Неметаллические конструкционные материалы

Неметаллические материалы представляют собой большую группу материалов и широко используются в конструкциях РЭА. В первую очередь к ним относятся пластмассы. Из пластмасс изготавливают детали несущих конструкций, детали, выполняющие функции несущих конструкций и изоляторов, а также детали, работающие только как изоляторы. К первой группе относят футляры, крышки, каркасы, ручки управления, держатели, планки и т.д. От таких деталей требуются главным образом высокие механические и технологические свойства. Ко второй группе относятся детали, от которых наряду с высокими механическими свойствами требуются и высокие диэлектрические свойства. Из них изготавливают каркасы трансформаторов, изоляционные основания, в частности печатные платы, деталей переключателей и электрических разъемов. К третьей группе относятся детали, которым необходимы высокие диэлектрические свойства, например, детали антенных и передающих устройств.

Конструкционные пластмассы без наполнителей - это полиэтилен, поливинилхлорид, полиамиды, полиуретаны, капрон, винипласт, фторопласт. Полиуретаны используют как герметизирующие материалы, а также для деталей, длительно работающих при высоких температурах или в условиях влажного климата. Для облегчения массы многих измерительных приборов используют корпуса из винипласта или полиуретана. Фторопласт используется как диэлектрическое основание для печатных плат устройств, работающих в высокочастотном и СВЧ –диапазонах.

Применение композиционных пластмасс (пластмасс с наполнителем) в радиоэлектронике в качестве конструкционных материалов очень широко: из них изготавливают корпуса приборов, панели, щитки, штепсельные разъемы. Композиционные пластмассы состоят из связующего вещества (искусственные смолы) и наполнителя (каолин, тальк, асбестовое или стеклянное волокно). Наполнитель улучшает механические характеристики изделия, а в ряде случаев и электрические характеристики диэлектрика. В качестве связующего вещества используют фенол-формальдегидные, анилино-формальдегидные, карбамидо-формальдегидные, кремнийорганические и другие смолы.

Ряд диэлектрических материалов выполняют конструкционные функции, являясь основой монтажных плат РЭА.

Печатные платы являются типовыми несущими конструкциями современной электронной аппаратуры. Печатная плата представляет собой слоистую структуру, в состав которой входит диэлектрическое основание и печатные проводники (медная фольга). Основания печатных плат изготавливают из слоистых пластиков – композиций, состоящих из волокнистого листового наполнителя – бумаги, ткани, стеклоткани, пропитанных и склеенных между собой различными полимерными связующими. В настоящее время наиболее широко используется стеклотекстолит, в качестве наполнителя в нем используется стеклоткань. Этот материал обладает наиболее высокой механической прочностью, теплостойкостью, минимальным водопоглощением, имеет лучшую стабильность размеров, износоустойчивостью, а электрические свойства остаются высокими даже во влажной среде. Также к слоистым пластикам относятся гетинакс (наполнитель – прессованная бумага) и текстолит (наполнитель – ткань).

К неметаллическим конструкционным материалам также относятся стекла, ситаллы и керамика. Установочную керамику применяют для изготовления разного рода изоляторов и конструкционных деталей: опорных, проходных, подвесных, антенных изоляторов радиоустройств, подложек интегральных микросхем, ламповых панелей, оснований электрических печей, корпусов резисторов.

Установочные ситаллы широко используются в качестве подложек гибридных интегральных схем и дискретных пассивных элементов, например для резистивных сборок.

1. Чем определяются свойства любого материала? Какое значение имеют состав и строение материала?

2. Какие кристаллы относятся к кристаллам с ковалентным типом химической связи?

3. Какой тип кристаллической решетки имеет кремний?

4. Что представляет собой аморфный материал? Что понимают под ближним порядком?

5. Какие особенности строения характерны для поликристаллических материалов?

6. Перечислите основные типы точечных дефектов кристалла, какое они оказывают влияние на свойства материалов?

7. Назовите основные электрические свойства материалов. Дайте определения понятиям «концентрация носителей заряда», «подвижность носителей заряда».

8. На какие три класса делятся все материалы электронной технике по электрическим свойствам? Что лежит в основе такой классификации?

9. Какие процессы происходят в материале при увеличении механических напряжений?

10. Поясните такие механические свойства материалов как твердость и хрупкость.

11. Зависит ли электропроводность металлов от концентрации электронов?

12. От каких факторов зависит подвижность носителей заряда?

13. Что показывает температурный коэффициент линейного расширения?

14. Какие виды конструкционных материалов вам известны?

15. Каковы основные области применения пластмасс с наполнителями?

Более подробная информация по данному разделу содержится в [2], [3], [4].

2. Электрофизические процессы в диэлектриках.

При работе с теоретическим материалом следует ответить на вопросы, приведенные в конце данного раздела.

После проработки теоретического материала раздела 2 следует решить задачу № 2 контрольной работы, затем выполнить лабораторные работы по указанию преподавателя и тренировочный тест.

Изучение раздела заканчивается контрольным мероприятием: необходимо ответить на вопросы контрольного теста № 2. Максимальное количество баллов, которые Вы можете получить по данному разделу, без учета выполнения лабораторных работ, составляет 15: 10 баллов за тестирование и 5 баллов за решение задачи.

Большинство химических соединений — ионных и молекулярных кристаллов — имеет высокое удельное электрическое сопротивление— более 10⁷ Ом-м и является диэлектриками. Это материалы с шириной запрещенной зоны E_g>3 эВ и, поскольку

, концентрация свободных электронов в них ниже

Изоляционные функции диэлектрики выполняют потому, что они препятствуют протеканию тока в цепи. Однако этим их роль не исчерпывается, так как при малой толщине в направлении переменного тока диэлектрики не разрывают электрическую цепь — переменный ток течет через них необычным способом. Это происходит вследствие явлений поляризации, физического процесса, характерного только для класса диэлектрических материалов.

Поляризация — это процесс смещения связанных зарядов на ограниченное расстояние под действием внешнего электрического поля.

Если диэлектрик находится между электродами конденсатора, то смещение вызывает дополнительный переход электронов с положительной пластины на отрицательную при том же напряжении. В результате заряд конденсатора увеличивается в e раз. Величина e называется диэлектрической проницаемостью и отражает увеличение емкости конденсатора при замене в нем вакуума диэлектриком. Таким образом, емкость конденсатора с диэлектрическим материалом зависит от его способности поляризоваться:

где e₀ =8,854 10^-12 Ф/м — электрическая постоянная, S — площадь пластин, d— расстояние между ними.

Как видно из рис. 2.1, в диэлектрике создается внутреннее электрическое поле, направленное противоположно внешнему и ослабляющее его. Поле внутри диэлектрика имеет конечное, не равное нулю, значение.

Способность различных материалов поляризоваться в электрическом поле характеризуется относительной диэлектрической проницаемостью

где С₀– емкость конденсатора, между обкладками которого вакуум.

Рис. 2.1. Поляризация диэлектриков в электростатическом поле:

а - конденсатор, пространство между электродами которого вакуумировано;

Теперь данное выше определение диэлектриков как веществ, обладающих высоким удельным сопротивлением, можно дополнить: 1) диэлектрик — среда (не только твердая, но и жидкая, и газообразная), в которой может длительно существовать электрическое поле; 2) диэлектрик — среда, проницаемая для электрического поля и способная поляризоваться.

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: