Невзоров В.Н., Сугак Е.В. Надежность машин и оборудования. Часть 1

Подождите немного. Документ загружается.

121

Ñîâðåìåííûå òåîðèè ïðåâðàùåíèé â òâåðäîì ñîñòîÿíèè áàçèðóþòñÿ íà êèíåòè÷å-

ñêèõ çàêîíîìåðíîñòÿõ ïðîöåññà êðèñòàëëèçàöèè èç æèäêèõ ìåòàëëîâ è ñïëàâîâ. Íà

ïåðâîé ñòàäèè ïðîöåññà îáðàçóþòñÿ çàðîäûøè íîâîé ôàçû (öåíòðû êðèñòàëëèçàöèè).

Ñêîðîñòü îáðàçîâàíèÿ çàðîäûøåé [9]

( )

= -

- -

exp exp

, (3.56)

ãäå E - ýíåðãèÿ àêòèâàöèè ïåðåõîäà àòîìà ê íîâîé ôàçå; g - êîýôôèöèåíò ïîâåðõíîñòíî-

ãî íàòÿæåíèÿ âîçíèêàþùåãî êðèñòàëëè÷åñêîãî âåùåñòâà; DT - âåëè÷èíà ïåðåîõëàæäå-

íèÿ; K è K

- êîíñòàíòû, çàâèñÿùèå îò ìàòåðèàëà.

Ïðè êðèñòàëëèçàöèè, ñîïðîâîæäàþùåéñÿ èçìåíåíèåì ñîñòàâà íîâîé ôàçû, âîçíèê-

íîâåíèå íîâûõ çàðîäûøåé ñâÿçàíî íå òîëüêî ñ ýíåðãåòè÷åñêèì áàðüåðîì, íî è ñ íåîá-

õîäèìîñòüþ ëîêàëèçàöèè ìîëåêóë èëè àòîìîâ êðèñòàëëèçóþùåãîñÿ âåùåñòâà, ò.å. ñ âå-

ðîÿòíîñòüþ ôëóêòóàöèè êîíöåíòðàöèè, ïîýòîìó â âûðàæåíèè (3.56) â ýòîì ñëó÷àå ïîÿ-

âèòñÿ åùå îäèí ñîìíîæèòåëü, õàðàêòåðèçóþùèé ýòó âåðîÿòíîñòü.

Ñòàðåíèå, îáóñëîâëåííîå ðàñïàäîì ïåðåñûùåííûõ òâåðäûõ ðàñòâîðîâ,

èìååò âàæíîå çíà÷åíèå äëÿ ìíîãèõ ñïëàâîâ, ïîäâåðãàþùèõñÿ òåðìè÷åñêîé

îáðàáîòêå. Ñïîñîáíîñòü ê ñòàðåíèþ â ýòîì ñëó÷àå îáóñëîâëåíà ñíèæåíèåì

ðàñòâîðèìîñòè îäíîãî êîìïîíåíòà â äðóãîì ïðè óìåíüøåíèè òåìïåðàòóðû -

îäíîôàçíûé ñïëàâ ïðè áîëåå íèçêîé òåìïåðàòóðå ðàñïàäàåòñÿ íà äâå ôàçû,

ïðè÷åì íîâàÿ ôàçà (âûäåëåíèå) ìîæåò áûòü ìåòàëëè÷åñêèì ñîåäèíåíèåì

èëè òâåðäûì ðàñòâîðîì ñ äðóãîé êîíöåíòðàöèåé êîìïîíåíòîâ.

Ïðîöåññ âûäåëåíèÿ íîâîé ôàçû ïðîòåêàåò â íåñêîëüêî ñòàäèé. Ñíà÷àëà âíóòðè ïå-

ðåñûùåííîãî òâåðäîãî ðàñòâîðà ïðîèñõîäèò íàïðàâëåííàÿ äèôôóçèÿ àòîìîâ ðàñòâîðåí-

íîãî êîìïîíåíòà è èõ ñêîïëåíèå â îïðåäåëåííûõ ìåñòàõ êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêè. Çà-

òåì â ýòèõ ìåñòàõ ôîðìèðóþòñÿ ìàëûå îáëàñòè ñ íîâîé êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêîé,

ñâÿçàííûå ñî ñòàðîé. Íà ñëåäóþùåé ñòàäèè ïðîèñõîäèò îòðûâ êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåò-

êè íîâîé ôàçû è îáðàçîâàíèå âûñîêîäèñïåðñíûõ ÷àñòèö (äèñïåðñèîííîå òâåðäåíèå). Íà

ïîñëåäíåé ñòàäèè ïðîèñõîäèò óêðóïíåíèå (êîàãóëÿöèÿ) ÷àñòèö íîâîé ôàçû è â ðåçóëü-

òàòå ïåðåõîä ìåòàñòàáèëüíîé ìîäèôèêàöèè â ñòàáèëüíóþ. Ðàçëè÷àþòñÿ òðè òèïà âûäå-

ëåíèé ïðè ðàñïàäå ïåðåñûùåííûõ òâåðäûõ ðàñòâîðîâ: îáùåå èëè íåïðåðûâíîå (÷àñòèöû

íîâîé ôàçû áåñïîðÿäî÷íî ðàñïðåäåëåíû ïî âñåé êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêå), ëîêàëèçî-

âàííîå (÷àñòèöû îáðàçóþòñÿ íà ãðàíèöàõ çåðåí, äèñëîêàöèÿõ è äðóãèõ äåôåêòàõ ðåøåò-

êè) è ïðåðûâèñòîå (ïðîèñõîäèò â íåêîòîðûõ ñëó÷àÿõ ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ è íèç-

êîé ïîäâèæíîñòè àòîìîâ). Èíîãäà ðàñïàä òâåðäûõ ðàñòâîðîâ ïðîèñõîäèò ñ îáðàçîâàíè-

åì äâóõ íîâûõ ôàç, îòëè÷àþùèõñÿ ñîäåðæàíèåì ðàñòâîðåííîãî êîìïîíåíòà.

