Файл: Доценко Н.С. Долговечность элементов радиоэлектронной аппаратуры (влияние влаги).pdf

х — средний срок службы элемента, который согласно (1), (2), (12) будет иметь вид:

о

где I (х/у) — плотность распределения величины срока службы Тф , определяемого математическим ожиданием выходного па­ раметра элемента и о3 (т*) — дисперсия срока службы элемента:

оэ

Для отдельных элементов сроки службы значительны. Поэ­ тому пользоваться ими при планировании н организации тех­ нического обслуживания систем на отдельных этапах их эксплуа­ тации иногда нецелесообразно или неудобно. В этих случаях используются временные составляющие срока службы.

Оценка временных составляющих срока службы

В качестве временных составляющих срока службы элемента обычно используется индивидуальный техни­ ческий ресурс £*н элемента — интервал времени его

работы, заключенный между моментом начала эксплуа­ тации и моментом, когда при определенной величине о. в. параметры электроэлемента (функционального узла) станут недопустимо низкими, т. е. потребуется ремонт элемента, если он возможен по конструктивным или технологическим соображениям. Считается, что за­ дачей герметизации элемента является обеспечение в те­ чение этого интервала времени нормальных условий эксплуатации функционального узла (например, узла преобразования энергии — активного элемента) при

о.в., не превышающей допустимую, т. е. критическую. Необходимость ремонта элемента или замена его

функционального узла может быть обусловлена главным образом следующими причинами появления отказов

лочки, которая нередко служит и механической защитой, вследствие длительного воздействия статических и ди­ намических нагрузок, при варьировании температуры (появление трещин, сквозных каналов и отверстий в кон­ струкциях, через которые просачивается вода в элементы, вызывая внезапные отказы);

28

б) необратимыми изменениями вследствие старения материалов функциональных узлов в ненапряженном и напряженном состоянии при эксплуатации и хране­ нии (термоокислительная деструкция полимеров, ре­ лаксационные процессы, развитие микротрещин, диффу­ зионные процессы в материалах, процессы поверхност­ ной диффузии материалов, образование и перемещение элементарных дефектов кристаллической решетки, ад­ сорбция и т. д.), при которых параметры элементов по­ степенно или скачкообразно выходят за пределы, обеспе­

сокополимерном материале во время эксплуатации, вследствие увеличения межмицеллярных и межмолеку­ лярных размеров микропор защитного покрытия и др.

Необходимо отметить, что каждый элемент обладает определенным индивидуальным техническим ресурсом. Опыт эксплуатации элементов показывает, что величина ^*ш является случайной и как случайная величина пол­

ностью определяется законом ее распределения (рис. 3). Следует отличать индивидуальный технический ресурс от среднего времени безотказной работы. Например,

кона распределения в повседневной инженерной прак­ тике большей частью неудобно и нецелесообразно.

29

или дисперсией технического ресурса элемента

В некоторых случаях наиболее рационально пользо­ ваться установленным техническим ресурсом ty эле­ мента (рис. 3), который определяется в соответствии с влажностными характеристиками по следующей фор­ муле:

После выработки элементом установленного техни­ ческого ресурса, т. е. после достижения внутри элемента критической о. в., при которой параметры элемента (узла) станут недопустимо низкими, элемент (узел) дол­ жен быть отправлен в ремонт или заменен другим. Воз­ можны случаи с вероятностью р (t* ty), когда у не­

которых из этих элементов техническое состояние будет таким, что их индивидуальные технические ресурсы і*и

будут много больше установленного технического ре­ сурса ty. Тогда эксплуатация элементов продолжается до тех пор, пока будет уверенность, что эти элементы надежно проработают в течение всего интервала времени, на величину которого продлен их ресурс. Соответственно величина р (t*m ^ t y) = p(x >> t) = p(t) = 1 — F(t) —

есть вероятность безотказной работы в течение времени ty, т. е. вероятность того, что за интервал времени /у, на величину которого продлен ресурс, параметр эле­ мента не выйдет за пределы установленного эксплуата­ ционного допуска Нэ и характеризуется кривыми р (t) (рис. 4), которые показывают относительное количество исправленных элементов, сохранивших выходные па­ раметры в заданных пределах при действии повышен­ ной о. в. за интервал времени ty. В этом случае имеет практическое значение гарантированный технический

30

ресурс tr, представляющий собой время (или другую характеристику продолжительности работы), в течение которого с гарантированной вероятностью у, т. е. для процента элементов не меньше 100 у, обеспечивается их нормальная работоспособность. Таким образом, ве­ роятность безотказной работы в течение ^гѵ будет [24]

Р (^г ѵ)-5^Т-

Значение гарантированного ресурса try, отвечающего

Рис. 4. Кривые р (t) вероятностей времени безотказной работы элемента

1 — индивидуальны й техни чески й р есур с равен устано влен н ом у; 2 — ин ­

В свою очередь р (t) есть вероятность непроникновения влаги через герметизирующую полимерную обо­ лочку, т. е. вероятность того, что в течение времени іу о. в. внутри элемента не будет превышать критического значения для данного элемента. Для элементов с обо­ лочкой из органического диэлектрика, функционирую­ щих ограниченное время ty (однократно или много­ кратно), повышенная о. в., связанная с проникновением влаги через бездефектную часть оболочки за счет активи­ рованной диффузии, может быть представлена в виде случайной величины Z (t). При этом обычно принимают, что распределение данной величины известно для всего

31

рой известно для фиксированного момента времени. Тогда вероятность неповреждения в ограниченном ин­

а при критической о. в. при заданных условиях эксплуа­ тации в виде

Следует отметить, что влагопроницаемость является одной из наиболее важных характеристик защитного герметизирующего покрытия, так как органические вы­ сокомолекулярные материалы обычно представляют со­ бой изоляционные покрытия с несплошной структурой. Иногда для определения влагостойкости покрытий ис­ пользуют данные по его влагопоглощению. Однако влагопоглощение менее полно характеризует свойства по­ крытия, чем влагопроницаемость и растворимость па­ ров воды и газов в материале с последующей диффузией их через полимер, так как даже при сравнительно боль­ шом влагопоглощении, вызванном наличием большого количества замкнутых пор, герметизирующее покрытие может определенное время выполнять свои функции, в то время как наличие небольшого числа сквозных тре­ щин и пор, обусловливающих незначительное влагопоглощение, приводит к нарушению защитных функций оболочек. Очевидно, что в обоих случаях влагопрони­ цаемость точнее отражала бы защитную способность герметизирующей оболочки.

Закономерности данных явлений подробно рассмо­ трены в гл. 2, а в гл. 3 в табл. 20 и 21 приведены значе­ ния коэффициентов влагопроницаемости, растворимости и диффузии некоторых материалов, полученные раз­ личными методами.

Благодаря связи между влажностными характери­ стиками и природой материала можно оценить не только влагозащитные свойства материала, но и изменение его электрических характеристик под действием влаги. Здесь ясно проступает связь физики диэлектриков с мо­

32