通信设备的三防设计
李宏坚、沙东兵
(陕西烽火电子股份有限公司)
摘要:在绝大部分军用通信设备的整机设计中,“三防”设计都是非常重要的,本文分析了“三防”问题的产生的机理,并从
材料
关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料
、结构和工艺方面论述的“三防”设计的要点。
关键字:三防、潮湿、盐雾、霉菌
在军用通信设备可靠性设计中,“三防”设计是指防潮湿、防盐雾、防霉菌设计。我国幅员辽阔,军用通信设备使用环境极其复杂,尤其是在沿海地带的户外使用的军用通信设备,必须具备完善的“三防”设计才能保证其正常工作。一、“三防”设计的必要性
军用通信设备工作环境中的潮湿、盐雾和霉菌会降低材料的绝缘强度,引起漏电、短路,从而导致电子故障和事故。因此,必须采取防止或减少环境条件对军用通信设备可靠性的不利影响,以保证军用通信设备工作中的各项性能,增加产品在恶劣环境中运行的可靠性。
二、“三防”问题产生的机理
1、潮湿
当空气相对湿度大于80%时,军用通信设备中的有机和无机材料构件由于受潮将增加重量、膨胀、变形,金属结构件腐蚀也会加速。如果绝缘材料选用及工艺处理不当,则绝缘电阻会迅速下降,以致绝缘被击穿
2、盐雾
O粒子。它的形成主要是因为风引起盐雾指悬浮在大气中的气溶液状的Na
2
海面扰动和涨、落潮时,海水相互间的冲击和海浪拍击海岸,致使很多海浪粒子拖入空中,水分发蒸后,留下一些极小的盐粒,在大气团的平流和紊流交换作用下,这些盐粒在空气中散开来,并随风流动形成沿海地区盐雾。盐雾与潮湿空气结合时,其中所含的直径很小的氯离子对金属保护膜有穿透作用。盐和水结合能使材料导电,故可使绝缘电阻降低,引起金属电蚀、化学腐蚀加速,使金属件与电镀件受到破坏。
3、霉菌
霉菌在一定温度、湿度的环境条件,繁殖生长迅速,其分泌物形成的斑点影响产品外观。这些分泌物所含的弱酸会使电工仪表的金属细线腐蚀断裂,损坏电路功能。尤其在光学检测相关的仪器上长霉,会使玻璃的反射和透光性能明显下降,破坏光学性能。
霉菌在新陈代谢中能分泌出大量的酵素和有机酸,对材料进行分解反应或老化.影响材料的机械性能和外观。特别是不抗霉菌的材料最容易被霉菌分解,并作为它的食物而直接被破坏,导致材料物理性能的明显恶化。在绝缘材料上生长的霉菌丝含有水分,水具有导电性,因而影响军用通信设备及材料的电气性能。有时菌丝层会越过绝缘材料形成电气回路,使绝缘材料的绝缘电阻明显降低.通电时容易造成短路,烧坏仪器。菌丝还可能改变有效电容.而使设备的谐振电路不协调。这可能给某些电气设备造成严重故障。菌丝还可能改变有效电容,而使设备的谐振电路不协调。这可能给某些电气产品造成严重故障。
军用通信设备内部的元器件材质一般分为金属与非金属。金属在水、盐雾、霉菌的环境中会加快氧化腐蚀;非金属在太阳光、氧、盐雾以及粉尘中也会加快腐蚀。因此,必须采取防止发生氧化反应的
措施
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,防止环境因素对电气产品因机
械性能的变化导致电性能发生变化并对其造成破坏。“三防”设计就是调查产品在贮存、运输和工作过程中可能遇到潮湿、盐雾、霉菌等环境影响因素,以便研究对策,采取有效措施,设计和制造耐环境的电气产品,提高产品的可靠性,这也是“三防”设计基本出发点。
二、“三防”设计的主要防护手段
1 材料防护
材料防护主要是指正确、合理地选取材料,并通过对材料(包括金属材料和非金属材料)辅以一定的工艺处理措施,以进一步提高材料的耐环境变化能力。根据军用通信设备的实际使用环境分类及三防等级要求,选择适当的材料来制造零部件。选取材料是三防设计的第一步,也是关键的一步,应尽量选用耐腐蚀性好的金属材料和不长霉菌、耐老化的非金属材料。
选用材料时,应了解材料的相容性问题,掌握材料的腐蚀机理、破坏肜式等,以保证结构设计时能避免某些危险性大的腐蚀形式,防止不同材料彼此相互作用、相互影响而引起腐蚀、老化等。
2 结构防护
结构防护与材料防护同样重要,在现实环境中,大多数的问题都能通过适当的结构设计来避免。设计中,对局部部件或整机采取密封或半密封措施,将设备(或部件)与外界环境相隔离。为了避免由于机械应力、热应力、积水或杂质等引起的腐蚀,在结构设计中还应采取以下措施:
(1)避免积水结构,产品的外型恰当地倾斜,尽量减少孔、槽等,在可能积水和留存湿气的空间开设排水和排气孔,并避免凹凸不平的表面等。
(2)湿度较大的气候环境下,尽量避免采用点焊、铆接、螺纹紧固等结构形式,优先选用板金结构或整体浇铸机箱的结构形式,以避免形成缝隙腐蚀,同时在能形成缝隙腐蚀处加以密封处理或加密封衬垫。
(3)同一种结构中,如使用了不同类型的金属,则应在其中一种金属上镀涂上允许与第二种金属相接触的金属镀层,或两种金属材料均镀上同一种金属镀层,或在两种金属之间涂绝缘保护层或放置衬垫,此时应兼顾设备的电磁兼容性要求。
(4)在有可能产生应力腐蚀裂开的情况下,应注意避免引起应力集中的结构形式,并采取适当的工艺措施消除内应力。
(5)最容易发生腐蚀和最大腐蚀部位加厚构件尺寸,通常称为“腐蚀裕度”。
3 工艺防护
除了从材料防护和结构防护两方面采取措施外.还应采取工艺防护措施,以进一步提高产品的三防能力,工艺防护通常采用的方法是表面化学覆盖层及金属和非金属覆盖层。
(1)化学覆盖层
用电化学或化学的方法使结构件表面生产某种化合物而形成覆盖层,以达到抗环境因素影响的目的,常用的方法有氧化、钝化、磷化、阳极氧化等。
(2)金属和非金属覆盖层
金属覆盖层主要是通过电镀、化学镀、热浸镀、热喷镀等方法获得,就是在耐环境能力差的结构件表面覆盖一层耐环境能力较强的金属涂层,以提高整个构件的三防能力。
非金属覆盖层有油漆涂覆层和塑料涂覆层,油漆涂覆层在非金属覆盖层中应用的最为普遍,它具有一定的流动性,能够在物体表面形成一层连续薄膜,因而
具有较好的防护作用。塑料涂覆层是采用环氧和聚乙烯等耐环境性能优良的树脂涂覆于被保护物表面。
军用通信设备一般而言工作环境恶劣,在定型时必须要通过国军标规定的各种“三防”试验,因此在产品的设计中必须从设计初始阶段关注“三防”设计。
参考文献:
1:电子设备三防技术手册[K],杨伟光著,兵器工业出版社,2005;
2:可靠性设计与分析,曾声奎著,国防工业出版社,2011。
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