Материалы радиоэлектронных средств

и отношение

Рвт/Рвтn=0,5n.

Отсюда следует: 1) мощность потерь на вихревые токи пропорциональна квадрату частоты и обратно пропорциональна удельному сопротивлению материала; 2) для уменьшения потерь на вихревые токи необходимый объём материала магнитопровода нужно делить на возможно большее количество электрически изолированных частей в направлениях вдоль магнитных силовых линий. Именно поэтому все магнитопроводы из металлов и сплавов для переменных магнитных полей набирают из отдельных тонких пластин или навивают из тонкой ленты.

Размагничивающее действие вихревых токов приводит также и к изменению формы петли гистерезиса: возрастает коэрцитивная сила, уменьшается амплитуда индукции, снижается магнитная проницаемость.

На практике потери энергии в магнитном материале не разделяют на отдельные составляющие. Поскольку эти потери нелинейно зависят от частоты и амплитуды индукции, данные о совокупных потерях представляют графически, в виде семейства кривых мощности удельных (на единицу массы или объема магнитного материала) потерь от амплитуды индукции (или напряженности) при разных частотах. Для удобства расчетов зависимости удельных потерь аппроксимируют факторной формулой:

где Р(f0, Bm0) - удельные потери, Вт/кг, при частоте f0 и амплитуде индукции Bm0; Р(f, Bm) - то же при частоте f и амплитуде индукции Bm; и - безразмерные параметры; 1, > 1.

Величину P(f0, Bm0) определяют экспериментально при типичных для применений данного материала значениях f0 и Bm0. Параметры и также определяют по экспериментальным данным для каждого материала при определенных толщинах пластины или ленты (для электропроводящих материалов) и в ограниченных диапазонах частоты и амплитуды индукции. Для большинства магнитомягких материалов

P(f0,Bm0) = 0,5-100 Вт/кг, = 1,0-1,8; = 1,3-3,0.

7.2 Магнитомягкие материалы

К магнитомягким относят магнитные материалы, имеющие коэрцитивную силу Нс < 4000 А/м (у большинства материалов Нс 100 А/м), применяемые в переменных магнитных полях. К этим материалам относятся: электротехническая сталь, низкокоэрцитивные и аморфные сплавы, магнитомягкие ферриты и магнитодиэлектрики.

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКАЯ СТАЛЬ в отличие от конструкционной содержит углерода не более 0,04 %. В изделиях радиоэлектроники обычно используется легированная (кремнистая) сталь, в состав которой для увеличения удельного сопротивления и тем самым уменьшения потерь на вихревые токи вводят до 5 % кремния. Применяется на частотах от 50 до 5000 Гц, допускает амплитуду индукции до 1,7 Тл (в сильных полях - до 2,0 Тл). Выпускается в виде листов или лент толщиной от 0,01 до 1,0 мм. Различают сталь горячекатаную и холоднокатаную, а по магнитным свойствам изотропную и анизотропную. У анизотропной стали в плоскости листа в ходе его изготовления образуется направление легкого намагничивания, совпадающее с направлением прокатки. В этом направлении магнитная проницаемость выше, а удельные потери ниже, чем в перпендикулярном ему. Горячекатаная сталь всегда изотропная, холоднокатаная может быть изотропной и анизотропной. Из изотропной стали изготавливают магнитопроводы, набираемые из отдельных пластин (шихтованные). Анизотропную сталь в виде ленты используют для навивки ленточных магнитопроводов. Современное обозначение марки электротехнической кремнистой стали состоит из четырех десятичных цифр. Первая обозначает тип стали, вторая кодирует содержание кремния, третья и четвертая - вид и значение нормируемого параметра.

На рис. 7.7 изображены варианты конструкций и отдельные детали магнитопроводов, изготавливаемых из электротехнической стали. Для трансформаторов и дросселей небольшой мощности пригоден шихтованный магнитопровод, собранный из деталей на рис. 7.7, а. В электрических машинах магнитопроводы ротора и статора собирают из центросимметричных пластин, например, по рис. 7.7, б. Ленточные магнитопроводы (рис. 7.7, в и г) имеют меньшие массу и габариты при той же электромагнитной мощности, чем шихтованные, так как ленту применяют более тонкую, чем пластины, и изготавливают ее из анизотропных холоднокатаных сталей. Для электрической изоляции пластин или витков ленты друг от друга применяют оксидные, фосфатные или лакокрасочные покрытия.

Электротехническая сталь чувствительна к упругим и пластическим деформациям, под влиянием которых резко ухудшаются магнитные свойства, прежде всего, за счет роста коэрцитивной силы. Поэтому после механической обработки (штамповки пластин, резки ленты и навивки магнитопроводов) детали подвергают отжигу для восстановления магнитных свойств. При сборке магнитопроводов и изделий нельзя применять большие механические, особенно ударные, воздействия, в противном случае возрастут потери энергии.

Магнитопроводы из электротехнической стали применяют, главным образом, на низких частотах: 50, 400, реже 1000 Гц, причем, чем выше частота, тем более тонкими должны быть пластины или лента, выше содержание кремния в стали и ниже допустимая амплитуда индукции.

НИЗКОКОЭРЦИТИВНЫЕ СПЛАВЫ, как указывает название, характеризуются малой величиной коэрцитивной силы: от 0,8 до 24 А/м, высокой магнитной проницаемостью mmax= 30000...400000, но меньшей, чем у сталей, индукцией насыщения: Вs= 0,5...1,5 Тл. По составу это, прежде всего, сплавы железо-никель, иногда легированные другими элементами, называемые обычно пермаллоями. Примеры марок пермаллоев: 45Н (45% никеля, остальное железо), 79НМ (79% Ni, до 1% Mo), 80НХС (80% Ni, до 1% Cr и Si), 65НП (65% Ni, с прямоугольной петлей гистерезиса).



Рисунок 7.7 - Магнитопроводы из электротехнической стали:

а) - Ш-образная и замыкающая пластины; б) - пластина для ротора электрической машины; в) - тороидальный ленточный магнитопровод; г) - разрезной ленточный магнитопровод.

Пермаллои применяются на повышенных частотах (до 20 кГц) в магнитопроводах трансформаторов, дросселей, магнитных головок, для изготовления эффективных магнитных экранов. Очень чувствительны к деформациям и ударам, даже натяжение провода обмотки, намотанной на магнитопровод без жесткого каркаса, резко ухудшает магнитные свойства. Из-за большого содержания никеля дороги. В настоящее время вытесняются из областей применения ферритами и аморфными сплавами.