Ïðîöåññû ðàñïàäà ïåðåñûùåííîãî ðàñòâîðà çàâèñÿò îò òåìïåðàòóðû,

ñîñòàâà ôàç, äåôîðìàöèé è äðóãèõ ôàêòîðîâ. Â îáùåì ñëó÷àå ñêîðîñòü

ðàñïàäà óâåëè÷èâàåòñÿ ñ ïîâûøåíèåì òåìïåðàòóðû, â ñïëàâàõ ñ íèçêîé

òåìïåðàòóðîé ïëàâëåíèÿ ðàñïàä èäåò áûñòðåå, ÷åì â òóãîïëàâêèõ, äåôåêòû

ðåøåòêè è ïðèìåñè ñïîñîáñòâóþò ïðîöåññó. Ýíåðãèÿ, îïðåäåëÿþùàÿ ñêî-

ðîñòü ïðîöåññà, ïðîïîðöèîíàëüíà ðàçíèöå ñâîáîäíûõ ýíåðãèé ñòàáèëüíîé è

ìåòàñòàáèëüíîé ôàç. Îáùåå èçìåíåíèå DE (ðèñ.3.13) ÿâëÿåòñÿ ñóììîé óâå-

ëè÷åíèÿ ïîâåðõíîñòíîé ñâîáîäíîé ýíåðãèè ïðè óâåëè÷åíèè ðàçìåðà ÷àñòèö

íîâîé ôàçû DE

è óìåíüøåíèÿ îáúåìíîé ñâîáîäíîé ýíåðãèè âñëåäñòâèå

çàìåùåíèÿ èñõîäíîé ìåòàñòàáèëüíîé ôàçû áîëåå ñòàáèëüíîé DE

×àñòîòà çàðîæäåíèÿ ÷àñòèö [9]

E E

a ê

= -

exp exp

ð ð

, (3.57)

ãäå E

- ñâîáîäíàÿ ýíåðãèÿ àêòèâàöèè ïðîöåññà ïåðåíîñà; DE

êð

- êðèòè÷åñêàÿ ñâîáîäíàÿ

ýíåðãèÿ àêòèâàöèè îáðàçîâàíèÿ çàðîäûøåé (èçìåíåíèå ñâîáîäíîé ýíåðãèè ïðè îáðàçî-

âàíèè ñêîïëåíèé êðèòè÷åñêîãî ðàçìåðà, ïî äîñòèæåíèè êîòîðîãî ñêîïëåíèÿ ïðîäîëæà-

þò ðàñòè ñ óìåíüøåíèåì ñâîáîäíîé ýíåðãèè (ðèñ.3.2)); n

- ÷èñëî àòîìîâ íà ïîâåðõíî-

ñòè çàðîäûøà; n

- ÷èñëî àòîìîâ ðàñòâîðåííîãî âåùåñòâà íà åäèíèöó îáúåìà; a - ôàê-

òîð ôîðìû; g - óäåëüíàÿ ïîâåðõíîñòíàÿ ýíåðãèÿ; h - ïîñòîÿííàÿ Ïëàíêà.

122

Ñòàðåíèå, îáóñëîâëåííîå ðàñïàäîì ïåðåñûùåííûõ òâåðäûõ ðàñòâîðîâ,

âûçûâàåò èçìåíåíèå ìåõàíè÷åñêèõ è ôèçè÷åñêèõ ñâîéñòâ ñïëàâîâ: ïðî÷íî-

ñòè, òâåðäîñòè, ýëåêòðè÷åñêîãî ñîïðîòèâëåíèÿ, êîýðöèòèâíîé ñèëû, êîððî-

çèîííîé ñòîéêîñòè è äð. Ïðîöåññû, ïðîòåêàþùèå íà ïåðâûõ ñòàäèÿõ (ïî-

ÿâëåíèå ñóáìèêðîñêîïè÷åñêèõ íåîäíîðîäíîñòåé, êîãåðåíòíàÿ ñâÿçü äâóõ

ðàçëè÷íûõ ðåøåòîê, âûïàäåíèå âûñîêîäèñïåðñíûõ ÷àñòèö), ïðèâîäÿò, êàê

ïðàâèëî, ê óïðî÷íåíèþ ñïëàâà, óâåëè÷åíèþ åãî òâåðäîñòè, ïîâûøåíèþ ñî-

ïðîòèâëåíèÿ ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè. Îäíàêî ÷åòâåðòàÿ ñòàäèÿ ïðîöåññà

- êîàãóëÿöèÿ äèñïåðñíûõ ÷àñòèö - âñåãäà ñâÿçàíà ñî ñíèæåíèåì ïðî÷íîñòè.

Íàðÿäó ñ ýòèì ðàçóïðî÷íåíèå îáóñëîâëåíî ïîòåðåé êîãåðåíòíîñòè ðåøåòîê

è îáåäíåíèåì òâåðäîãî ðàñòâîðà ðàñòâîðåííûì êîìïîíåíòîì.

Íà ðèñ.3.14 ïîêàçàíû òèïè÷íûå çàâèñèìîñòè ïðî÷íîñòè ñïëàâîâ îò âðåìåíè ïðè

âëèÿíèè ðàçëè÷íûõ ïðîöåññà. Îñíîâíîå çíà÷åíèå äëÿ ïðî÷íîñòè (êðèâàÿ 5) èìååò ñî-

ñòîÿíèå êîãåðåíòíîñòè (êðèâàÿ 1) è âëèÿíèå ÷àñòèö âûäåëåíèÿ íà äâèæåíèå äèñëîêà-

öèé (ïðî÷íîñòü ñàìèõ ÷àñòèö çíà÷åíèÿ ïðàêòè÷åñêè íå èìååò). Â ìíîãîêîìïîíåíòíûõ

ñïëàâàõ â ðåçóëüòàòå âûäåëåíèÿ íåñêîëüêèõ ñòàáèëüíûõ ôàç íà êðèâîé òâåðäîñòè ìî-

æåò âîçíèêàòü íåñêîëüêî ïèêîâ (åñëè ôàçû îáðàçóþòñÿ ñ ðàçëè÷íîé ñêîðîñòüþ). Âîç-

ìîæíûå äâîéíûå ïèêè íà êðèâûõ áèíàðíûõ

ñïëàâîâ ìîãóò îáúÿñíÿòüñÿ òåì, ÷òî ïðî-

öåññ ñòàðåíèÿ ïðîòåêàåò â íåñêîëüêî ñòà-

äèé ñ îáðàçîâàíèåì ïðîìåæóòî÷íûõ ôàç.

Ïðè ðàñïàäå ïåðåñûùåííûõ òâåðäûõ

ðàñòâîðîâ ñíèæàåòñÿ ñîïðîòèâëÿåìîñòü

ñïëàâîâ êîððîçèè, ò.ê. ÷àñòèöû íîâîé ôàçû

îòëè÷àþòñÿ ïî ñîñòàâó è ñòðóêòóðå îò îñ-

íîâíîãî ñïëàâà è îáëàäàþò àíîìàëüíîé

ýëåêòðîõèìè÷åñêîé èç-çà ðàçíèöû â ïîòåí-

öèàëàõ ðàñòâîðåíèÿ. Â ñòàðåþùèõ ñïëàâàõ

ïîä íàïðÿæåíèåì ÷àñòî íàáëþäàåòñÿ êîððî-

çèîííîå ðàñòðåñêèâàíèå, îáóñëîâëåííîå

ëîêàëèçîâàííûìè âûäåëåíèÿìè íà ãðàíè-

öàõ çåðåí.

Äëÿ íåêîòîðûõ ìåòàëëîâ è ñïëà-

âîâ (â òîì ÷èñëå ñòàëåé), à òàêæå

íåêîòîðûõ íåìåòàëëè÷åñêèõ ìàòå-

ðèàëîâ â ïðîöåññàõ ñòàðåíèÿ áîëü-

øóþ ðîëü èãðàþò ìàðòåíñèòíîå ïðå-

âðàùåíèå è ðàñïàä ìàðòåíñèòíîé

ñòðóêòóðû. Ê ìàðòåíñèòíûì ïðåâðà-

ùåíèÿì îòíîñÿò òàêæå àëëîòðîïè÷å-

ñêèå ïðåâðàùåíèÿ â áåçóãëåðîäèñòûõ

ñïëàâàõ æåëåçà ñ õðîìîì, íèêåëåì,

ìàðãàíöåì, à òàêæå â êîáàëüòå, òè-

òàíå, öèðêîíèè è â ñïëàâàõ íà èõ

îñíîâå.

Ìàðòåíñèòíàÿ ñòðóêòóðà - ñïåöè-

ôè÷åñêàÿ èãîëü÷àòàÿ ñòðóêòóðà ìàòåðèà-

ëîâ, ñïîñîáíûõ ê ïîëèìîðôíûì ïðåâðàùå-

íèÿì. Ìàðòåíñèòíàÿ ñòðóêòóðà â ñòàëÿõ

îáðàçóåòñÿ â ïðîöåññå çàêàëêè èç ïåðåîõ-

ëàæäåííîãî àóñòåíèòà è ïðåäñòàâëÿåò ñî-

áîé ìåòàñòàáèëüíûé îäíîôàçíûé òâåðäûé

ðàñòâîð óãëåðîäà â a-æåëåçå ñ êóáè÷åñêîé

ðåøåòêîé. Âñëåäñòâèå âíåäðåíèÿ â ðåøåòêó

èçáûòî÷íûõ àòîìîâ óãëåðîäà îíà ñòàíîâèò-

ñÿ òåòðàãîíàëüíîé.

êð

Ðèñ.3.13. Èçìåíåíèå ñâîáîäíîé ýíåðãèè

ïðè óâåëè÷åíèè ðàçìåðà ÷àñòèöû

ïð

Ðèñ.3.14. Âëèÿíèå ïðîöåññîâ ðàñïàäà

íà ïðî÷íîñòü ñïëàâîâ:

1- êîãåðåíòíîãî âûäåëåíèÿ è ïîòåðè êîãå-

ðåíòíîñòè, 2- äèñïåðñèîííîãî òâåðäåíèÿ è

êîàãóëÿöèè, 3- îáåäíåíèå òâåðäîãî ðàñòâî-

ðà ðàñòâîðåííûì ýëåìåíòîì, 4- âîçâðàòà è

ðåêðèñòàëëèçàöèè, 5- ñóììàðíîå âëèÿíèå

ïðîöåññîâ ðàñï

äà

123

Ìàðòåíñèòíàÿ ñòðóêòóðà îáðàçóåòñÿ ïðè îõëàæäåíèè ñïëàâà ñ äîñòàòî÷íî áîëüøîé

ñêîðîñòüþ (íå íèæå êðèòè÷åñêîé) ïðè îïðåäåëåííîé òåìïåðàòóðå (â íåáîëüøîì êîëè-

÷åñòâå ìàðòåíñèòíàÿ ñòðóêòóðà ìîæåò îáðàçîâûâàòüñÿ è ïðè ïîñòîÿííîé òåìïåðàòóðå).

