Файл: Базарова Ф.Ф. Органические и неорганические полимеры в конструкциях радиоэлектронной аппаратуры.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 24.06.2024

Просмотров: 136

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

пическоп прочностью, отсутствием остаточных деформа ­ ций при статических нагрузках, устойчивостью к радиа­ ции, окислителям, химическим реагентам, плесени, тепло­

вому и электрическому

старению.

Они могут

работать

в условиях глубокого вакуума, в

мощных электромаг­

нитных полях, в полях ВЧ и СВЧ .

 

 

Керамика неустойчива к динамическим нагрузкам, и

чаще всего она уступает

в этом органическим

полимер­

ным материалам . Поверхность керамических деталей

легко увлажняется и загрязняется, что

нередко вынуж­

дает прибегать к таким дополнительным

отделочным опе­

рациям, как лакировка, глазуровка,

гпдрофобизацпя

и т. д.

 

Наибольший интерес для использования в качестве

тугоплавкого

электроизоляционного

и конструкционного

материала

представляет керамика

чистых

окислов.

Сырьем д л я

ее производства с л у ж а т

различные

искусст­

венно синтезированные окислы алюминия, кальция, маг­

ния, циркония,

бериллия

и т. д. [9].

 

Корундовая

керамика

содержит

до 99% окиси алю­

миния, характеризуется

хорошими

диэлектрическими

свойствами и малыми диэлектрическими потерями при повышенных температурах, что дает возможность полу­ чать на ее основе изоляторы электронных ламп и другие детали ответственного назначения.

Бериллиевая керамика наряду с хорошими электро­ изоляционными и прочностными свойствами, стабильны­ ми вплоть до температур 600—800°С, водо- и кнслотостойкостью характеризуется высокой теплопроводностью, достигающей 36% от теплопроводности меди. Это дает возможность использовать е е ' в качестве термостойкой изоляции, если при этом необходимо обеспечить еще и хороший теплоотвод, т. е. для изоляторов запальных свечей, установочных деталей силовых транзисторов, ди­

одов, обтекателей антенн,

волноводов,

коммутаторов

печатных схем.

 

 

 

Циркониевая

керамика

по свойствам

приближается

к корундовой керамике, но превосходит ее по термостой­ кости и по стабильности свойств в широком температур­ ном интервале.

Керамика на основе двуокиси тория характеризуется самой высокой плотностью и огнеупорностью, однако ее применение ограничено из-за большой стоимости и тех­ нологических трудностей, обусловленных необходимо-

04


стыо специальных мер защиты обслуживающего

персо­

налаот воздействия

радиоактивного

газа,

выделяюще­

гося при обжиге.

 

 

 

 

 

В технике

высоких

температур все возрастающее зна­

чение получают т а к ж е

керамические материалы на осно­

ве

различных

соединений металлов — нитридов,

карби­

дов

и т. д.

 

 

 

 

 

 

Некоторые свойства керамики чистых окислов описа­

ны в табл . 2.6. Более

подробная информация

дана

в ра­

боте (9]. На основе керамики чистых

окислов получают

нитевидные кристаллы с большой упругостью и прочно­

стью на

растяжение,

тугоплавкие

и химически

стойкие.

Их. используют для

армирования

пластмасс,

металлов,

цементов

и многих

других материалов с целью значи­

тельного

увеличения

их механической

прочности.

 

 

 

 

Т а б л и ц а 2.6

 

Свойства

керамики чистых

окислов

 

 

р

 

 

а £

 

 

а.

 

Материал

>. К

 

F- 2

§ 1

 

а. £

 

йЗ с

 

 

Е я

 

 

-5 га

с >-

 

а> с;

 

Н с

 

А1„03

2050

3,9

ВеО

2570

3,02

MgO

2800

3,58

СаО

2570

3,35

ZrOa

2700

5,6

Т Ю 2

3200

9,7

поТвердостьми­ нералогической шкале

Теплопровод­

ность.