АМОРФНЫЕ СПЛАВЫ - сравнительно новый вид магнитных материалов. Впервые получены в 1968 г. Их отличные магнитные свойства обусловлены тем, что при отсутствии границ между кристаллами облегчается процесс перемагничивания доменов, и поэтому уменьшаются коэрцитивная сила и потери мощности. Получают аморфные сплавы в виде лент при очень быстром охлаждении струи расплава, в результате кристаллы образовываться не успевают. Тормозит кристаллизацию и легирование сплава большими количествами неметаллов (кремния, бора, фосфора и других). Примеры марок сплавов: 10НСР (10 % Ni, Si, B: основа Fe), 94ЖСР-А (94 % Fe). Магнитные параметры сплавов: Нс=0,4...10 А/м, Вs= 0,5...1,6 Тл, max = 10000...400000. Магнитные свойства легко модифицируются термомагнитной обработкой (проведением термической обработки под действием внешнего магнитного поля), в частности, можно формировать петлю гистерезиса с очень высокой степенью прямоугольности. По сравнению с пермаллоями имеют лучшие магнитные параметры и меньшую стоимость. Аморфные сплавы применяют в тех же областях, что и пермаллои.

МАГНИТОМЯГКИЕ ФЕРРИТЫ представляют собой керамику - спеченную смесь оксида железа Fe2O3 с оксидами других металлов. По электрическим свойствам принадлежат к полупроводникам, имея удельное сопротивление от 0,01 до 108 Омм. По магнитным свойствам являются ферримагнетиками, индукция насыщения их находится в диапазоне от 0,25 до 0,50 Тл.

Ферриты применяются на повышенных (от 20 кГц), высоких (единицы-сотни МГц) и сверхвысоких частотах (до 30 ГГц). В отличие от металлов и сплавов, в которых значительный вклад в потери энергии вносят вихревые токи, в ферритах эти токи из-за низкой электропроводности ничтожно малы, поэтому нет необходимости изготавливать магнитопровод из отдельных пластин, и ферритовые изделия представляют собой либо целые магнитопроводы, либо их половинки, что создает удобства при сборке.

Существует множество марок ферритов, отличающихся составом, типоразмерами изделий и преимущественными сферами применения: низкочастотные, высокочастотные, сверхвысокочастотные, с прямоугольной петлей гистерезиса, специализированные.

Система обозначения марок низко- и высокочастотных ферритов следующая:

М<число><буква 1><буква 2><дополнительные символы>, где М - магнитомягкий феррит;

<число> - начальная магнитная проницаемость н материала

(mН=7...50000);

<буква 1> - Н - низкочастотный; или В - высокочастотный;

<буква 2> - Н - никель-цинковый, или М - марганец-цинковый;

<дополнительные символы> - буквы и (или) цифры, характеризующие особенности данного материала.

Примеры марок: М7ВН - высокочастотный никель-цинковый, н=7; М1500НМ3 - низкочастотный марганец-цинковый, 3-я модификация; М90ВНП - для перестраиваемых контуров; М1100НМИ - для импульсных трансформаторов.

Точка Кюри ферритов, в отличие от металлов и сплавов, на оси температур находится сравнительно низко: от +90 оС до +480 оС, поэтому её надо учитывать как фактор, ограничивающий допустимый перегрев изделия. По той же причине у ферритов низкая температурная стабильность параметров, особенно индукции насыщения. При повышении температуры материала на 100 оС Вs может снизиться на 30...40 % от той, что была при нормальной температуре.

На рис.7.8 изображены некоторые типы изделий из ферритов: а, б - круглый и прямоугольный стержни; в - кольцо; г - Ш-образный магнитопровод (половина); д - П-образный магнитопровод (половина), е - броневой магнитопровод (половина). Изделия каждого типа выпускаются разных размеров. Например, кольца выпускаются диаметрами от 1 до 45 мм, броневые магнитопроводы - диаметрами от 9 до 48 мм.



Рисунок 7.8 - Изделия из ферритов

Магнитомягкие ферриты применяются в магнитных антеннах, катушках индуктивности, трансформаторах, дросселях, магнитных головках, отклоняющих системах кинескопов.

Магнитодиэлектрики не являются самостоятельным магнитным материалом, а представляют собой композицию из мелких магнитных частиц, отделенных друг от друга и в то же время механически связанных в монолит немагнитным и непроводящим связующим. В результате магнитные свойства материала определяются не столько свойствами магнитных частиц, сколько расстояниями между ними, то есть концентрацией магнитного порошка в композиции. Магнитная проницаемость композиции много меньше магнитной проницаемости частиц, индукция насыщения заметно снижается, однако резко падают потери мощности, петля гистерезиса как бы увеличивается в горизонтальном размере, возрастает линейность кривой намагничивания. Это позволяет применять магнитодиэлектрики на высоких частотах и выполнять на них дроссели с большой удельной энергоемкостью или стабильные катушки индуктивности.

В настоящее время изготавливаются и применяются магнитодиэлектрики, магнитной фазой в которых служат порошкообразное карбонильное железо, мелко помолотые хрупкие сплавы альсифер (Al - Si - Fe) и молибденовый пермаллой 80НЗМ, а также ферритовые порошки. Из карбонильного железа изготавливают подстроечные сердечники для катушек индуктивности и броневые магнитопроводы. Материал имеет начальную проницаемость н= 9...15, низкие потери, работает на частотах до 100 МГц. Магнитодиэлектрики из альсифера и молибденового пермаллоя (пресс-пермаллоя) выпускают в виде колец полуовального сечения (рис. 7.9).

Рисунок 7.9 - Кольцо полуовального сечения

Два таких полукольца, сложенные вместе, образуют кольцо, удобное для намотки даже толстым проводом. Магнитная проницаемость альсифера н = 22...90, пресс-пермаллоя н = 20...250, максимальная индукция Вm = 0,4 Тл (соответственно 0,5...0,75 Тл) при напряженности Нm = 8000 А/м. Диапазон рабочих частот от 20 кГц до 10 МГц в зависимости от марки, величины электромагнитной нагрузки и допустимых потерь мощности.

Магнитодиэлектрики на основе ферритового порошка обладают невысокими энергетическими показателями, но характеризуются высокой стабильностью магнитной проницаемости и высокой добротностью. Применяются в катушках индуктивности на частотах в десятки - сотни мегагерц, а также в виде магнитного компаунда при склеивании деталей магнитопроводов из других материалов при магнитном экранировании.

