Тепловые характеристики

Для полной оценки качества радиоматериалов кроме механических и электрических необходимо знать их тепловые характеристики. Известно, что большинство радиоматериалов, особенно органических диэлектриков, очень чувствительно к высоким и низким температурам. Рассмотрим ос­новные тепловые характеристики радиоматериалов.

Температура плавления (^оС) определяется у материалов кристалличе­ского строения - металлов, полупроводников и диэлектриков (германий, кремний, слюда, парафин и др.),

Темтратура размягчения (^оС) определяется у материалов аморфного строения ( компаунды, стёкла, многие полимерные диэлектрики).

Материал кристаллического строения по достижении температуры плавления перехо­дит из твердого в жидкое состояние, У материалов аморфной структуры переход из твердого состояния в жидкое совершается постепенно в широ­ком интервале температур, поэтому приходится пользоваться условной температурой размягчения аморфною материала, которая определяется разными способами.

Если температура плавления кристаллического материала или размягчения аморфного равна 55''С, его нельзя применять о радиоаппаратуре, где он может нагреться до этой температуры или еще выше.

Коэффициент температурного расширение КТР, определяющий изме­нение первоначальной длины материала при изменении его темперагуры

от То до Т₁ (К^-1), вычисляют по формуле КТР = (l₁ – l_o) / l_o(T₁ - To)j, где lо и l₁ - длина материала, соответственно при начальной Т_о и конечной Т₁ температурах.

Коэффициент температурного расширения КТР имеет большое практи­ческое значение, например при герметизации узлов радиоаппаратуры. Так, нельзя соединять друг с другом детали с резко отличающимися КТР. Наименьшим КТР обладает кварцевое стекло (5,5 • 10^-6 l/^оC), наиболь­шим - ртуть (182*10^-6 1/^оG) и некоторые полимерные диэлектрики, например полиэтилен (145 • 10^-6 l/^оC) и поливинилхлорид (160 • 10^-6 l/^оC).

Теплопроводность (кал/см * сек * град} характе­ризует отвод тепла от различных деталей приборов в процессе их эксплуатации.

Кроме того, некоторые значения теплопроводности обеспечивают устойчивость температурного режима ра­боты деталей электроприборов.

Теплоемкость (кал/г • град) имеет важное значе­ние при теплотехнических расчетах в процессе конструи­рования электровакуумных приборов. От теплоемкости материалов зависит время нагрева деталей до рабочих температур в процессе ввода приборов в эксплуатацию,

Для оценки зависимости различных свойств мате­риалов от температуры в электронной технике широко применяются температурные коэффициенты (ТК), являющиеся показателями относительного изме­нения той или иной характеристики вещества при его нагревании на 1°С. Различают, например, температур­ные коэффициенты линейного и объемного расширения {Т К а и ТК^), удельного электрического сопротивле­ния (Т К?) и др."

В производстве электровакуумных приборов очень важное значение имеет температурный коэффициент ли­нейного расширения материалов ТКа.

Коэффициент теплопроводности λ позволяет оценить способность ма­териала проводить теплоту от более нагретой его поверхности к менее нагретой. Коэффициент теплопроводности, Вт/(м*К), вычисляют по формуле

λ == Ph/[S{T₂ - Ti)τ],

где Р - мощность теплового потока, проходящего за время τ, с, через поверхность S стенки данного материала, м², толщиной h, м; (T₂ - Ti) — разность температур поверхностей образца материала. Известно, что наибольшей теплопроводностью обладают металлы (68-415 Вт/(м • К)], значительно меньшей - твердые органические диэлек­трики (0,09-0,35 Вт/(м. К)].

Соответствием температурных коэффициентов стекла и металла или керамики и металла обеспечивается возможность полу­чения вакуумно-плотных спаев металлических деталей и деталей из стекла или керамики. Во многих случаях от температурных коэффициентов линейного и объемно­го расширения зависят сохранение расстояний между отдельными деталями, заданные геометрические раз­меры деталей я т. д.

Важно отметить, что температурные коэффициенты также зависят от температуры и их значения относятся только к определенной ограниченной области темпера­тур. Kpоме того, они сильно изменяются в точках пере­хода от одного физического состояния в другое, например при переходе металлов из одной модификаций в другую.

Теплостойкость - тепловая характеристика органических полимерных диэлектриков. Она позволяет оценить их стойкость к кратковременному нагреву при одновременном воздействии на образец материалов механиче­ской нагрузки.

Теплостойкость определяют методом Мартенса или Вика. Метод Мар­тенса применяют для неоднородных по структуре диэлектриков (гетинакс, стеклотекстолит), метод Вика -для однородных диэлектриков (полистирол, полиэтилен).

Для оценки теплостойкости данного диэлектрика берут три образца, устанавливаемых в три держателя. Образцы представляют собой бруски дпиной 120, ширинои 15 и толщиной 10 мм. На верхний конец каждого бруска надевают стальной зажим 6, к которому прикреплен шток 5 с гру­зом 11. Груз устанавливают на штоке с таким расчетом, чтобы в опасном

•сечении бруска (внизу) создавалось напряжение 4,9 МПа.

На свободный конец штока опирается тонкий стальной стержень / с указателем 2. Температуру внутри аппарата измеряют двумя термоме-

•трами 4, каждый из которых устанавливают между двумя образцами. При одновременном воздействии нагрева и изгибающего момента образцы, до-' стигнув определенной температуры, начинают изгибаться. При этом сво-' бодный конец штока н стержень опускаются вниз. Глубина опускания' штока фиксируется указателем на миллиметровой шкале 3.

За теплостойкость (по методу Мартепса) принимают температуру, при которой деформация образца достигает такой величины, когда указатель, опускается на б мм шкалы. При этом вычисляют среднюю арифметиче­скую теплостойкости как результат испытания трех образцов данного ди- ' электрика. Теплостойкость полистирола 75-80°С, гетипакса 150-170°С (по методу Мартенса). При повышении этих температур изделия, изгото­вленные из полистирола и гетинакса, начинают претерпевать опасные де­формации, что недопустимо.

При определении теплостойкости (по методу Вика) образец диэлектри­ка располагают в камере прибора — на плите. Там он равномерно нагре­вается ей скоростью 50^оС/ч. На поверхность образца опирается стальной стержень диаметром 1,13 мм, на который действует груз массой 1 кг. За теплостой­кость по метолу Вика принимают температуру, при которой этот стержень проникает в испытуемый диэлектрик на глубину 1 мм.

Нагревостойкость — характеристика, определяющая способность диэлектрика длительно выдерживать предельно допустимую температуру без заметного снижения механических, электрических и других характеристик. Установлены семь классов нагревостойкости электроизоляционных материалов (табл. 1).

Холодостойкость — характеристика, позволяющая оценить стойкость материалов к низким температурам. Малой стойкостью к низким температурам отличаются многие полимерные диэлектрики, резины и др. При охлаждении до низких температур (-60 -С и ниже) эти материалы теряют механическую прочность и растрескиваются. Поэтому холодостойкость дазлектриков большей частью определяют по степени снижения ими механической прочности.