Диссертация (Метод повышения устойчивости печатных узлов БРЭА космических аппаратов к возникновению ЭСР), страница 13

Полученный образец дляисследованийэлектрофизическиххарактеристикпредставлялсобойплоский конденсатор с охранным кольцом из алюминия согласнотребованиям к измерительным электродам из ГОСТ 6433-71[79] 60 мм,толщина образца 1,5-2 мм. Все экспериментальные работы и измеренияпроводились на частоте 1 МГц при температуре окружающей среды плюс25 С.Такаяконфигурацияобразцов(нарисунке3.1)позволилапоследовательно проводить измерения как удельного сопротивленияобразца на постоянном токе, так и измерения его диэлектрическойпроницаемости на частоте 1 МГц при помощи измерителя иммитанса Е7-20.Полученные зависимости приведены на рисунках 3.3 – 3.6.

Измеренияудельного объемного сопротивления образца проводилось косвеннымметодом путем измерения тока через образец при помощи электрометра ВК2-16 с учетом геометрической формы электродов.Полученныезависимостипоказали,чтоприиспользованиитехнического углерода необходимый процент составляет 8-9 % от массовойдоли для получения образцов с удельным электрическим сопротивлением109 Ом·м3.5.1 Образец для проведения измеренийОбразецдляпроведенияизмеренийпредставляетсобойизмерительный электрод, состоящий из двух пластины между которымипомещаетсяизмеряемыймодельныйнанопроводящийдиэлектриксзаданным значением удельного электрического сопротивления и охранногокольца и показан на рисунке 3.178Рисунок 3.1 образец для измерений, помещенный между измерительныхэлектродов3.5.2 Измерения тангенса угла наклона и емкости образцаИзмерения тангенса угла наклона диэлектрических потерь и емкостиобразца проводились прибором измеритель иммитанса Е7-20, показанномна рисунке 3.2.

Измерения проводились по трехэлектродной системе [80], внормальных условиях при комнатной температуре плюс 25 С. Полученныерезультаты измерений приведены в таблице 3.4Рисунок 3.2 Измеритель иммитанса Е7-2079Таблица 3.4. Результаты измерения емкости и тангенса угла наклонадиэлектрических потерь для образцов с различным содержаниемпроводящего компонента0 процентов2 процента3 процента4 процентаЧистый парафинЧастота, С, пФ tg DС,tg DС,tg DС,tg DкГцпФпФпФ135,70,00249,5 0,0045 50,8 0,011258,3 0,007235,70,002149,4 0,0015 50,6 0,005458,1 0,0034535,60,00249,3 0,0042 50,3 0,0101580,00811035,60,001549,35 0,0038 50,2 0,0157,9 0,00722035,60,002249,2 0,00549,9 0,012157,7 0,00815035,60,0013490,0043 49,5 0,013657,5 0,008610035,60,0021490,0051 49,3 0,017157,4 0,010220035,65E-448,7 0,0041 48,9 0,018757,1 0,009950035,65E-448,9 0,0045 48,5 0,021857,1 0,01181000370,002850,8 0,0085 50,1 0,028859,2 0,0175Частота,кГц1251020501002005005 процентов6 процентов7 процентов8 процентовС, пФtg D91,393,295,994,693,491898885,20,020,0230,0250,0280,0330,0370,0410,0460,054С,пФ123,6122119,5117115111108105100С,пФ242234222213203188178167151С,пФ233225213203194180172162148Частота, кГц12510205010020050010009 процентовС, пФtg D6630,24846050,235370,2254880,23274400,24773760,2753290,2962850,31252340,32492050,3452tg D0,03430,03680,04380,04710,05260,06080,06810,07560,084510 процентовС , пФ tg D12330,24710880,29718840,32347660,31236770,2985790,29245100,30384430,32493590,35332980,3712tg D0,07850,08140,09110,09910,11030,12630,13870,15020,1625tg D0,07890,08480,09390,10050,10810,11930,12680,13440,146280Данные из таблицы 3.4 сведены в графики на рисунках 3.3-3.6На рисунке 3.3 представлен результаты измерений тангенса угладиэлектрических потерь в зависимости от добавленного процента сажи вобразце, а на рисунке 3.4 увеличенные фрагмент зависимостей для малогопроцента проводящей добавкиРисунок 3.3 Зависимость тангенса потерь от частоты измерений при разнойпроцентной доле добавки в диэлектрикРисунок 3.4 Зависимость тангенса диэлектрических потерь от частоты измеренийпри малой процентной доле добавки в диэлектрикНа рисунках 3.5 и 3.6 представлены результаты измерений емкостиполученного образца в зависимости от измерительной частоты.81Рисунок 3.5 Зависимость емкости полученного образца от измерительной частотыРисунок 3.6 Зависимость емкости полученного образца от измерительной частотыдля малой доли добавки сажиОтносительная диэлектрическая проницаемость среды посчитана двумяразными способами для частоты измерителя 1 МГц:1) 1 C заполненныйСвоздух(3.1)82Этот метод не учитывает того, что трудно повторить одинаковуютолщину образца в условиях его быстрого застывания.2)  2  C заполненный  d  С заполненный  d120  S27,36  8,85 10(3.2)Полученные данные сведены в таблицу 3.5 и представлены на рисунке3.7Таблица 3.5 Расчет относительной диэлектрической проницаемостиобразца по формулам (3.1) и (3.2)Процент02345678910CCdd,C воздух,1  заполненный 2  заполненныйСвоздух0  SC заполнен, пФммпФ1,62037 1,852,444911,52050,8 2,543,1469921550,1 3,344,138171,52059,2 2,963,667361,42086,1 4,3054,978191,52099,8 4,996,182481,520142 7,18,796711,620141 7,059,317081,620205 10,2513,546111,817298 17,5294122,15284Измерения емкости образца проведены причастоте 1 МГцРисунок 3.7 Зависимость диэлектрической проницаемости от процента добавленнойсажи в образец83По результатам измерений показаны зависимости потерь в диэлектрикеи характер поведения емкости и диэлектрической проницаемости отколичества добавки сажи в модельный диэлектрик.

