для этой цели используют уравновешенные и неравновесные мосты с магнитоэлектрическим логометром в качестве измерителя.

Полупроводниковые терморезисторы имеют большой температурный коэффициент сопротивления, достигаю­ щий значения (0,02—0,05) “С”1, п высокое начальное сопротивление примерно 150 000 Ом. Для изготовления полупроводниковых резисторов используются спекаемые смеси различных окислов. Термисторы обладают более высокой чувствительностью и могут иметь более низ­ кую тепловую инерцию, чем проволочные. Влияние соединительных проводов в этом случае не сказывается на результатах измерения.

Биметаллический регулятор температуры содержит биметаллическую полоску, получаемую путем совмест­ ной горячей прокатки двух металлов с различными температурными коэффициентами расширения. При из­ менении окружающей температуры полоска изгибается

94

в ту или другую сторону, при этом происходит замыка­ ние пли размыкание соответствующих контактов схемы, регулирующей температуру.

Контактный термометр. В этом устройстве использо­ ван ртутный термометр, в капилляр которого впаяны контактные проволоки; при повышении или понижении температуры ртуть в термометре замыкает пли размы­ кает соответствующие контакты.

'Вопросы исследования свойств различных материа­ лов, в том числе и полимерных, в условиях низких температур в настоящее время приобретают большое значение. Это происходит прежде всего потому, что современная радиоэлектронная аппаратура, в которой применяются и полимерные материалы, может работать в условиях низких и очень низких (криогенных) тем­ ператур.

Низкие температуры получают при применении охла­ ждающих смесей. Так, снег дает температуру 0°С; смесь 5 частей снега и 1части NaCI температуру —21 °С; смесь 1 части снега и 1 части СаСЬ-бНгО —40 °С и т. д. Более низкие температуры (—78°С) получают, исполь­ зуя твердую углекислоту («сухой лед»).

Для получения криогенных температур в лаборатор­ ной практике и на производственных предприятиях используются криогенные хладоагенты— в основном сжиженные газы (криогенные жидкости).

Термодинамические и другие физические свойства криогенных хладоагентов определяют устройство и дей­ ствие криогенных установок.

В качестве криогенного хладоагента применяется химически инертный жидкий неон Ne, температура кипения которого лишь ненамного превосходит темпе­ ратуру кипения водорода.

Свойства различных криогенных хладоагентов при­ ведены в табл. 3-2.

Измерения при изменении давления воздуха. Для испытаний при низких давлениях и различных темпе­ ратурах используется термобарокамера. Одна из кон­ струкций барокамеры показана на рис. 3-10. Термо­ барокамера представляет собой литую металлическую коробку, снаружи которой имеются ребра для придания коробке большей жесткости. Открывающееся стеклян­ ное окно позволяет наблюдать за показаниями прибо­ ров, установленных в камере. В нижней части камеры

05

пения следует понимать температуру сублимации.

расположена спираль электронагревательного элемента, с помощью которой температура воздуха в камере мо­ жет повышаться до +50°С.

Для получения температур от 0 до +20°С применя­ ется спирт, пропускаемый через змеевик; температуры менее 0°С получают, применяя углекислоту, заклады­ ваемую в ванночки, находящиеся в нижней части камеры.

В нижней части камеры на виброплатформе 4 укреп­ ляется подставка 3 для установки на ней поверяемых деталей. Термометр 5 служит для измерения темпера-

с манометром 6 и вакуум-насосом, находящимися вне камеры. Краны Ki и К2 позволяют регулировать ско­ рость откачивания воздуха из камеры.

Термобарокамера позволяет производить испытания при комбинированном воздействии высокого напряже­ ния и низкого давления воздуха, при различной тем­ пературе и при необходимости вибрации.

Испытаниям при пониженных давлениях подверга­ ются материалы, а также различные элементы радио­ электронной аппаратуры.

98

Г л а в а ч е т в е р т а я

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОСНОВНЫХ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ

И МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВАХ ПОЛИМЕРНЫХ ДИЭЛЕКТРИКОВ И МЕТОДАХ ИХ ИЗМЕРЕНИЙ

Под влиянием воздействия различных внешних факторов изменяются практически все свойства мате­ риалов и конструкций на их основе. Исследование элек­ трических, фпзпко-хпмическпх и механических свойств материалов предусматривает правильный выбор мате­ риалов п создание конструкций, способных выдержи­ вать влияния различных факторов без существенного уменьшения эксплуатационной надежности.

4-1. Теплопроводность

Если предположить, что тепловой поток распро­ страняется в теле вдоль продольной оси, не выходя за боковую поверхность образца, то уравнение установив­ шегося процесса передачи тепла через данное тело с полным тепловым сопротивлением RT, °С/Вт, при раз­ ности температур на горячей и холодной поверхностях АТ, °С, запишется следующим образом:

(4-1)

где Р — мощность теплового потока, т. е. количество тепла, проходящего через тело за единицу времени, Вт. Уравнение (4-1) аналогично закону Ома для электри­ ческой цепи, причем Р играет роль тока, АТ — разности потенциалов, a RT— сопротивления. Значение RT связа­ но с размерами тела и свойствами материала следую­ щим образом:

(4-2)

где рт —удельное тепловое сопротивление материала, °С • м/Вт; / — длина пути теплового потока через тело, м; S —поперечное сечение тела, м2; Я— удельная тепло-