Ìàðòåíñèòíîå ïðåâðàùåíèå çàêëþ÷àåòñÿ â ïåðåñòðîéêå êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêè,

ïðè êîòîðîé àòîìû íå îáìåíèâàþòñÿ ìåñòàìè, à òîëüêî ñìåùàþòñÿ îòíîñèòåëüíî äðóã

äðóãà íà ðàññòîÿíèÿ, íå ïðåâûøàþùèå ìåæàòîìíûå. Ýíåðãèÿ àêòèâàöèè è ðàáîòà îáðà-

çîâàíèÿ çàðîäûøà ïðè ýòîì çíà÷èòåëüíî ìåíüøå, ÷åì â ïðîöåññàõ ïðåâðàùåíèÿ, ïîýòî-

ìó ñêîðîñòü ìàðòåíñèòíîãî ïðåâðàùåíèÿ îáû÷íî âåëèêà. Ïî ñðàâíåíèþ ñ äðóãèìè

ñòðóêòóðíûìè ìîäèôèêàöèÿìè ñòàëè ìàðòåíñèòíàÿ ñòðóêòóðà îáëàäàåò âûñîêèìè òâåð-

äîñòüþ, ýëåêòðè÷åñêèì ñîïðîòèâëåíèåì è êîýðöèòèâíîé ñèëîé, íî è âûñîêîé õðóïêî-

ñòüþ. Â ñòàëÿõ, çàêàëåííûõ íà ìàðòåíñèò, ïðè íåâûñîêîì íàãðåâå (äî 100-250

Ñ), ò.å.

ïðè îòïóñêå, óãëåðîä âûäåëÿåòñÿ èç ðåøåòêè a-æåëåçà, îáðàçóÿ ìåëü÷àéøèå ÷àñòèöû

êàðáèäà æåëåçà, ïðè ýòîì ñòåïåíü èñêàæåíèÿ ðåøåòêè (ñòåïåíü òåòðàãîíàëüíîñòè)

óìåíüøàåòñÿ. Ïðåâðàùåíèå ïðè îòïóñêå ìàðòåíñèòà ÿâëÿåòñÿ äèôôóçèîííûì ïðîöåñ-

ñîì, êîòîðûé çàâåðøàåòñÿ ìåòàñòàáèëüíûì ðàâíîâåñèåì. Ñêîðîñòü ðàñïàäà ðåçêî óâå-

ëè÷èâàåòñÿ ñ ïîâûøåíèåì òåìïåðàòóðû îòïóñêà, à âðåìÿ äîñòèæåíèÿ ìåòàñòàáèëüíîãî

ðàâíîâåñèÿ, ñîîòâåòñòâåííî, ðåçêî ñîêðàùàåòñÿ (íàïðèìåð, îòïóñê ïðè 100

Ñ ïðîõîäèò

â òå÷åíèå 1 ÷àñà, à ïðè 20

Ñ - â òå÷åíèå 10 ëåò).

Ìàðòåíñèòíîå ïðåâðàùåíèå ïðîèñõîäèò ñ èçìåíåíèåì îáúåìà êðèñòàëëà, è óðàâíå-

íèå ðàñïàäà ìàðòåíñèòà ìîæíî ïðåäñòàâèòü â âèäå [9]

V = aV

[1 – exp(–nvt)], (3.58)

ãäå V - îáúåì îáåäíåííîãî ìàðòåíñèòîì ìàòåðèàëà çà âðåìÿ t; a - äîëÿ íà÷àëüíîãî îáú-

åìà ìàòåðèàëà V

, êîòîðàÿ ìîæåò ïîäâåðãíóòüñÿ ðàñïàäó; n - ÷èñëî êðèñòàëëîâ êàðáè-

äà, âîçíèêàþùèõ â åäèíèöó âðåìåíè â åäèíèöå îáúåìà; v - ñðåäíèé îáúåì îáåäíåííîãî

ó÷àñòêà (â ðàñ÷åòå íà îäèí êðèñòàëë êàðáèäà).

Âû÷èñëåííûé ïî ôîðìóëå (3.58) ïåðèîä ïîëóðàñïàäà ñîñòàâëÿåò: ïðè òåìïåðàòóðå

120

Ñ - 8 ìèí, ïðè 60

Ñ - 3 ñóòîê, ïðè 0

Ñ - 340 ëåò.

Èçìåíåíèå ñòðóêòóðû èñõîäíîé ôàçû è êèíåòèêà îáðàçîâàíèÿ çàðîäûøåé ôàçû âû-

äåëåíèÿ ïðè ðàñïàäå ìàðòåíñèòà ïîä÷èíÿþòñÿ îáùèì çàêîíîìåðíîñòÿì ïðîöåññîâ ðàñ-

ïàäà ïåðåñûùåííûõ òâåðäûõ ðàñòâîðîâ (3.56)-(3.57). Íàëè÷èå ëåãèðóþùèõ äîáàâîê íà-

÷èíàåò ñóùåñòâåííî ñêàçûâàòüñÿ ïðè ïîâûøåííûõ òåìïåðàòóðàõ (äëÿ ñòàëè - âûøå

+150

Ñ). Äåôîðìàöèÿ ìàòåðèàëà ñïîñîáñòâóåò ðàñïàäó ìàðòåíñèòà.