7.3 Магнитотвердые материалы

Магнитотвердые материалы имеют коэрцитивную силу Нс >> 4000 А/м и в намагниченном состоянии обладают магнитным полем большей удельной энергии, поэтому применяются для создания постоянных магнитных полей, используемых в некоторых электродвигателях, в генераторных приборах СВЧ (магнетронах, лампах бегущей волны и других), для регулирования электронного луча в кинескопах, в громкоговорителях, магнитоуправляемых контактах и таких прочих. Основная характеристика магнитотвердого материала - часть петли гистерезиса, расположенная во втором квадранте плоскости Н-В, называемая КРИВОЙ РАЗМАГНИЧИВАНИЯ. На рис. 7.10 слева от оси В изображена кривая размагничивания. На этой кривой должна находиться рабочая точка материала постоянного магнита. Положение рабочей точки определяется геометрией магнитной системы. Если магнитная система замкнута, рабочая точка после намагничивания должна находиться в точке с координатами (0; Br).

Рисунок 7.10 - К определению удельной магнитной энергии

Но замкнутая магнитная система не создает поле в окружающем пространстве, ради которого и применяют постоянные магниты. В зазоре же разомкнутой системы образуется размагничивающее поле, смещающее рабочую точку в направлении (-НС, 0).

Энергия магнитного поля, создаваемого в окружающем пространстве единицей объема магнитного материала,

WМ = 0,5НВ.

Рассчитав величину WМ для каждой точки кривой размагничивания, можно получить зависимость удельной энергии от индукции (или напряженности). Такая зависимость WМ(В) изображена на рис. 7.10 справа от оси индукций. Она имеет максимум при В = ВD и Н = НD:

0,5ВDНD =Wmax.

Эта величина - МАКСИМАЛЬНАЯ УДЕЛЬНАЯ МАГНИТНАЯ ЭНЕРГИЯ, важнейшая характеристика магнитотвердого материала. Задача конструктора магнитной системы заключается в том, чтобы выбором ее геометрии реализовать максимальную магнитную энергию материала.

Диапазон значений Wmax современных материалов достаточно широк: от 1 до 80 кДж/м3. Кроме удельной магнитной энергии, к основным параметрам магнитотвердых материалов относятся остаточная индукция Вr и коэрцитивная сила НС.

В настоящее время из магнитотвердых материалов применяются магнитотвердые ферриты, они, как и магнитомягкие ферриты, представляют собой керамику, однако вместе с оксидом железа в составе присутствует оксид бария либо оксид стронция. Эти материалы изготавливаются в вид изделий разной формы (чаще всего в виде пластин или колец) по технологии керамики, имеют хорошие магнитные свойства и относительно дешевы. Их магнитные параметры: удельная магнитная энергия Wmax = 2...15 кДж/м3; остаточная магнитная индукция Вr = 0,17...0,10 Тл, коэрцитивная сила НС = 100...240 кА/м, отличаются достаточно высокой временной стабильностью.

Более высокими магнитными показателями обладают сплавы системы ЮНДК (железо-алюминий-никель-медь-кобальт): Wmax= 3,5...40 кДж/м3, Br 1,4 Тл, Нс 145кА/м, но они значительно дороже ферритов. Вследствие очень высокой температурной стабильности применяются в точных приборах, в частности, в стрелочных измерительных приборах магнитоэлектрической системы. Магниты из этих сплавов изготавливают литьем с последующей обработкой абразивным инструментом.

Рекордные в настоящее время магнитные характеристики имеют сплавы кобальта с редкоземельными элементами (самарием, празеодимом и др.). В серийных изделиях достигнута энергоемкость Wmax = 72 кДж/м3 при остаточной индукции Вr = 0,9 Тл и коэрцитивной силе Нс = 500 кА/м. В перспективе возможна удельная энергия до 144 кДж/м3. Однако очень высокая стоимость редкоземельных элементов препятствует широкому применению этих материалов. Их используют в приборах летательных аппаратов, где удельные характеристики имеют решающее значение.

На основе порошкообразных магнитотвердых материалов изготавливают магнитотвердые композиции: магнитопласты (с жестким связующим) и магнитоэласты (с эластичным связующим). Магнитные характеристики этих материалов зависят от вида и концентрации магнитотвердого наполнителя: удельная энергия материала с ферритовым наполнителем не превышает 1,5 кДж/м3, а с наполнителем из сплава редкоземельных элементов с кобальтом может достигать 12 кДж/м3. Магнитопласты применяются для изготовления многополюсных магнитов, например, для настройки отклоняющих систем цветных кинескопов, магнитоэласты с резиновым или эластомерным связующим - для магнитных уплотнений крышек приборов, дверей холодильных камер, для создания слабых магнитных полей, применяемых в медицине, биологии и т. п.

Для формирования магнитного поля в заданном объеме постоянные магниты обычно снабжаются полюсными наконечниками из малоуглеродистой стали. Изготовление магнитной системы включает следующие стадии: изготовление магнита; изготовление полюсных наконечников; сборка магнитной системы; намагничивание магнита; нормализация характеристики. Намагничивание обычно выполняется в импульсном магнитном поле, создаваемом специальным электромагнитом или намагничивающей обмоткой, размещенной на намагничиваемой системе.

7.4 Материалы для носителей магнитной записи

В настоящее время широко применяется магнитная запись электрических сигналов на подвижный носитель, при этом мгновенные значения сигнала во времени запечатлеваются в виде намагниченностей разных уровней в разных местах активного слоя носителя. При считывании записи остаточное магнитное поле участка носителя преобразуется вновь в электрический сигнал.

Носитель магнитной записи (лента, диск, карта) содержат основу и магнитный слой. Магнитный слой может быть сплошным, в виде тонкого однородного покрытия, или композиционным (ферролаковым), содержащим отдельные магнитные частицы, склеенные немагнитным связующим (лаком).

Для хранения и последующего воспроизведения записанных данных магнитные частицы должны быть магнитотвердыми. Для обеспечения высокой плотности записи размеры частиц должны быть оптимальными: достаточно малыми, но не настолько, чтобы это ухудшало магнитные свойства. Для уменьшения шумов размеры и свойства частиц должны быть однородными. Для обеспечения длительного хранения записанных данных магнитные компоненты должны обладать временной и температурной стабильностью.

В настоящее время для изготовления носителей наиболее широко применяют магнитные порошки на основе простых оксидов железа -Fe2O3, хрома. Оксидные порошки недороги, устойчивы по отношению к коррозии, могут быть сделаны достаточно однородными по размерам и свойствам частиц. Оксид хрома CrO2 имеет по сравнению с оксидом железа -Fe2O3 более высокие намагниченность и коэрцитивную силу, однако из-за низкой точки Кюри (+126 оС) мало пригоден для работы при повышенных температурах и длительного хранения записей.