Следующим видомизмерений являлось определение проводимости полученных образцов.3.5.3 Измерение проводимости образцаРисунок 3.8 Вольтметр электрометрический ВК 2-16Измерения проводимости образца проводилось косвенным методомпутем измерения падения напряжение на известном сопротивлении припомощи прибора ВК2-16 (на рис. 3.8) с последующим пересчетомсопротивления образцаСхема измерений показана на рисунке 3.9:Рисунок 3.9 Схема измерений косвенным методом84Удельное электрическое сопротивление определялось по формуле (3.4),для вычисления по которой выяснялось сопротивление R x из соотношения(3.3):Rx Rвход.  (U бат.

 U )URx  Sd(3.3)(3.4)Результаты расчетов сведены в таблице 3.6 и приведены на рисунке3.10Таблица 3.6 Результаты расчета удельного электрического сопротивления попроизведенным измерениямПроцент массовой доли23456789РассчитанноесопротивлениеRx, ×1010 Ом1903116712221078814372,40,004Удельное электрическоесопротивлениеρ, Ом·м1,04344E138,53545E126,70429E125,51941E124,46619E122,075E111,41667E102,53333E7Рисунок 3.10 Зависимость удельного электрического сопротивления от процента массовойдоли технического углерода, добавленного в парафин85Одной из проблем при измерениях такого характера, являетсязависимостьэлектрофизическихсвойствоттемпературы,серьезнаязависимость от данного параметра была эмпирически выведена в работе [81]В случае же использования диэлектриков, описываемых в настоящемдиссертационном исследовании следует учитывать, что приборы бортовойэлектроники, устанавливаемые на космический аппарат имеют жесткиетребования по температурным режимам, нарушение которых недопустимо, аследовательно,ииспользованиеслабопроводящегодиэлектрикасполученной нанопроводимостью не должно критически сказаться на ихфункционировании.В данной главе изложены результаты измерений электрофизическихсвойств модельного диэлектрика, обладающего нанопроводимостью, наоснове сочетания парафин-сажа.