Àëëîòðîïè÷åñêèå ïðåâðàùåíèÿ (ïðåâðàùåíèÿ îäíîé ìîäèôèêàöèè

ýëåìåíòîâ â äðóãóþ ïðè îïðåäåëåííîé òåìïåðàòóðå òî÷êè ïåðåõîäà) ñâÿçà-

íû ñ âîçìîæíîñòüþ îáðàçîâàíèÿ ýëåìåíòîì êðèñòàëëè÷åñêèõ ðåøåòîê ðàç-

íûõ êðèñòàëëîãðàôè÷åñêèõ ñèñòåì è îáðàçîâàíèåì ìîëåêóë ñ ðàçíûì ÷èñ-

ëîì àòîìîâ. Àëëîòðîïè÷åñêèì ïðåâðàùåíèÿì ïîäâåðæåíû íåêîòîðûå ÷èñ-

òûå ìåòàëëû - æåëåçî, êîáàëüò, òèòàí, öèðêîíèé, îëîâî è äð.

Àëëîòðîïè÷åñêèå ïðåâðàùåíèÿ õàðàêòåðèçóþòñÿ èçìåíåíèåì îáúåìà (íàïðèìåð, ó

îëîâà - óâåëè÷åíèå íà 25,6%) è, ñîîòâåòñòâåííî, âûçûâàþò äåôîðìàöèè ñòðóêòóðû, ïî-

ýòîìó ïî÷òè âñå àëëîòðîïè÷åñêèå ïðåâðàùåíèÿ íà÷èíàþòñÿ ïðåèìóùåñòâåííî ñ âíåø-

íåé ïîâåðõíîñòè ìàòåðèàëà, ãðàíèö çåðåí è äðóãèõ íåîäíîðîäíîñòåé ñòðóêòóðû. Ñ äðó-

ãîé ñòîðîíû, âíåøíÿÿ ïëàñòè÷åñêàÿ äåôîðìàöèÿ óâåëè÷èâàåò ñòðóêòóðíóþ íåîäíîðîä-

íîñòü ìåòàëëà è òåì ñàìûì îáëåã÷àåò çàðîæäåíèå è ðîñò êðèñòàëëîâ íîâîé ôàçû, ò.å.

ïðîöåññ ðàçâèâàåòñÿ àâòîêàòàëèòè÷åñêè.

Ïðè àëëîòðîïè÷åñêîì ïðåâðàùåíèè â ìîìåíò îáðàçîâàíèÿ çàðîäûøà íîâîé ôàçû

ñîâåðøàåòñÿ ðàáîòà ïðîòèâ óïðóãèõ ñèë è ðàáîòà ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè, ïîýòîìó

óñëîâèå âîçìîæíîñòè ïðåâðàùåíèÿ ìîæíî çàïèñàòü â âèäå

DE = LDT/T

> E, (3.59)

ãäå DE - ðàçíîñòü ñâîáîäíûõ ýíåðãèé èñõîäíîé è îáðàçóþùåéñÿ àëëîòðîïè÷åñêèõ ìîäè-

ôèêàöèé; L - ñêðûòàÿ òåïëîòà ïðåâðàùåíèÿ; DT - ïåðåîõëàæäåíèå; T

- òåìïåðàòóðà

ðàâíîâåñèÿ ôàç (ìîäèôèêàöèé).

Èç óñëîâèÿ (3.59) ñëåäóåò, ÷òî îáðàçîâàíèå çàðîäûøåé íîâîé ôàçû âîçìîæíî òîëü-

êî ïðè ïåðåîõëàæäåíèè, ïðåâûøàþùåì êðèòè÷åñêîå çíà÷åíèå DT

êð

=ET

/L.

3.6.2. Старение полимерных материалов

Ôèçèêî-ìåõàíè÷åñêèå ñâîéñòâà ïîëèìåðîâ (ïðåäåë ïðî÷íîñòè, ñîïðî-

òèâëåíèå ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè, òåìïåðàòóðà ðàçìÿã÷åíèÿ, ýëàñòè÷-

íîñòü è äð.) îïðåäåëÿþòñÿ èõ õèìè÷åñêèì ñîñòàâîì è ñòðóêòóðîé (ðàñïðå-

124

äåëåíèåì îáëàñòåé êðèñòàëëè÷åñêîãî è àìîðôíîãî ñòðîåíèÿ, äëèíîé, ôîð-

ìîé è ïîäâèæíîñòüþ öåïåé, ïðèðîäîé è âåëè÷èíîé ñèë, äåéñòâóþùèõ ìå-

æäó öåïÿìè, ñòåïåíüþ "ñøèâàíèÿ" öåïåé è ò.ä.).

Ñòàðåíèå òåõíè÷åñêèõ ïîëèìåðíûõ ìàòåðèàëîâ îáóñëîâëåíî, â îñíîâ-

íîì, ïðîöåññàìè, ïðèâîäÿùèìè ê äåñòðóêöèè ïîëèìåðîâ, ò.å. ðàñïàäó îñ-

íîâíûõ öåïåé ìàêðîìîëåêóë íà îñêîëêè áîëåå ïðîñòîãî ñòðîåíèÿ, èëè ê

èçìåíåíèþ ñòðîåíèÿ ìàêðîìîëåêóë è âçàèìîäåéñòâèÿ ìåæäó íèìè [11].

Êðîìå äåñòðóêöèè, ïðè÷èíîé èçìåíåíèÿ ñâîéñòâ ïîëèìåðîâ ìîãóò áûòü

ïðîöåññû ñòðóêòóðèðîâàíèÿ (îáðàçîâàíèÿ äîáàâî÷íûõ âíóòðåííèõ ñâÿçåé),

âûäåëåíèÿ ïëàñòèôèêàòîðà è äð.