Из других магнитных материалов применяется магнетит Fe3O4, кобальтированный оксид железа Со--Fe2O3, металлические порошки Fe и сплавы Fe-Co. Обладая высокими магнитными свойствами, они недостаточно технологичны, а металлические склонны к коррозии, слипанию в лаке и самовоспламенению на воздухе.

Для записи цифровых сигналов выпускаются носители с порошком из магнитотвердого феррита бария.

Магнитные носители, обеспечивающие наивысшую плотность записи и наименьший уровень шумов, получают на сплошных средах, представляющих собой тонкую пленку металла или сплава, нанесенную на основу. Их называют носителями с металлизированным рабочим слоем. В качестве магнитного материала используют кобальт, сплавы железо-никель, железо-кобальт и другие. При реализации таких носителей нужно обеспечить хорошую адгезию металлического слоя к основе и его защиту от атмосферных и механических воздействий. Металлизацию выполняют напылением в вакууме. Из-за сложности технологии металлизированные носители не нашли пока должного распространения.

Основу ленточных носителей магнитных записей изготавливают из полимерных материалов, главным образом, из полиэтилентерефталата (лавсан, майлар). В состав основы для гибких дисков входят смеси различных полимерных материалов с пигментом (сажей). Для стабилизации формы основу изготавливают как пакет из нескольких слоев материала. Основу жестких дисков изготавливают из алюминиевых сплавов.

7.5 Магнитные материалы специального назначения

К магнитным материалам специального назначения относятся: термомагнитные, магнитострикционные, сплавы и ферриты с прямоугольной петлей гистерезиса.

ТЕРМОМАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ характеризуются сильной зависимостью намагниченности от изменения температуры в диапазоне от -70 до +150 oC. Они применяются для термокомпенсации магнитных цепей приборов, а также для термосигнализации и термоконтроля. Например, если к источнику переменного напряжения постоянных амплитуды и частоты подключить последовательно нагрузку и дроссель с магнитопроводом из материала с невысокой точкой Кюри, по достижении в магнитопроводе температуры, превышающей точку Кюри, индуктивная составляющая сопротивления дросселя падает в раз, и почти все напряжение будет приложено к нагрузке. После охлаждения магнитопровода его индуктивное сопротивление восстанавливается. В качестве термомагнитных материалов можно использовать магнитомягкие ферриты с низкой точкой Кюри, например, М10000НМ, у которого Тк 110 oC.

В МАГНИТОСТРИКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛАХ (МСМ) сильно выражен магнитострикционный эффект, заключающийся в изменении размеров ферромагнитных тел в переменном магнитном поле. Применяются МСМ для электроакустических преобразователей электрических колебаний в механические и обратно, которые используются в измерительных и технологических ультразвуковых установках, в электромеханических и магнитострикционных фильтрах, линиях задержки сигналов и других.

Используют следующие виды МСМ: никель; сплавы кобальта с железом 65К, 49К2Ф; сплавы железо-алюминий, а также некоторые марки ферритов. В сплавах на ультразвуковых частотах велики потери на перемагничивание, что при больших мощностях требует применения водяного охлаждения преобразователя. Ферриты, особенно монокристаллические, успешно работают в фильтрах на гиперзвуковых частотах до 1000 МГц, но в мощных преобразователях обнаруживают недостаточную механическую прочность.

ФЕРРИТЫ И СПЛАВЫ С ПРЯМОУГОЛЬНОЙ ПЕТЛЕЙ ГИСТЕРЕЗИСА (ППГ) относятся к магнитомягким материалам, отношение Br/Bs у них от 0,85 до 0,99. ППГ применяются в специальных дросселях и трансформаторах, в магнитных усилителях, а также в магнитных оперативных запоминающих устройствах ЭВМ.

Материалами с ППГ являются некоторые марки пермаллоев (50НП, 79НМП и другие) и аморфных сплавов, причем, прямоугольность петли зависит от толщины ленты и от предшествовавшей обработки, так что сплав одного состава может иметь как прямоугольную, так и непрямоугольную петли гистерезиса.

Ферриты с ППГ по составу отличаются от других магнитомягких ферритов. Выпускаются в виде колец диаметром от 0,4 до 10 мм, а также в виде более сложных изделий. Пример применения материалов с ППГ в управляемом выпрямителе изображен на рис. 7.11, а, где е(t) - источник переменного напряжения, L - дроссель на магнитопроводе с ППГ, VD2 - выпрямительный диод, Rн - нагрузка, Rу - переменный резистор, VD1 - разделительный диод.



Рисунок 7.11 - Применение материала с ППГ в управляемом выпрямителе

Пока е(t) < 0, VD2 закрыт, и через дроссель в обратном направлении протекает ток управления Iу E/Rу, смещая рабочую точку магнитопровода по петле гистерезиса в точку (-Ну, -Ву), причем, Ну = IуW/lср, где W - число витков обмотки дросселя, lср - средняя длина его магнитной силовой линии.

После смены полярности е(t) VD1 закрывается, открывается VD2, но через него вначале протекает лишь малый ток намагничивания дросселя, растущий от I1 = H1lср/W до I2 = H2lср/W, при этом изменение индукции в магнитопроводе дросселя В = В2 - (-Ву) = В2 + Ву происходит за время t3 = WSB/E, где S - сечение магнитопровода дросселя. Затем намагничивающий ток дросселя начинает быстро нарастать, в это время магнитопровод насыщается, падение напряжения на его обмотке резко уменьшается, и напряжение источника оказывается приложенным к нагрузке (за вычетом падения на VD2). Меняя величину Rу и тем самым Iу, можно управлять величиной -Ну и, следовательно, В = В2 + Ву в диапазоне от 0 до (Вr + Ву). Изменяющееся при этом время задержки t3 приводит к изменению доли времени открытого состояния диода VD2 и к изменению действующего тока, поступающего в нагрузку. Вместо Rу можно применить транзистор или другой прибор.



8. Диэлектрические материалы

Диэлектрические материалы в радиоэлектронной аппаратуре разделяют электрически, а твердые - и объединяют механически проводники, находящиеся под разными электрическими потенциалами. Применяют их для электрической изоляции элементов аппаратуры, для накопления энергии электрического поля (конденсаторы), для изготовления деталей конструкции, а также в виде покрытий на поверхности деталей, для склеивания деталей.

8.1 Диэлектрические свойства материалов

Основное свойство диэлектрика - не проводить электрический ток. УДЕЛЬНОЕ ОБЪЕМНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ диэлектриков велико: от 108 до 1018 Омм, так как в них почти отсутствуют свободные носители электрического заряда. Причиной некоторой проводимости являются примеси и дефекты структуры.