Получен результат значения необходимойконцентрации проводящей добавки в 7-9 процентов от объёма модельногодиэлектрика, результаты обсуждались в [82-84] Следующая глава посвященавлияниютакогонанопроводящегомодельногодиэлектриканарадиоэлектронную технику в условиях исследовательской лаборатории.Глава4Методикаисследованияполученногомодельногодиэлектрика на электризуемостьВ этой главе рассмотрена задача выяснения степени электризуемостиполученногомодельногодиэлектрикасзаданнымзначениемнанопроводимости. Для этого он исследовался по методике выяснения егоэлектризуемости и помещался в испытательную установку. В установкеобразец подвергался облучению потоком моноэнергетических электронов,имитирующих воздействие потоков электронов и плазмы комическогопространства. Влияние облучения на образцы исследовалось как визуальным86способом – наблюдению наличия возникающих разрядов на поверхностиобразца, так и с помощью измерительных приборов входящих в состависследовательской установки.

Получено, что в образцах с содержаниедобавки более 7 процентов в течение длительного облучения разрядов невозникает.4.1 Образцы для проведения исследованийОбразцыцилиндрическиедляпроведенияэлектроды(наисследованийрис.4.1),представлялизаполненныесобоймодельнымдиэлектриком с содержанием от 6 до 9 процентов добавленной проводящейчасти в парафин и образца чистого парафина, без добавки.Рисунок 4.1 Образцы для проведения исследованийОбразцы исследуемого диэлектрика толщиной 2 мм помещались нацилиндрическую алюминиевую подложку толщиной 1 см. Данные образцыпомещались в специальную измерительную ячейку, которая является частьюисследовательской установки по воздействию потоками моноэнергетическихэлектронов, о которой пойдет речь ниже.874.2 Установка для исследованийВ качестве источников радиации в таких исследованиях с успехомприменяются источники низкоэнергетических электронов.

Установки дляизученияэлектризуемостиполимеровтесносвязанысизучениерадиационной электропроводности [64,85] и основаны на базе источниковнизкоэнергетических (25 кэВ…100 кэВ) электронов обладают целым рядомпреимуществ перед установками на базе традиционных источниковрадиации: гамма-источников Со60, ускорителей электронов до высокихэнергий,гамма-нейтронныхреакторовит.п.Установкинанизкоэнергетических электронах безопасны в радиационном отношении, нетребуютбольшихиспециальнооборудованныхпомещений,менееэнергоемки, не нуждаются в многочисленном обслуживающем персонале ипри этом обладают целым рядом уникальных технических характеристик,которые,какправило,невозможнореализоватьнаустановках,использующих традиционные источники радиации.К таким характеристикам относятся: возможность изменения мощности поглощенной дозы в широкихпределах;прямоугольныйимпульсизлученияслегкоизменяемойдлительностью при работе в импульсном режиме и малое время нарастанияпри ступенчатом воздействии радиации; незначительный уровень электромагнитных помех;высокая точность определения мощности поглощенной дозыизлучения; отсутствие требований к соблюдению условий электронногоравновесия при исследованиях и расчете мощности поглощенной дозы.Именно эти обстоятельства, а также большой опыт использованияэлектронно-лучевых установок в МИЭМ для решения разноплановыхисследовательских и технологических задач в рамках научного направления,возглавляемого проф.

Арменским Е.В., позволил создать установку на88низкоэнергетических электронах для экспериментального определенияфизических параметров подвергаемых исследованиям материалов. Следуетотметить,чтоматериалывнешнейповерхностиКАподвергаютсявоздействию в основном низкоэнергетических электронов. Поэтому длякосмическогоматериаловеденияиспользованиеустановокнанизкоэнергетических электронах  это хорошее приближение к натурнымусловиям эксплуатации[85,86].4.3 Исследовательская ячейка для испытаний в установке наэлектризуемостьКак уже было сказано, основным блоком регистрации данных сисследуемого образца в установке является исследовательская ячейка.Сисследовательской ячейки данные поступают непосредственно на АЦП дляпередачи в ЭВМ.