Влажностные свойства диэлектрических материалов (лабораторная работа)

РЫБИНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АВИАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

КАФЕДРА РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ

ВЛАЖНОСТНЫЕ СВОЙСТВА

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Методические указания к лабораторной работе № 5

по дисциплине «Материаловедение и материалы РЭС»

Составил доцент Тусов А. С.

Рыбинск, 2010

ВВЕДЕНИЕ

Диэлектрики представляют собой один из основных классов материалов, используемых в электротехнической и радиоэлектронной аппаратуре. Функциональные и эксплуатационные свойства диэлектриков зависят от окружающей среды, в частности, от влажности окружающего воздуха. Поэтому для правильного выбора диэлектрических материалов, применяемых в аппаратуре, работающей в разнообразных условиях, нужно знать их влажностные свойства.

Цель настоящей работы состоит в исследовании влияния увлажнения диэлектриков разных видов на их основные параметры: диэлектрическую проницаемость и тангенс угла потерь.

1.  КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Все диэлектрические материалы в той или иной степени гигроскопичны, то есть, обладают способностью поглощать влагу из окружающего воздуха, и влагопроницаемы, то есть, способны пропускать сквозь себя водяной пар. И то, и другое свойства для радиоэлектронной аппаратуры являются вредными. Вследствие гигроскопичности механические и электрические характеристики материалов ухудшаются: снижаются механическая и электрическая прочность, растут электропроводность, диэлектрическая проницаемость и тангенс угла потерь.  Влагопроницаемые материалы характеризуются тем, что вода в виде пара может проникать через изготовленные из них покрытия или стенки ограждающих конструкций во внутренние полости аппаратуры и влиять на свойства элементов, расположенных в этих полостях: увлажнять диэлектрики, создавать на поверхностях проводящие слои, вызывать коррозию металлов и т. п. При увлажнении усугубляется вредное влияние на аппаратуру пыли и биологических факторов.

Выраженность явлений гигроскопичности и влагопроницаемости определяется как содержанием влаги в окружающем воздухе, так и строением и химической природой диэлектрического материала.

Абсолютная влажность воздуха оценивается массой воды в виде пара, содержащейся в единице объема (1 м³) воздуха. Существует наибольшее количество воды, способное находиться в 1 м³ воздуха в виде пара при данной температуре, называемое максимальной влажностью. Отношение абсолютной влажности к максимальной при той же температуре называется относительной влажностью. Относительная влажность измеряется в %%, абсолютная и максимальная – в кг/ м³ или в г/ м³.

Абсолютная влажность воздуха сильно зависит от температуры воздуха (см. рис. 1). Как следует из графика, максимальная влажность воздуха по мере повышения температуры растет от 2 г/м³ при -10⁰С до 50г/м³ при +40⁰С. Нормальным атмосферным условиям соответствуют давление 750 мм рт. ст., температура 25+/-10⁰С и относительная влажность 45 – 80 %, но не более 70% при температуре свыше 30⁰С. Следовательно, при нормальных условиях в одном кубическом метре воздуха содержится от 6,5 до 28 г водяного пара. В наиболее тяжелых по влажности природных условиях (во влажном тропическом климате) относительная влажность воздуха может достигать 100% при температуре 35⁰С, что соответствует абсолютной влажности 40 г/м³, причем, такое состояние атмосферы может сохраняться в течение нескольких месяцев периода муссонных дождей.

Рисунок 1

Проникновению влаги в диэлектрические материалы и ее вредному воздействию способствуют особенности воды: малые размеры молекулы Н₂О, невысокий коэффициент поверхностного натяжения в жидком состоянии, способность растворять многие химические вещества с образованием электролитов, высокая относительная диэлектрическая проницаемость (примерно 80 на средних частотах).