Примесей и дефектов всегда больше на поверхности любого тела, поэтому для диэлектриков вводят понятие поверхностной проводимости и параметр УДЕЛЬНОЕ ПОВЕРХНОСТНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ s, определяемое как сопротивление, измеряемое между двумя линейными проводниками длиной в 1 м каждый, расположенными параллельно друг другу на расстоянии 1 м на поверхности диэлектрика. Величина s сильно зависит от способа получения (обработки) поверхности и ее состояния (запыленность, увлажнение и т. п.). Поскольку поверхностная электропроводность обычно значительно превосходит объемную, предусматривают меры для ее уменьшения.

Диэлектрик является изолятором лишь по отношению к постоянному напряжению. В переменном электрическом поле через диэлектрик протекает ток вследствие его поляризации.

ПОЛЯРИЗАЦИЯ - это процесс смещения связанных зарядов на ограниченное расстояние под действием внешнего электрического поля.

Электроны атомов смещаются в сторону положительного полюса, ядра атомов - в сторону отрицательного. То же происходит с ионами в ионных кристаллах, с молекулами или участками молекул при неравномерном распределении в занимаемом ими объеме заряженных частиц. В результате поляризации в диэлектрике образуется собственное внутреннее поле, вектор его меньше по величине и противоположен по направлению вектору внешнего поля. Электрическая емкость между электродами с диэлектриком больше, чем между теми же электродами без диэлектрика в раз, где - ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ ДИЭЛЕКТРИКА.

При ЭЛЕКТРОННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ под действием внешнего электрического поля деформируются электронные оболочки атомов вещества. Она характеризуется малым (около 10-15 с) временем установления и поэтому безынерционна для радиочастот, не зависит от частоты, слабо зависит от температуры и происходит практически без потерь. Вещества с преимущественно электронной поляризацией (слабо полярные диэлектрики) имеют небольшую диэлектрическую проницаемость: от 1,8 до 2,5. Этот вид поляризации присущ всем веществам.

ИОННАЯ ПОЛЯРИЗАЦИЯ происходит в ионных твердых телах, имеет время установления порядка 10-13 с, следовательно, практически не зависит от частоты поля, слабо зависит от температуры. Величина у большинства материалов с ионной поляризацией составляет от 5 до 10.

ДИПОЛЬНАЯ (ОРИЕНТАЦИОННАЯ) ПОЛЯРИЗАЦИЯ проявляется как ориентация под действием поля полярных молекул или групп атомов. Полярны, например, молекулы воды, в которой атомы водорода расположены несимметрично относительно атома кислорода, или винилхлорида (мономер поливинилхлорида) H2C-CHCl. На преодоление взаимодействия молекул и сил трения расходуется энергия поля, которая превращается в тепловую энергию, следовательно, дипольная поляризация носит неупругий, релаксационный характер. Из-за больших размеров и масс диполей, участвующих в дипольной поляризации, ее инерционность значительна и проявляется в виде сильной зависимости диэлектрической проницаемости и потерь энергии от частоты.

МИГРАЦИОННАЯ ПОЛЯРИЗАЦИЯ вызывается неупругими перемещениями слабо связанных примесных ионов на небольшие расстояния. По последствиям (потери энергии, частотная зависимость) эта поляризация подобна дипольной.

Потери энергии в диэлектрике при поляризации оценивают ТАНГЕНСОМ УГЛА ПОТЕРЬ tg . Диэлектрик с потерями в электрической цепи представляют в виде эквивалентной схемы: идеальный конденсатор и присоединенное параллельно ему сопротивление потерь. Угол дополняет до 90o угол сдвига между током и напряжением на векторной диаграмме такого двухполюсника. Хорошие (слабо полярные) диэлектрики имеют tg10-3, мало зависящий от частоты. Плохие диэлектрики имеют tg, измеряемый десятыми долями единицы и даже более, сильно зависящий от частоты.

Особые виды образуют поляризация под действием механических напряжений, наблюдаемая в ПЬЕЗОЭЛЕКТРИКАХ, а также СПОНТАННАЯ ПОЛЯРИЗАЦИЯ в ПИРОЭЛЕКТРИКАХ и СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКАХ. Такие диэлектрики называют АКТИВНЫМИ и используют в специальных приборах: в резонаторах, фильтрах, пьезоэлектрических генераторах и трансформаторах, преобразователях излучений, конденсаторах большой удельной емкости и т. д.

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ - способность диэлектрика сохранять высокое удельное сопротивление в цепях большой напряженности. Оценивается пробивной напряженностью поля Епр=Uпр/d, где Uпр - напряжение, вызывающее пробой, d - толщина диэлектрика. Размерность Епр - В/м. У разных диэлектриков Епр=10...1000 МВ/м, и даже у одного материала эта величина колеблется в широких пределах в зависимости от толщины, формы электродов, температуры и ряда других факторов. Причина этого - в многообразии процессов при пробое. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРОБОЙ обусловлен туннельным переходом электронов в зону проводимости из валентной зоны, с примесных уровней или металлических электродов, а также лавинным размножением их за счет ударной ионизации в полях высокой напряженности. ЭЛЕКТРОТЕПЛОВОЙ ПРОБОЙ имеет причиной экспоненциальный рост электропроводности диэлектрика при повышении его температуры. При этом растет ток утечки, еще более разогревающий диэлектрик, в его толще образуется проводящий канал, сопротивление резко падает, в зоне термических воздействий происходит плавление, испарение, деструкция материала. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ПРОБОЙ обусловлен явлениями электролиза, миграции ионов и, вследствие этого, изменениями в составе материала. ИОНИЗАЦИОННЫЙ ПРОБОЙ происходит вследствие частичных разрядов в диэлектрике, имеющем воздушные включения. Электрическая прочность воздуха ниже, а напряженность поля в этих включениях выше, чем в плотном диэлектрике. Этот вид пробоя характерен для пористых материалов. ПОВЕРХНОСТНЫЙ ПРОБОЙ (ПЕРЕКРЫТИЕ) диэлектрика возникает вследствие недопустимо больших поверхностных токов. При достаточной мощности источника тока поверхностный пробой развивается по воздуху и переходит в дуговой. Условия, способствующие этому пробою: трещины, другие неровности и загрязнения на поверхности диэлектрика, влажность, запыленность, пониженное атмосферное давление воздуха.

Для надежной работы любого электротехнического устройства рабочее напряжение его изоляции Uраб должно быть существенно меньше пробивного напряжения Uпр. Отношение Uпр/Uраб называют КОЭФФИЦИЕНТОМ ЗАПАСА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ИЗОЛЯЦИИ.



8.2 Прочие свойства диэлектриков

Термические свойства

Способность электрической изоляции выдерживать повышенную температуру без существенного ухудшения свойств является весьма важной, так как от нее зависит наивысшая допустимая рабочая температура изоляции. В свою очередь, повышение этой температуры позволяет уменьшить габариты и массу и увеличить коэффициент полезного действия электродвигателей, трансформаторов и дросселей, конденсаторов и других приборов.

Способность диэлектрика сохранять механическую прочность при повышенной температуре называется ТЕПЛОСТОЙКОСТЬЮ. Как параметр, теплостойкость определяют двумя способами: по Мартенсу и по Вика. ТЕПЛОСТОЙКОСТЬ ПО МАРТЕНСУ - это температура, при которой образец материала в виде прямоугольного бруска определенных размеров изгибается под действием постоянного изгибающего момента на заданную величину. ТЕПЛОСТОЙКОСТЬ ПО ВИКА - это температура, при которой стержень сечением 1 мм2, упираемый в образец термопластичного материала усилием 6 Н, вдавливается в образец на глубину 1 мм. При испытаниях образцы вместе с установкой помещают в термостат, температуру в котором повышают от нормальной со скоростью 50 оС/ч. Оба метода применяют для оценки теплостойкости пластмасс.

Для хрупких материалов (стекол, керамики) определяют ТЕРМОСТОЙКОСТЬ как способность выдерживать без разрушения резкие перепады температур.

Для пластмасс и органических материалов в целом определяют ОГНЕСТОЙКОСТЬ как способность материала не разлагаться при высокой температуре и не выделять горючие газы. Оценивают огнестойкость ТЕМПЕРАТУРОЙ РАЗЛОЖЕНИЯ - минимальной температурой окружающего воздуха, при которой из материала выделяется заметное количество газа; ТЕМПЕРАТУРОЙ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ, при которой выделяющиеся газы способны воспламениться от внешнего пламени, и ТЕМПЕРАТУРОЙ ВОЗГОРАНИЯ, при которой выделяющиеся газы самовозгораются.

Способность электроизоляционного материала длительно (до 20000 ч) сохранять свои свойства при повышенной температуре, называют НАГРЕВОСТОЙКОСТЬЮ. По нагревостойкости материалы подразделяют на КЛАССЫ НАГРЕВОСТОЙКОСТИ (см. табл.4).

Таблица 4 -Классы нагревостойкости изоляционных материалов

Класс нагревостойкости	Примеры материалов
Буквенное обозначение	Длительная рабочая температура, оС
Y A E B F H C	90 105 120 130 155 180 >180	Волокнистые материалы на основе целлюлозы, хлопка, натурального шелка, непропитанные и не погруженные в жидкий диэлектрик, поливинилхлорид То же, пропитанные или погруженные в жидкий диэлектрик; полиамиды Синтетические волокна, пленки, пластмассы и слоистые пластики на термореактивных связующих Материалы на основе неорганических наполнителей (слюды, асбеста, стекловолокна) с органическими связующими; фторопласт-3 Те же материалы в сочетании с синтетическими связующими класса F Те же материалы с кремнийорганическим связующим; кремнийорганические каучуки Те же с неорганическим связующим

Растворимость

Растворимость твердого материала обычно оценивается количеством материала, переходящего в раствор за единицу времени с единицы поверхности материала, соприкасающейся с растворителем. Применительно к диэлектрикам имеются в виду органические растворители, входящие в состав лаков, эмалей, флюсов, промывочных жидкостей.

Как правило, легче всего растворяются вещества, близкие к растворителю по химической природе и содержащие в молекулах сходные группировки атомов: полярные вещества легче растворяются в полярных жидкостях, неполярные - в неполярных жидкостях. Например, неполярные или слабо полярные углеводороды (парафин, каучук) растворяются в жидких углеводородах (бензин); полярные смолы (фенолформальдегидные и другие) - в спирте и других полярных растворителях. Растворимость уменьшается с повышением степени полимеризации (молекулярной массы). Высокомолекулярные вещества с линейной структурой молекул растворяются сравнительно легко, с пространственной структурой - трудно. Растворимость повышается с ростом температуры.

Химостойкость

Стойкость электроизоляционных материалов к разъеданию (коррозии) различными соприкасающимися с ними веществами (газами, водой, кислотами, щелочами, солевыми растворами) весьма разнообразна. Общий принцип оценки химостойкости: образцы материалов на длительное время помещают в условия, по возможности близкие к эксплуатационным или еще более тяжелые. После выдержки в испытательной среде образцы извлекают и исследуют: определяют изменение внешнего вида, массы, размеров, характера поверхности, электрических свойств и т.д.

Гигроскопичность и влагопроницаемость

ГИГРОСКОПИЧНОСТЬ - способность материала поглощать влагу из окружающей среды. Обусловлено это явление, с одной стороны, свойствами материала, с другой - особенностями самой воды. Вода в виде пара всегда присутствует в атмосфере. Молекулы воды имеют малые размеры (порядка 2,510-10 м) и легко проникают в мелкие трещины и поры диэлектрика. Молекула воды сильно полярная, диэлектрическая проницаемость воды при нормальных условиях примерно равна 80, с изменением температуры изменяется. Чистая вода плохо проводит электрический ток, но, легко растворяя многие вещества, приобретает высокую электропроводность. Вода, попадая в трещины и поры диэлектрика, переносит с собой и осаждает в диэлектрике разнообразные растворенные в ней вещества. В результате увлажнения диэлектрика уменьшаются его механическая и электрическая прочность, возрастают диэлектрическая проницаемость, тангенс угла потерь, удельная объемная и поверхностная электропроводность.

Обмен влагой с окружающим воздухом образца или изделия из диэлектрического материала происходит через поверхность, поэтому при изменении относительной влажности окружающего воздуха равновесная влажность материала устанавливается по прошествии длительного времени.

ВОДОПОГЛОЩЕНИЕ - это поглощение влаги диэлектриком из жидкой фазы. Роса, брызги часто оказываются на наружных поверхностях радиоаппаратуры, эксплуатируемой вне помещений. На водопоглощение оказывает влияние смачиваемоть поверхности диэлектрика водой. На несмачиваемой поверхности вода образует отдельные капли, в поры и трещины в жидком виде не проникает.

