Таълим вазирлиги фарғона политехника институти

Маъруза№7
Мавзу: Қаттиқ органик диэлектрик материаллар
Режа:
1.Радиоэлектроникада қўлланадиган қаттиқ органик диэлек­триклар
2.Полимерланган диэлектриклар


Таянч иборалар: суспеназион полистирол, зарбга чидамли полистирол, полиэтиленлар, юб полиэтилен, ўб полиэтилен, пб полиэтилен, вулканизацияланувчи полиэтилен, нурлантирилган полиэтилен

Радиоэлектроникада қўлланадиган қаттиқ органик диэлек­триклар бир ёки бир нечта бошланғич модда — мономерларнинг ўн ва юз минглаб молекулаларидан ташкил топган юқори полимер материаллардир.

Мономерлар кимёвий реакцияга осон киришиб, катта молекуляр массали янги юқори полимер материаллар (полимерлар) ни ҳосил қиладиган оддий кимёвий моддалардир.
Полимер молекулаларида мономер молекулалари шартли равишда чизиқчалар билан тасвирланувчи кимёвий боғланишлар кучлари орқали ўзаро мустаҳкам боғланган бўлади. Масалан, бошланғич мономер модда А нинг молекулалари бирлашиб, яъни юқори полимер модда молекулалари
-А—А—А—А—А—А—А
—А—А—А—
ни ҳосил қилади.
Полимерларнинг катта молекулалари юқорида тасвирланган каби ипга тизилгандек чизиқ шаклда, яъни чизиқли тузилишда бўлиши мумкин. Чизиқли молекулалардан ташкил топ­ган полимерлар чизиқли полимерлар деб аталади. Улар одатда иситилганда юмшаши мумкин, яъни термопластик материаллар хисобланади. Кўп полимерларнинг молекулаларини учала йуналиш бўйича ўстириш мумкин, яъни фазовий тузилишга эга. Фазовий ўстирилган молекулалардан ташкил топган полимерлар фазо­вий полимерлар деб аталади. Бу полимерлар нисбатан мўрт иситилганда юмшамайди, яъни термореактив материаллар хи­собланади. Каучуклар, полистирол, полиэтиленлар чизиқли полимерларга синтетик смолалар (бакелитлар, поликарбонатлар ва б.) фазовий полимерларга киради.
Катта полимер молекулаларининг тўла кимёвий формуласини ёзиш жуда қийин, шунинг учун уларнинг кимёвий формулалари қисқартирилган ҳолда ёзилади, масалан; -А-А-А-А-А-А-А-А-А-А-. . .= (—А—)_г. Қавс ичида полимер молекуласининг п марта такрорланувчи битта бўғини ёзилган. Бундаги п полимерлаш даражаси деб аталади. У полимер мо-лекуласи нечта мономер молекуласидан ташкил топганлигини (ўртача) кўрсатади. Полимер молекуласи қанча кўп мономер молекуласидан ташкил топган бўлса, унинг молекуляр массаси шунча юқори бўлади.
Полимерлар аморф ёки кристалл тузилишга эга бўлиши мумкин. Баъзи полимерлар кристалл модда билан бирга аморф моддани ҳам ўз ичига олади. Юқори полимерли материаллар табиий (табиий каучук қахрабо) ва синтетик (синтетик каучук полистирол, полиэти­лен) бўлиши мумкин. Табиий диэлектриклар замонавий радио­электроника талабларини қониктирмайди, шунинг учун хозирги вақтда асосан синтетик юқори полимер диэлектриклар ишлатилади. Уларни полимерлаш ёки поликонденсация реакциялари натижасида олиш мумкин. Олиниш усулига қараб синтетик диэлектриклар полимеризацией ва поликонденсацион диэлектрикларга бўлинади.
2. Полимерланган диэлектриклар.