Вт/(м-°С), при

 

температуре

 

100 "С

1030 °с

9

28,8

5,8

9

209

18,4

5,6

35

6,6

4,5

14

7,0

7,0

1,7

2,0

6,5

8,5

2,5

 

ГЬедел

прочно­

 

сти

МН/м»

1/-С

 

 

 

при

при рас­

 

тяже­

 

сжатии

 

нии

 

 

8,4

3000

250

10,6

800

100

14,5

' 1400

100

13,8

—.

7,0

2000

150

10

1500

100

Абразивность, отсутствие пластичности, высокая тем­ пература спекания, необходимость1 тщательной очистки

сырья и его с л о ж н а я переработка, необходимость

созда­

ния

условий дл я безопасной работы с токсичными

газа­

ми,

выделяющимися при обжиге

некоторых видов

кера­

м и к и — вот те факторы, которые

обусловили большую

стоимость деталей из керамики чистых окислов и огра­

ничили

область их

применения. Технологичность таких

материалов может

быть повышена за счет введения в их

состав

различных

плавней

и других добавок,

снижаю ­

щих температуру спекания

и повышающих пластичность

керамических масс,

однако

при этом заметна

снижается

5—358

65


термостойкость материала и ухудшаются прочностные и

электроизоляционные

свойства.

 

 

 

Классификация выпускаемых отечественной промыш­

ленностью керамических материалов

и

предъявляемые

к ним требования

определены ГОСТ 5458—64 «Материа­

лы керамические

радиотехнические».

В

работе

[ I I ] по­

казаны

взаимосвязь

п взаимообусловленность

электри­

ческих

параметров

и строения керамических материалов

сфизико-химическими процессами, происходящими в них

впроцессе переработки и при эксплуатации. Физические основы и свойства раднокерамнки описаны в работе [32].

3. М е т о д ы п о л у ч е н и я и с в о й с т в а п о л и м е р н ы х

ко м п о з и ц и й

3.1.Электропроводящие полимерные композиции

С о п о с т а в л яя электропроводящие полимерные компо­ зиции с металлическими проводниками, можно отметить такие их преимущества, как [33]:

-—высокая коррозионная стойкость;

— 'легкая обрабатываемость при изготовлении изде­ лий сложной ф о р м ы ;

эластичность и гибкость;

возможность эксплуатации при многократных де­ формациях;

— доступность и невысокая стоимость по сравнению

сметаллическими проводниками;

возможность получения анизотропных структур. Эти и некоторые другие особенности электропрово­

дящих

полимерных композиций обусловливают все бо­

лее широкое их применение в производстве

радиоэлек­

тронной

аппаратуры . В новых разработках

успешно

применяются такие электропроводящие композиции, к а к клеи, цементы, пасты, эмали, эластомеры и пластмассы. Они д а ю т возможность заменить дефицитные цветные и драгоценные металлы и сплавы. Токопроводящие клеи, цементы, пасты используют при электрическом м о н т а ж е для получения внутренних соединений в схемах, д л я вос­ становления проводящих участков печатных схем, д л я

крепления активных элементов в гибридных

схемах, д л я

радиочастотного

экранирования,

для монтажа выводов

термочувствительных

приборов

(диодов,

транзисторов

и т. д . ), д л я создания

надежного

заземления радиодета­

лей и узлов, устанавливаемых на шасси [34, 35].

Быстро отверждающиеся проводящие клеи использу­

ют д л я ремонта

печатных схем

в полезых

условиях и

Б*

67


в тех случаях, когда пайка неприемлема

из-за возмож­

ности

повреждения термочувствительных

радиодеталей.

Путем

нанесения токопроводящего клея

через т р а ф а р е т

с последующей термообработкой клея можно получить недорогие электрические соединения на керамических и стеклянных подложках .