Ïðîöåññû äåñòðóêöèè ìîãóò ïðîèñõîäèòü ïîä âëèÿíèåì ôèçè÷åñêèõ

(òåïëî, ñâåò è ò.ä.) èëè õèìè÷åñêèõ (êèñëîðîä, âîäà è ò.ä.) ôàêòîðîâ. Íàè-

áîëåå âàæíûìè ôàêòîðàìè ÿâëÿþòñÿ òåïëî, ñâåò è êèñëîðîä. Ñîîòâåòñò-

âåííî íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåííûìè âèäàìè äåñòðóêöèè ÿâëÿþòñÿ òåðìè÷å-

ñêàÿ, ôîòîõèìè÷åñêàÿ è îêèñëèòåëüíàÿ, à òàêæå òåðìîîêèñëèòåëüíàÿ è

ôîòîõèìè÷åñêàÿ àêòèâèðîâàííàÿ îêèñëèòåëüíàÿ äåñòðóêöèÿ [67].

Ñòàáèëüíîñòü è ñòîéêîñòü ïîëèìåðîâ ê ïðîöåññàì ñòàðåíèÿ çàâèñèò îò

ýíåðãèè ñâÿçè ìåæäó àòîìàìè, ðåãóëÿðíîñòè ñòðîåíèÿ è ëåãêîñòè îáðàçî-

âàíèÿ ñâÿçåé. Âîçíèêíîâåíèå ïîïåðå÷íûõ ñâÿçåé è ïåðåãðóïïèðîâêà â áî-

ëåå ñòàáèëüíûå ðåãóëÿðíûå ñòðóêòóðû çàìåäëÿåò ðàçëîæåíèå. Íàðóøåíèå

ðåãóëÿðíîñòè è ïðèìåñè îñëàáëÿþò ñòàáèëüíîñòü ñîåäèíåíèé (îáû÷íî äå-

ñòðóêöèÿ íà÷èíàåòñÿ èìåííî ñ ó÷àñòêîâ ñ íåîäíîðîäíîé ñòðóêòóðîé).

Ïðè òåðìè÷åñêîé äåñòðóêöèè ïîä äåéñòâèåì òåïëà â ïîëèìåðíûõ ìà-

òåðèàëàõ ïðîèñõîäÿò ôèçè÷åñêèå (ïåðåìåùåíèå ìîëåêóë èëè èõ ñåãìåíòîâ)

è õèìè÷åñêèå (ðàçðûâ õèìè÷åñêèõ ñâÿçåé, óìåíüøåíèå ðàçìåðîâ ìàêðîìî-

ëåêóë, èçìåíåíèå õèìè÷åñêîãî ñîñòàâà) ïðîöåññû. Òåðìè÷åñêàÿ äåñòðóêöèÿ

ïðîèñõîäèò òîãäà, êîãäà âíóòðåííÿÿ ýíåðãèÿ äîñòèãàåò âåëè÷èíû òåïëîòû

îáðàçîâàíèÿ ñîåäèíåíèÿ. Íà ìåõàíèçì è ñêîðîñòü åå òå÷åíèÿ îêàçûâàþò

âëèÿíèå òåìïåðàòóðà è ñîñòàâ àòìîñôåðû (îñîáåííî ñîäåðæàíèå êèñëîðî-

äà), à òàêæå õèìè÷åñêàÿ àêòèâíîñòü ïîëèìåðà. Ïðè äåñòðóêöèè âåùåñòâ,

ñîäåðæàùèõ ðåàêöèîííîñïîñîáíûå ãðóïïû (õëîð, ãèäðîêñèë è äð.) îòùåï-

ëÿþòñÿ íèçêîìîëåêóëÿðíûå ñîåäèíåíèÿ (õëîðèñòûé âîäîðîä, âîäà è ò.ï.),

îäíîâðåìåííî ìåíÿåòñÿ õèìè÷åñêèé ñîñòàâ ïîëèìåðà. Ïðè äåñòðóêöèè âå-

ùåñòâ, íå ñîäåðæàùèõ ñïîñîáíûõ ê ðåàêöèÿì ãðóïï, ïðîèñõîäèò äðîáëåíèå

ïîëèìåðíûõ öåïåé (äåïîëèìåðèçàöèÿ) áåç èçìåíåíèÿ õèìè÷åñêîãî ñîñòàâà.

Íà òåìïåðàòóðó äåñòðóêöèè ñóùåñòâåííîå âëèÿíèå îêàçûâàþò ïðèìåñè, èíãèáèòî-

ðû, àíòèîêñèäàíòû è ñîñòàâ ñðåäû. Îáû÷íûå çíà÷åíèÿ òåìïåðàòóðû äåñòðóêöèè â îò-

ñóòñòâèå êèñëîðîäà - îò 140 (íàòóðàëüíûé êàó÷óê) äî 300

Ñ (ïîëèêàïðîëàêòàì). Â ïðè-

ñóòñòâèè êèñëîðîäà òåìïåðàòóðà äåñòðóêöèè ñíèæàåòñÿ äî 100

Ñ.

Ìåõàíèçì äåñòðóêöèè ïîëèìåðîâ ïîä âîçäåéñòâèåì óëüòðàôèîëåòîâîãî

èçëó÷åíèÿ (ôîòîõèìè÷åñêàÿ äåñòðóêöèÿ) ïðàêòè÷åñêè àíàëîãè÷åí ìåõà-

íèçìó òåðìè÷åñêîé äåñòðóêöèè.

Ïðè îêèñëèòåëüíîé äåñòðóêöèè ïðîöåññû îêèñëåíèÿ ïîä÷èíÿþòñÿ çà-

êîíîìåðíîñòÿì õèìè÷åñêèõ ðåàêöèé, õîòÿ è îáëàäàþò íåêîòîðûìè îñîáåí-

íîñòÿìè. Â îòëè÷èå îò ïðîöåññîâ äåñòðóêöèè, èíèöèèðóåìûõ ôèçè÷åñêèìè

àãåíòàìè, ðåàêöèè ïîä äåéñòâèåì õèìè÷åñêèõ àãåíòîâ ïðîèñõîäÿò ïðè èõ

âîçäåéñòâèè íà îïðåäåëåííûå ñòðóêòóðíûå ãðóïïû ìàêðîìîëåêóëû. Ñêî-

ðîñòü íèçêîòåìïåðàòóðíîãî îêèñëåíèÿ çàâèñèò îò õèìè÷åñêîãî ñîñòàâà è

125

ñòðîåíèÿ îêèñëÿåìîãî ñîåäèíåíèÿ. Ïîëèìåðû â êðèñòàëëè÷åñêîì ñîñòîÿ-

íèè ðåàãèðóþò ìåäëåííåå, ÷åì â àìîðôíîì. Ïðîöåññû îêèñëåíèÿ íàñû-

ùåííûõ ïîëèìåðîâ ïðîèñõîäÿò ñ ìåíüøåé ñêîðîñòüþ, ÷åì íåíàñûùåííûõ.

Ñâåò (îñîáåííî óëüòðàôèîëåòîâûé) èíèöèèðóåò ðàçðûâ ñâÿçåé ìàêðîìîëå-

êóë è óâåëè÷èâàåò ñêîðîñòü ïðîöåññà (íàïðèìåð, âëèÿíèå êèñëîðîäà íà

ïîëèýòèëåí ïðè îáû÷íûõ óñëîâèÿõ íåçíà÷èòåëüíî, à íà ñîëíå÷íîì ñâåòó â

îòñóòñòâèå èíãèáèòîðîâ îí ñòàðååò áûñòðî).

Îáû÷íî äåñòðóêöèÿ ïîëèìåðîâ ïðîèñõîäèò ïîä âëèÿíèåì íåñêîëüêèõ

ôàêòîðîâ, â ïåðâóþ î÷åðåäü, - òåïëà è êèñëîðîäà. Ïîýòîìó ïðè àíàëèçå

êèíåòèêè ïðîöåññà îí ðàññìàòðèâàåòñÿ êàê åäèíûé ñëîæíûé ïðîöåññ òåð-

ìîîêèñëèòåëüíîé äåñòðóêöèè.

Ñêîðîñòü ñòàðåíèÿ ïîëèìåðîâ, îáóñëîâëåííîãî òåðìîîêèñëèòåëüíîé äåñòðóêöèåé,

çàâèñèò îò ñòðóêòóðû ìàêðîìîëåêóë (êîëè÷åñòâà ëåãêî îêèñëÿþùèõñÿ ãðóïï è äâîéíûõ

ñâÿçåé), êîíöåíòðàöèè êèñëîðîäà â îêðóæàþùåé ñðåäå, òåìïåðàòóðû, ïëîùàäè ñîïðè-

êîñíîâåíèÿ ïîëèìåðà ñ àòìîñôåðîé, îñâåùåííîñòè (îñîáåííî èçëó÷åíèåì ñ äëèíîé

âîëíû 2800-3000 À), íàëè÷èÿ êàòàëèçàòîðîâ è èíãèáèòîðîâ, êèñëîò è äð. Ïðîöåññ òåð-

ìîîêèñëèòåëüíîé äåñòðóêöèè ïîä÷èíÿåòñÿ çàêîíàì êèíåòèêè õèìè÷åñêèõ ðåàêöèé, è åãî

ñêîðîñòü ìîæåò áûòü îïèñàíà óðàâíåíèåì

dc/dt = –kc

, (3.60)

ãäå c - êîíöåíòðàöèÿ ìàêðîìîëåêóë, íå çàòðîíóòûõ äåñòðóêöèåé); k - êîíñòàíòà ñêîðî-

ñòè õèìè÷åñêîé ðåàêöèè; n - ïîðÿäîê ðåàêöèè (îáû÷íî n = 1).

Îñíîâíûì ôàêòîðîì, îïðåäåëÿþùèì ñêîðîñòü äåñòðóêöèè, ÿâëÿåòñÿ ýíåðãèÿ àêòè-

âàöèè. Ïîëíàÿ ýíåðãèÿ àêòèâàöèè ìîæåò áûòü ïðåäñòàâëåíà â âèäå ñóììû [67]

= E

+ (E

– E

)/2, (3.61)

ãäå E

- ýíåðãèÿ àêòèâàöèè ðåàêöèè îòðûâà ìîíîìåðà; E

- ýíåðãèÿ àêòèâàöèè ðåàêöèè

èíèöèèðîâàíèÿ; E

- ýíåðãèÿ àêòèâàöèè ðåàêöèè ðàçðûâà öåïè.

Ïðè ñòàðåíèè ìîãóò èçìåíÿòüñÿ íå òîëüêî õèìè÷åñêèé ñîñòàâ, íî è ñòðóêòóðà è ïà-

ðàìåòðû âçàèìîäåéñòâèÿ ìîëåêóë, îïðåäåëÿþùèå ôèçèêî-ìåõàíè÷åñêèå ñâîéñòâà.

Óìåíüøåíèå äëèíû öåïåé è ìîëåêóëÿðíîé ìàññû óõóäøàåò ìíîãèå ìåõàíè÷åñêèå ñâîé-

ñòâà: ñíèæàåò ïðî÷íîñòü ïðè ðàñòÿæåíèè è ñòîéêîñòü ê èñòèðàíèþ, óâåëè÷èâàåò õðóï-

êîñòü è ò.ä. Â ðåçóëüòàòå ïðîöåññîâ ñòðóêòóðèðîâàíèÿ (ñøèâàíèÿ öåïåé è âîçíèêíîâå-

íèÿ òðåõìåðíîé ñòðóêòóðû) óìåíüøàåòñÿ ðàñòâîðèìîñòü, ïîâûøàåòñÿ òâåðäîñòü, ïðî÷-

íîñòü è õðóïêîñòü, ñíèæàåòñÿ ïëàñòè÷íîñòü è ýëàñòè÷íîñòü.