Полимерланиш — бошланғич мономер молекулалари бирлашиб, янги юқори полимер материал ҳосил бўлиши жараёнидир. Полимерланиш реакциясининг ўзига хос хусусияти шуки, уни ўтказиш натижасида модданинг элементар таркиби ўзгармайди. Бу эса олинадиган полимернинг кимёвий софлигини, бинобарин, модданинг электр характеристикалари юқори даражада бўлишини тахминлайди. Шунинг учун полимерланган диэлектриклар радиоэлектроникада кенг қўлланади.
Мисол сифатида аморф диэлектрик — полистиролнинг олинишини кўриб чиқамиз. У бошланғич мономер модда — стирол Н₂С = СН—С₆Н₅ ни полимерлаш натижасида олинади. Стирол 145°С да қайнайдиган шаффоф рангсиз суюқликдир. Агар сти­рол босқичма-босқич, аввал 90—110°С, кейин 180—230°С гача киздирилса, у полимерланиш жараёнига дуч келади. Бу жараён стиролга бошқа модда қўшилмасдан (инициаторларсиз) ўтса, термик Полимерланиш деб аталади. Бунда стирол моле­кулалари орасидаги кўш кимёвий боғланиш (кўш чизиқча билан белгиланган) узилади ва унинг қўшни молекуласига ўтади. Полимерланиш жараёни натижасида стирол молекулалари бир-бири билан қўшилиб, катта юқори полимер материал полистирол молекуласини ҳосил килади. Полимерланиш жараёни ушбу кўринишда ёзилади:

Полистиролнинг полимерланиш даражаси п кенг чегарада ўзгариб туради. Демак полистирол турли катталикдаги йирик молекулалардан ташкил топган. Кенг қўлланадиган полистиролларнинг молекуляр массаси полимерланиш даражасига боғлиқ равишда 50000—200000 ни ташкил этади. Мономер — стиролнинг молекуляр массаси 104 га тенг. Полистиролнинг зичлиги ўртача 1050 кг/м³ га тенг. Полистирол молекулаларининг тузилиши чизшуш, бироз носимметриклиги сабабли у кучсиз қутбланган диэлектриклар қаторига киради. С₆Н₅ гуруҳининг қутблилиги шунчалик камки, Полистиролнинг диэлектрик сингдирувчанлиги ва ҳам кичик ва қўйилган кучланиш частотасига боғлиқ бўлмайди. Шу сабабли полистирол юқори частотали диэлектриклар қаторига киради ва радиоэлектроникада кенг қўлланади. Полистирол термопластик шаффоф диэлектрикдир.
Блокли полистирол шаффоф пластина, чивик ва листлар шаклида ишлаб чиқарилади. Бу буюмлар 120—140°С гача қиздирилган, қисман полимерланган стиролни металл қолипларга қуйиш йўли билан олинади ва уларда полимерланиш жа­раёни тугалланади. Совигандан сўнг колиплардан блокли (шаклли) полистирол чиқариб олинади. Блокли полистирол ўзининг кимёвий софлиги, бинобарин, 20°С да характеристикалари юқорит даражада бўлиши билан фарқ килади.
_10¹⁵ Омм; _s  10¹⁶Ом; _r= 2,4; = (24) • 10^-4
(1МГц частотада); Е_м=30ЗбМВ/м (қалинлиги 1 мм); совуққа чидамлилиги — (4050)°С.
Блокли полистиролдан изоляцияловчи плиталар, диэлектрикли антенналар, ЎЮЧ тўлқин ўтказгичларнинг, қисмлари ва бошқа радиодеталлар тайёрланади. Блокли полистролдан ясалган буюмларга ҳар хил механик ишлов бериш (эговлаш, йуниш, силлиқлаш) мумкин. Блокли полистиролнинг асосий технологик камчилиги шундаки, ундан радиодеталлар тайёрлашда албатта механик ишлов бериш керак Бу ишлар анча вақтни олади, шунингдек чиқинди кўп чиқади. Юмшатилган полистиролдан полистирол дона (гранула) ларини олиш мум­кин. Бу доналарни босим остида қуйиш усули билан буюмлар олинади. Бунинг учун полистирол доналарини зангламайдиган пўлат идишга солиб, электр билан иситилади. 120°С да суюқ полистирол пўлат йиғма қолипларга босим остига киритилади.