ВЛАГОПРОНИЦАЕМОСТЬ - это способность материала пропускать через себя пары воды. Свойство имеет важное значение для оценки защитных покрытий (оболочки кабелей, компаунды, лаковые покрытия на печатных узлах и такое прочее). Водяной пар проникает через перегородку из изоляционного материала при разности его парциальных давлений по одну и другую стороны перегородки и в зависимости от ее толщины.

Защита радиоаппаратуры и ее составных частей от влаги включает следующие меры:

- правильный выбор материалов: предпочтение следует отдавать материалам менее гигроскопичным;

- применение защитных покрытий лаками, в частности, печатных узлов (для тропического влажного климата - до 6-8 слоев электроизоляционного лака);

- герметизацию аппаратуры или ее чувствительных к влаге частей компаундами или влагонепроницаемыми кожухами;

- при транспортировке и хранении аппаратуры, предназначенной для эксплуатации в отапливаемых помещениях, следует упаковывать ее в полиэтиленовую или поливинилхлоридную пленку, помещая вовнутрь упаковки влагопоглотитель - силикагель.

8.3 Классификация диэлектриков

ПО АГРЕГАТНОМУ СОСТОЯНИЮ диэлектрики подразделяются на ТВЕРДЫЕ, ЖИДКИЕ и ГАЗООБРАЗНЫЕ. В большинстве случаев элементы РЭС находятся в воздушной атмосфере, и воздух играет роль газообразного диэлектрика. Жидкие диэлектрики применяются для пропитки пористых твердых диэлектриков (конденсаторная бумага). В основном же используются твердые диэлектрики.

ПО ХИМИЧЕСКОМУ СОСТАВУ диэлектрики подразделяют на ОРГАНИЧЕСКИЕ (соединения углерода с водородом, азотом, кислородом и некоторыми другими элементами) и НЕОРГАНИЧЕСКИЕ. Особую группу образуют ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ диэлектрики - материалы, подобные органическим по строению молекул, но включающие атомы, не характерные для органических веществ: кремний, металлы.

ПО ПРОИСХОЖДЕНИЮ различают материалы ПРИРОДНЫЕ, используемые без химической переработки (слюда), ИСКУССТВЕННЫЕ, получаемые химической переработкой природного сырья (бумага и другие целлюлозосодержащие материалы) и СИНТЕТИЧЕСКИЕ (пластмассы).

ПО ХАРАКТЕРУ ПОЛЯРИЗАЦИИ различают материалы ПОЛЯРНЫЕ, молекулы которых всегда имеют некоторый отличный от нуля электрический момент, и НЕПОЛЯРНЫЕ (слабо полярные), которые приобретают электрический момент под воздействием внешнего электрического поля.

По возможности управления диэлектрическими свойствами различают ПАССИВНЫЕ и АКТИВНЫЕ (УПРАВЛЯЕМЫЕ) диэлектрики. К последним относятся сегнетоэлектрики, пьезоэлектрики, электреты.

По преимущественным областям применения можно выделить материалы КОНСТРУКЦИОННЫЕ (для деталей), КОНДЕНСАТОРНЫЕ, КАБЕЛЬНЫЕ и прочие.

8.4 Электроизоляционные полимеры

Полимеры имеют большие молекулы (макромолекулы), образованные присоединением множества одинаковых элементарных звеньев. В зависимости от строения, макромолекулы бывают линейные, в том числе с короткими токовыми ответвлениями, разветвленные и сетчатые (сшитые).

Основная характеристика полимеров - молекулярная масса М=103...106. При достаточно большом М присоединение новых звеньев практически не отражается на свойствах полимера.

Многие линейные и умеренно разветвленные полимеры способны многократно плавиться и затвердевать без заметных химических превращений. Их называют ТЕРМОПЛАСТИЧНЫМИ (ТЕРМОПЛАСТАМИ). В отличие от них, сшитые полимеры являются ТЕРМОРЕАКТИВНЫМИ (РЕАКТОПЛАСТАМИ), при нагревании они не размягчаются, а лишь термически разлагаются. Образуются реактопласты в ходе химической реакции между реакционноспособными молекулами олигомеров.

Полимеры используют в электроизоляционных материалах в чистом виде, без добавок; пористыми, вспененными газом (пенопласты, поропласты); с наполнителями в виде порошка, волокон, тканей, слоев бумаги, полых стеклянных шариков и т.д. (наполненные пластмассы). Пористые полимеры имеют низкие плотность, теплопроводность, диэлектрическую проницаемость. Наполненные пластмассы характеризуются повышенными прочностью, жесткостью, теплостойкостью.

Широко применяются в радиоэлектронике НЕПОЛЯРНЫЕ ПОЛИМЕРЫ: полиэтилен [-H2C-CH2-]n, полипропилен [-CH2-CHCH3-]n, полистирол [-H2C-CHC6H5-]n, политетрафторэтилен (фторопласт-4) [-F2C-CF2-]n. Они имеют небольшую диэлектрическую проницаемость r = 2...2,5, малый tg 0,510-3, высокую электрическую прочность. Отличаются химостойкостью, стойкостью к органическим растворителям (за исключением полистирола). Полистирол имеет достаточно высокую прочность и жесткость, остальные полимеры нежесткие, но исключительно стойки к ударным нагрузкам. Нагревостойкость всех материалов невысокая, за исключением фторопласта-4, у которого длительная рабочая температура до 200 оС. Применяются как конденсаторные и кабельные диэлектрики, полистирол - для деталей конструкций, фторопласт-4 - для деталей конструкций и изоляционных деталей на СВЧ. Полиэтилен, полистирол, полипропилен - термопласты. Фторопласт-4 при нагревании вплоть до температуры разложения не размягчается, поэтому изделия из него изготавливают прессованием из крошки при нагревании, а пленку получают как стружку при точении заготовки на токарном станке.

Кроме названных полимеров, известны и применяются их модификации и сополимеры: облученный полиэтилен (нагревостойкий до +100 оС), хлорированный полиэтилен (эластомер), сополимеры полиэтилена с полипропиленом, сополимер тетрафторэтилена с этиленом (термопластичен, в отличие от фторопласта-4).

Пористый полиэтилен применяется в кабелях, пористый полистирол - в качестве теплоизолятора и как упаковочный материал.

Полипропилен и полистирол с наполнителем из стекловолокна приобретают повышенные прочность, жесткость и теплостойкость.

Из полярных линейных и слаборазветвленных полимеров, применяемых в РЭС в чистом виде, следует отметить поливинилхлорид, полиэтилентерефталат, поликарбонаты, полиметилметакрилат.