С помощью токопроводящих паст осуществляют креп­ ление и контактирование активных приборов в гибрид­ ных схемах. Крепление может производиться при ком­

натной температуре, отверждение

т а к ж е

не требует

вы­

соких температур, поэтому в местах контактирования

не

возникает резких температурных перепадов, как

это

имеет место при сварке

и папке [36]. Поэтому параметры

активных и пассивных

элементов

при

монтаже с

по­

мощью полимерных композиций не изменяются. Прово­ дящие композиции удовлетворяют требованиям микро­ миниатюризации . С их помощью получают прочные сое­

динения с

низкими

переходными

сопротивлениями и

становится

возможной

автоматизация

монтажно-сбороч-

ных работ.

 

 

 

 

Твердые

и эластичные и з д е л и я ,

из

токопроводящих

композиций находят применение в качестве нагреватель­

ных элементов, в качестве

з а з е м л я ю щ и х элементов, в ви­

де гибких экранов, в виде

транспортных

неэлектрнзую-

щихся лент, обеспечивают

безопасное термостатирование

аппаратов

и приборов.

 

 

Краски

и эмали используют в качестве

антистатиче­

ских покрытий, в производстве эластичных датчиков и

мембран,

фотопреобразователей.

 

 

В любом случае токопроводящую композицию

можно

рассматривать как композицию, о б л а д а ю щ у ю

изотроп­

ными или

анизотропными свойствами. Р о л ь

связующе ­

г о — адгезива в них выполняют термореактивные

(эпо­

ксидные, полиэфирные и др . ), а иногда и термопластич­

ные

смолы, а наполнителями с л у ж а т ацетиленовая с а ж а

или

тонкодисперсные порошки металлов (серебра, золо­

та,

меди, алюминия и д р . ) .

Исследования закономерностей изменения электро­ проводности композиционных материалов [33, 35] пока­ зывают, что в зависимости от состава композиции, от характера наполнителя, степени его диспергирования, химической природы адгезива и технологических режи­ мов она может изменяться в широких пределах. Д л я получения максимальной электропроводности необходи-

68


f>vM'M\
20 30 п, %
Рис. 3.1. Изменение р» фенолоформальдегндпой смо­ лы в зависимости от содер­ жания сажи.

Мым условием является формирование цепочечных струк­ тур из частичек металла или сажи . На рис. 3.1 показано влияние содержания сажи на свойства электропроводя­ щей композиции. Видно, что удельное объемное сопро­ тивление композиции по мере увеличения количества са­ ж и значительно уменьшается. Скачкообразное уменьше­ ние pv при содержании сажи выше 30% можно объяснить качественным изменением структуры композиции, когда частички сажи, касаясь друг друга, образуют цепочечные структуры [33].

В композициях, наполнен­ ных металлическими порошка­ ми, образование цепочечных структур наблюдается только при концентрации наполнителя около 400—500 весовых частей на 100 в. ч. адгезива. Такие композиции характеризуются повышенными весом и стои­ мостью, меньшей прочностью и эластичностью. Экономически бол-ее выгодным оказывается использование анизотропных

проводящих композиций, в которых проводящие цепо­ чечные структуры формируются искусственно под воз­ действием внешнего электрического поля. Содержание

наполнителя при этом не превышает

10—20

в. ч. на

100 в. ч. адгезива. Полученные таким

образом

анизот­

ропные проводящие композиции о б л а д а ю т удельным со­

противлением

порядка

Ю - 4 Ом • м

вдоль цепочек и

зна ­

чительно

меньшим

сопротивлением

поперек

цепочек.

Д л я

того

чтобы

обеспечить сохранение

цепочечных

структур в процессе производства и стабильность

элек­

трических параметров-

электропроводящих

композиций

в процессе эксплуатации, режимы технологического про­ цесса отрабатываются таким образом, чтобы не наруша ­ лась цепочечная структура и чтобы степень отверждения адгезива была максимальной . Контроль полноты отверж­ дения может осуществляться путем измерения электри­ ческого сопротивления через равные промежутки време­

ни. Н а

основании полученных данных строят графиче­

скую

зависимость

электрического

сопротивления от

времени отверждения

при постоянной

температуре. Пол-

69