Суспеназион полистирол қиздириб пресслаш ёки босим остида қўйиш усули билан радиодеталлар олинадиган кукун ҳар хилдаги моддадир. Суспензион полистирол блокли полистиролга нисбатан технологияси қулай материалдир, бироқ у стиролни ишқорли моддаларнинг сувли эритмасида полимерлаш усули билан олиниши сабабли ишқорли модда билан бироз ифлосланган бўлади. Шунинг учун суспензион полистиролдан ланган буюмларнинг электр характеристикалари блокли поли тиролдан ишланган буюмларникига нисбатан ёмон.

Блокли ва суспензион полистроллардан ясалган деталларнинг механик ва физик-кимёвий характеристикалари _р=4045 МПа; _б = 6080 МПа; а=2028 кЖ/м²; иссиқбардошлик (Мартенс бўйича) 70-80°С; совуқбардошлик -40°С; нам ютувчанлик кўпи билан 0,01% (24 соат давомида).
Полистироллар нейтрал эритгичлар (бензол, толуол, кси­лол) да яхши эрийди, бироқ спирт, бензин ва ўсимлик ёғларида эримайди. Улардан ясалган буюмлар ишқор ва кислоталар таъсирида парчаланмайди. Бундай буюмлар иш температурасининг юқори чегараси 65—70°С. Полистирол материалда тартибсиз жойлашган чизиқли тузилишга эга молекулалардан ташкил топган, шунинг учун у нисбатан мўрт материал хисобланади. Юмшатилган полистиролни ингичка тирқиш (филғера) дан чўзиб чиқариб олинади, бу эса унинг кўп молекулалари чўзилиш йуналишида жойлашиб қолишига имкон беради. Қалинлиги 20100 мкм ва кенглиги 201ОО мм ли полистирол плёнкаси (стироплёнка) шу усул билан олинади. Полистирол плёнкалар блокли полистирол билан бир хил электр характеристикаларга эга. Стироплёнкаларнинг электр мустаҳкамлиги 100150 МВ/м; температуралар- нинг жоиз оралиғи –50⁰ дан + 70°С гача.
Стироплёнкалардан юқори частотали (f=500 кГц) кабелларда ва полистирол плёнкали конденсаторларда юмшоқ изоляцион материал сифатида фойдаланилади. Барча турдаги полистиролларнинг асосий камчилиги иссиқбардошлиги нисба­тан кичик (70—80°С) ва зарбга чидамлилиги унча юқори эмаслигидир.
Зарбга чидамли полистирол стирол билан синтетик каучук ёки стирол билан акрилнитрил ва каучукни қўшиб полимерлашдан олинган махсулотдир. У оқ оқ-сариқ ва бошқа ранглардаги ношаффоф (камдан-кам холларда ярим шаффоф) материалдир. Зарбга чидамли полистиролларнинг асосий хусусияти шундаки, иссиқбардошлик даражаси ва ишчи темпе­ратураларнинг юқори чегараси (6570°С) сақланган ҳолда зарбий қовушоқлик даражаси юқори (а=4050 кЖ/м²).
Зарбга чидамли полистиролларнинг электр характеристикалари блокли полистиролларникидан пастроқ бўлади. Бундай полистироллар асосан радиоаппаратларнинг зарбларга нисбатан механик мустаҳкамлиги орттирилган қисмларида ишлатилади. Совуқбардошлиги—60^СС га тенг.
Полиэтиленлар — юқори полимер диэлектрнклар бўлиб, газ ҳолатдаги модда — этилен Н₂С = СН₂ни ўртача ёки паст босимда полимерлаш усули билан олинади. Этиленни полимерлаш жараёнидаги босим қийматига боғлиқ равишда улар юқори босимли (ЮБ), паст босимли (ПБ) ва ўртача босимли (УБ) полиэтиленларга бўлинади. Ҳамма полиэтиленлар таркибида бир хил миқдорда кристалл ва аморф моддалар бўлади.
Полиэтиленлар юқори даражада кимёвий соф қутбсиз диэлектриклардир, бинобарин улар қўйилган кучланишга боғлиқ бўлмаган юқори даражадаги электр характеристикаларга эга. Шунинг учун турли Полиэтиленлар намликни кам, ютадиган ва кимёвий чидамлилиги юқори бўлган юқори час­тотали диэлектриклар ҳисобланади. Полиэтиленларнинг ҳамма турлари оқиш-кулранг тусда бўлиб, донадор ёки кукун холидаги термопластик моддалардир. Полиэтилендан ясалган буюмлар босим остида иссиқ ҳолда пресслаш, эритиб қуйиш ва экстрўзия усулида олинади. Экстрўзия усули юқори час­тотали кабелларни изоляциялашда, шунингдек изоляцияловчи найлар тайёрлашда қўлланади.
ЮБ полиэтилен — этиленни юқори босимда (200 МПа) суюлтириш усули билан олинади. Полимерлаш жараёни 180— 200°С температурада ўтади. Бундай полиэтилен таркибида 60% га яқин кристалл модда ва 40% аморф модда бўлиб, эриш температураси яхши (108°С). ЮБ полиэтилен жуда юмшоқ (эластик), бу эса уни юқори частотали симлар ва кабелларни изоляциялашда қўллашга имкон беради.
ЮБ полиэтилендан асосан юқори частотали симлар ва кабелларнинг эгилувчан изоляцияси, изоляцияловчи шланглар, найчалар, электр изоляцион плёнкалар тайёрланади.
ЎБ полиэтилен — эриткич (ксилол) да 5 МПа босим ва 130150°С температура шароитида олинади. Полиэтиленнинг бу тури 90% кристалл модда ва 10% аморф моддадан иборат. У ЮБ полиэтилендан зичлиги нисбатан катталиги (960 кг/м³), каттиклиги ва эриш температураси (130°С) билан фарқ килади.
ЎБ полиэтиленнинг механик ва электр характеристикалари ЮБ ва ПБ полиэтиленларники билан бир хил. Қўлланиш соҳаси блокли полистиролники билан бир хил (тўлкин ўтказгичларнинг қисмлари, диапазонлар улагичининг изоляцияловчи деталлари, изоляцияловчи платалар ва б.)
ПБ полиэтилен — кичик босимда (3 МПа) ва 60—80°С да махсус катализаторлар воситасида олинади. Полиэтиленнинг бу тури 80—85% кристалл модда ва 15—20% аморф моддадан иборат бўлиб, эгилувчан эмас. ПБ полиэтиленнинг эриш тем­ператураси 135°С. У шохсимон эластик материалдан (зичлиги 950 кг/м³) иборат, механик характеристикалари яхшиланган: _б=2540 МПа; _эг=2535 МПа. ПБ полиэтиленнинг иссиқбардошлиги, совуқбардошлиги ва электр характеристикалари ЮБ полиэтиленники билан бир хил, нам ютувчанлиги эса юқори (0,03%). ПБ полиэтиленнинг қўлланиш соҳаси полистирол­ники билан бир хил.
Барча турдаги полиэтиленларнинг афзаллиги шундаки, улар кимёвий жиҳатдан турғун, намга чидамли бўлиб, частоталарнинг кенг оралиғида барқарор юқори электр характеристикаларга эга. Полиэтиленларни ўзаро улаш осон ва уларга механик ишлов бериш қулай. 50°С гача температурада улар ҳеч қандай эритгичда эримайди.
Полиэтиленларнинг камчиликлари қаторига иссиқбардошлигининг юқори эмаслигини, ёруғлик нурлари таъсирида эскириб, электр, айниқса механик характеристикаларининг пасайиб кетишини келтириш мумкин. Юқори частотали кабелларнинг қуёш радиацияси таъсирида бўладиган танки қобиқлари сифатида ЮБ полиэтилендан фойдаланишда унга 0,3—0,5% газ қуруми қўшилади. Газ қуруми полиэтилен билан яхши бирикиб, унинг ёруғлик таъсирида эскириш жараёнини анча секинлаштиради.
Юқорида айтилган полиэтилен турларининг камчиликлари иссиқликка нисбатан пластиклиги, ёнувчанлиги ва иш температурасининг нисбатан пастлиги (70°С) дир. Бу камчиликларни бартараф этиш мақсадида полиэтиленнинг янги турлари-вулканизацияланувчи ва нурлантирилган полиэтиленлар яратилди.
Вулканизацияланувчи полиэтилен полиэтиленга органик пе-роксидлар қўшиб тайёрланади. Бунда мазкур пероксидлар иссиклик билан ишлов бериш натижасида полиэтилен молекулаларининг уланган структурасини ҳосил қилади. Полиэтилен молекулаларининг уланиши натижасида у термореактив полимерга айланиб, юмшамайдиган материал бўлиб колади. Вул­канизацияланувчи полиэтилен яхши эгилувчан бўлиб, ундан радио монтаж симларининг изоляцияси сифатида фойдаланиш мумкин.
Нурлантирилган полиэтилен полиэтиленга ионловчи нурланишлар таъсир эттириш натижасида ҳосил килинади. Нурланиш орқали берилган энергия полиэтилен молекулаларини кўндалангига улайди. Нурлантирилган полиэтилен тўрсимон тузилишга эга бўлса, термореактив, яъни қизитганда эримайдиган бўлиб қолади. Одатда изоляцияланган тайёр деталлар ва сим­лар нурлантирилади. Полиэтиленнинг бу икки турининг электр характеристикалари ЮБ, ЎБ ва ПБ полиэтиленларники билан бир хил.
Полиформалғдегид — термопластик материал, ундан босим остида қайноқ қуйиш ёки экстрўзия усули билан буюмлар ясалади, таркиби: 20% аморф модда, 80% кристалл модда; у по­лиэтилен каби аниқ суюқланиш температурасига (170°С) эга. Полиформалғдегид материалидан ясалган буюмларни турли рангларга бўяш мумкин.
Полиформалғдегиднинг ўзига хос хусусиятлари қуйидагилар: механик характеристикалари юқори, емирилишга чидам­ли, ишқаланиш коэффициенти жуда кичик ва ўлчамлари турғун сақланади, мана шу хусусиятлари ундан электр изоляция материали сифатидагина эмас, балки радиоаппаратураларда конструкция деталлари учун ҳам фойдаланиш имконини беради. Полиформалғдегидга ҳар кандай механик ишлов бериш мумкин. Ундан червякли ўзатмаларнинг деталлари ва шестернялар тайёрлаш мумкин, бунда у катта тезликларда шовқинсиз ишлайди, шунингдек радиоаппаратлардаги бураш дасталари тайёрланади.
Турғунлаштирилган полиформалғдегидларнинг ҳамма турлари иссиқликка анча чидамли ва унинг таъсирида тез эскирмайди; уларнинг термик деструкцияси (иссиқлик таъсирида ор­ганик диэлектрикнинг тешилиши) 260-270°С да бошланади. Бунда захарли модда ҳисобланувчи мономер (газ — формалғ­дегид) ажралади. Турғунлаштирилмаган полиформалғдегидда термик деструкция 110°С даёк бошланади.