Поливинилхлорид [-H2C-CHCl-]n из-за несимметричности молекулы мономера является сильнополярным диэлектриком с большим tg = 0,02...0,1, поэтому на высоких частотах не применяется. В чистом виде жесткий, прочный, химостойкий, называется "винипласт". При введении пластификаторов получается гибкий поливинилхлоридный пластикат, широко применяемый в изоляции монтажных проводов, силовых кабелей, для изготовления наружной оболочки радиочастотных кабелей.

Полиэтилентерефталат (лавсан, майлар) - слабо полярный диэлектрик, выпускается в виде волокон и тонких пленок, характеризуется высокой механической и электрической прочностью и достаточно высокой нагревостойкостью (до +160 оС). Применяется как диэлектрик низкочастотных конденсаторов высокой удельной емкости (серия К73), как основа магнитной ленты, а в виде волокон, нитей, тканей - в оплетках проводов и для изготовления текстолита.

Некоторые поликарбонаты (например, дифлон) обладают ценным для радиоэлектроники комплексом свойств: хорошие диэлектрики, механически прочные, теплостойкие, технологичные, прозрачные в видимом и ультрафиолетовом свете. В виде пленок применяются в конденсаторах большой абсолютной и удельной емкости (серия К77), полимер в чистом виде перерабатывают литьем в изоляционные детали: каркасы катушек, корпуса разъемов и т. д.

Полиметилметакрилат (плексиглас, органическое стекло) также прозрачен, однако имеет относительно большое значение tg0,06 и склонность к образованию трещин в процессе эксплуатации. В РЭС применяется, в основном, в виде стекол, закрывающих разнообразные шкалы.

Относительно новые виды полимерных материалов имеют сложное строение основной цепи молекулы и характеризуются более высокой теплостойкостью и нагревостойкостью. Таковы, например, полифениленоксид, полиоксадиазол, полиимиды. Последние имеют наивысшую нагревостойкость (до 400 оС) среди всех полимерных материалов. Применяются, в основном, в виде тонких пленок и эмалевых покрытий обмоточных проводов.

8.5 Материалы на основе термореактивных синтетических смол

Синтетическими смолами называют реакционноспособные олигомеры, способные при определенных условиях превращаться в полимеры с пространственной структурой. Такая структура придает материалу высокую механическую прочность и нерастворимость. Однако, уменьшение объема продукта (усадка) в ходе реакции вызывает образование внутренних механических напряжений, что снижает прочность изделий. Поэтому обычно в состав смесей входят порошковые или волокнистые наполнители, а синтетическая смола играет роль связующего в такой композиционной порошковой пластмассе.

Поскольку материал термореактивный, при изготовлении полуфабрикатов и изделий формообразование совмещают с реакцией полимеризации. Обычно необходимым условием для протекания реакции является повышенная (до 160...200 оС) температура, а для формообразования - замыкание порции материала в объеме, геометрия которого соответствует форме получаемой детали. Технологический процесс называется прессованием, так как давление на материал, заполняющий форму, создается гидравлическим прессом. Пример режима прессования: давление 25...35 МПа, температура 160 + 5 оС, время выдержки под давлением 2...4,5 мин на 1 мм толщины изделия. Последний параметр обусловлен тем, что в большинстве случаев реакция в связующем протекает по типу реакции поликонденсации с выделением простых побочных продуктов, которые при температуре прессования находятся в газообразном виде. Они должны быть удалены из толщи материала, что достигается применением давления и достаточным временем выдержки.

В качестве связующего применяют синтетические смолы: феноло-формальдегидные (высокая механическая прочность), анилино-формальдегидные (минимальный tg), меламиноформальдегидные (бесцветные, легко окрашиваются в массе в разные цвета), эпоксидные (высокие теплостойкость, прочность, широкие технологические возможности), кремнийорганические (наивысшая теплостойкость). В качестве наполнителя используют порошковые материалы (древесную муку, кварцевый песок, молотую слюду), коротковолокнистые (рубленое стекловолокно), длинноволокнистые ориентированные и неориентированные (бумаги, ткани, волокна, нити разной химической природы).

Полуфабрикат, представляющий собой порошкообразный или коротковолокнистый наполнитель, перемешанный с неотвержденной синтетической смолой, называют пресс-материалом. Из него прессованием изготавливают штучные изделия, в том числе с запрессованными в пластмассу металлическими деталями (ручки управления, основания потенциометров, монтажные планки, клеммные гайки и т. д.).

Материал, полученный совместным прессованием пакета из листов бумаги или ткани, пропитанных предварительно неотвержденной смолой, называется слоистым пластиком. Слоистый пластик, наполнителем которого служит бумага (из целлюлозных, стеклянных, асбестовых и иных волокон), называется "гетинакс". Если наполнителем служат слои ткани (хлопчатобумажной, лавсановой и другой), материал называется "текстолит". В радиоэлектронике наиболее широко применяется стеклотекстолит, в котором наполнителем служит стеклоткань, а связующим - эпоксидная или полиэфирная смола. Для изготовления печатных плат выпускают фольгированные диэлектрики, в которых одна или обе стороны листа покрыты тонкой медной фольгой. Основная проблема фольгированных диэлектриков - прочность и теплостойкость сцепления фольги с диэлектрическим основанием, так как при пайке печатной платы на связующее действует высокая температура.

Слоистые пластики - материалы анизотропные. Механическая прочность их наивысшая вдоль слоев, а электрическая - поперек слоев. Объясняется это тем, что волокна, а, следовательно, и воздушные поры, и поверхностные загрязнения на волокнах ориентированы вдоль слоев. Наибольшую электрическую прочность поперек слоев имеет гетинакс, наименьшую - текстолит. Наибольшую механическую прочность вдоль слоев имеет стеклотекстолит, наименьшую - гетинакс.

8.6 Каучуки и резины

Резина представляет собой вулканизированную многокомпонентную смесь на основе каучуков. При реакции вулканизации двойные связи в молекулах сырого каучука разрываются и через посредство дополнительных агентов (чаще всего, атомов серы) соединяют между собой разные молекулы каучука, образуя редко сшитую пространственную сетку. Этим объясняются уникальные механические свойства резины: относительное удлинение перед разрывом до 1000 %, после разрыва - не более 40 %, низкий модуль упругости.

Электрические свойства большинства резин невысокие и сильно зависят от температуры и влажности. Нагревостойкость, озоностойкость, стойкость к органическим растворителям определяется типом каучука. При старении изделие из резины поражается трещинами, теряя механическую и электрическую прочность. В процессе старения из резиновых изделий выделяются сера и ее соединения, вызывающие коррозию металлов.

В радиоэлектронике две основные области применения резины: изоляция гибких силовых кабелей и детали уплотнений и герметизации аппаратуры.

...