Радиоэлектроникада иссиқбардошлиги 150°С (Вик методи бўйича), совуқбардошлиги—70°С бўлган турғунлаштирилган полиформалғдегидлар қўлланади. Узоқ муддат ишлаши мум­кин бўлган температуралар оралиғи -60 дан +120°С гача.
Турғунлаштирилган полиформалғдегидлар кимёвий чидам­лилиги юқорилиги билан бошқаларидан фарқ қилади. Масалан, улар 50°С дан паст температураларда ҳеч қайси эритгичда эримайди ва уларга эритилган кислоталар, ишқорлар, шунингдек сурков мойлари таъсир этмайди. Қараб чиқилган диэлектриклар (полистироллар, полиэтиленлар, полиформалғ­дегидлар) ёнувчи моддалардир. Поливинилхлорид молекулаларининг структураси қуйидагича:

Оппоқ рангли кукун шаклида олинадиган поливинилхлорид термопластик қутбли диэлектрик бўлиб, ундан иссиқ пресслаш, босим остида қуйиш ёки экструкция усулида буюм­лар тайёрланади. Бу буюмларни поливинилхлоридга мос бўёвчиларни киритиш билан турли рангларга бўяш мумкин. Аморф тузилишли бу материалнинг ўзига хос хусусиятлари қуйидагилар: кимёвий чидамлилиги юқори, ёнгин ва иқлимга чидамли. Поливинилхлориддан винипласт ва пластикат олина­ди. Пластикат радиоқурилмаларда кенг қўлланади.
Поливинилхлоридли пластикат - юмшоқ эгилувчан мате­риал, 60—70% поливинилхлорид ва 30—40% пластификаторлар (қўйиқ ёғсимон синтетик суюқликлар) дан ташкил топган. Бундан ташқари, пластикат таркибига бўёвчи моддалар, тўлдирувчилар, барқарорлаштиргичлар киради, улар кукунсимон поливинилхлорид хамирига аралаштирилади. Ҳосил қилинган бир жинсли аралашмани қиздирилган пўлат валлар орасидан бир неча марта ўтказилади. Бундай ишлов бериш натижасида қалинлиги 0,5—1,75 мм ва эни 10—105 мм ли лента ёки майда увоқлар шаклидаги юмшоқ эластик материал олинади.
Пластификаторлар материални юмшоқ қилади ва унинг совуққа чидамлилигини оширади, аммо бошқа ҳар қандай аралашма каби электр характеристикаларини пасайтиради. Бўёвчилар ва барқарорлаштиргичлар унинг ёруглик таъсиридан емирилишини камайтиради.
Поливинилхлоридли пластикат 0,1 МГц гача частоталар учун қўлланадиган термопластик кутбли диэлектрик ҳисобланади. Пластикатлар РЭА да турли рангдаги монтаж симларининг изоляторлари сифатида кенг қўлланади, шунингдек улардан юқори частотали кабелларнинг химоя қобиғи (шланглар) тайёрланади.
Пластикат кўк, қора, сариқ ва бошқа рангларда бўлиши мумкин. Бу бўёвчи ранглар материални ёруғлик таъсиридан ҳимоялаш, шунингдек РЭА даги монтаж симларини осонгина фарқлаш учун киритилади. Пластикат бўёвчи модда қўшилмаган бўлса, сарғиш шаффоф материал кўринишида бўлади. Ундан изоляцияловчи найлар ва ёпишқоқ изоляцион ленталар ҳам тайёрланади. Бу материалларнинг йўл қўйилиши мумкин бўлган иш температураси 60—75°С дир.

Адабиётлар:

1)К.П.Богородиский, В.В.Пасинков, “Электротехнический материали”1985г
2)И.Холикулов,М.М.Нишонова”Электрон техника материаллари“ Тошкент шарк 2006й
3)Н.В.Никулин, В.А.Назаров ”Радиоматериаллар ва компонентлар “ Тошкент