Íàðÿäó ñî ñòàðåíèåì, îáóñëîâëåííûì ïðîöåññàìè òåðìîîêèñëèòåëüíîé

äåñòðóêöèè, óõóäøåíèå äèýëåêòðè÷åñêèõ ñâîéñòâ ïîëèìåðíûõ èçîëÿöèîí-

íûõ ìàòåðèàëîâ â çíà÷èòåëüíîé ñòåïåíè îïðåäåëÿåòñÿ ýëåêòðè÷åñêèì

ñòàðåíèåì ïîä âëèÿíèåì ïðèëîæåííîãî íàïðÿæåíèÿ. Â ýòèõ ïðîöåññàõ

ñóùåñòâåííóþ ðîëü èãðàåò èîíèçàöèÿ âîçäóõà â âîçäóøíûõ âêëþ÷åíèÿõ

äèýëåêòðèêîâ ïðè äîñòàòî÷íî âûñîêîì íàïðÿæåíèè. Âñëåäñòâèå èîíèçàöèè,

ïîä äåéñòâèåì îáðàçóþùèõñÿ ïðè ýòîì îçîíà è îêèñëîâ àçîòà ìîãóò ïðî-

èñõîäèòü õèìè÷åñêèå èçìåíåíèÿ ìàòåðèàëà (îñîáåííî îðãàíè÷åñêîãî ïðî-

èñõîæäåíèÿ), ñíèæàþùèå åãî äèýëåêòðè÷åñêóþ ïðî÷íîñòü. Êðîìå òîãî, ïîä

äåéñòâèåì ýëåêòðîííîé áîìáàðäèðîâêè â ïîëèìåðå îáðàçóþòñÿ ìàêðîðàäè-

êàëû, âñòóïàþùèå çàòåì â öåïíóþ ðåàêöèþ ñ êèñëîðîäîì âîçäóõà, ÷òî âû-

çûâàåò îêèñëåíèå ïîëèìåðà äî ëåòó÷èõ ïðîäóêòîâ.

3.6.3. Старение полупроводниковых материалов и приборов

Âîçíèêíîâåíèå îòêàçîâ è óõóäøåíèå ðàáîòîñïîñîáíîñòè ïîëóïðîâîäíè-

êîâûõ ïðèáîðîâ ÷àñòî ñâÿçàíû ñ èõ ñòàðåíèåì, êîòîðîå ïðîÿâëÿåòñÿ â äå-

ãðàäàöèè, äðåéôå ïàðàìåòðîâ è õàðàêòåðèñòèê (óâåëè÷åíèè îáðàòíîãî òîêà

äèîäîâ è íåóïðàâëÿåìûõ îáðàòíûõ òîêîâ êîëëåêòîðíîãî è ýìèòòåðíîãî ïå-

ðåõîäîâ òðàíçèñòîðîâ, äðåéôå êîýôôèöèåíòîâ ïåðåäà÷è òîêà òðàíçèñòîðîâ,

126

ñíèæåíèè ïðîáèâíûõ íàïðÿæåíèé, óìåíüøåíèè ïèêîâîãî òîêà òóííåëüíûõ

äèîäîâ è ò.ä.) [68-71]. Â îáùåì ñëó÷àå ïðîöåññû ñòàðåíèÿ ïðèâîäÿò ê èçìå-

íåíèþ âîëüòàìïåðíîé õàðàêòåðèñòèêè p-n-ïåðåõîäà ïðèáîðà [72].

Óõóäøåíèå ïàðàìåòðîâ ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ïðèáîðîâ îáóñëîâëåíî ôè-

çèêî-õèìè÷åñêèìè ïðîöåññàìè, èíòåíñèâíîñòü êîòîðûõ îïðåäåëÿåòñÿ ÷óâ-

ñòâèòåëüíîñòüþ ïîëóïðîâîäíèêîâ ê âíåøíèì óñëîâèÿì è ñîñòàâó îêðó-

æàþùåé ñðåäû, çàâèñèìîñòüþ èõ ïàðàìåòðîâ îò ïðèìåñåé, íåîäíîðîäíî-

ñòåé è äåôåêòîâ ñòðóêòóðû ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ìàòåðèàëîâ.

Ïðîöåññû, âûçûâàþùèå èçìåíåíèå ïàðàìåòðîâ è õàðàêòåðèñòèê ïðèáî-

ðîâ, â çíà÷èòåëüíîé ñòåïåíè çàâèñÿò îò âíåøíèõ óñëîâèé è ðåæèìîâ ðàáî-

òû: òåìïåðàòóðû, âëàæíîñòè, äàâëåíèÿ è ñîñòàâà îêðóæàþùåé ñðåäû, ìå-

õàíè÷åñêèõ íàãðóçîê, ðàññåèâàåìîé ìîùíîñòè, ýëåêòðè÷åñêîé íàãðóçêè è

äðóãèõ ôàêòîðîâ. Âëèÿíèå íåêîòîðûõ âíåøíèõ âîçäåéñòâèé íà íàäåæíîñòü

ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ïðèáîðîâ îïèñàíî â òàáë.3.4 [9,71].

Ñèëüíàÿ çàâèñèìîñòü ïàðàìåòðîâ ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ïðèáîðîâ îò òåì-

ïåðàòóðû è ðàññåèâàåìîé ìîùíîñòè - èõ ïðèíöèïèàëüíàÿ îñîáåííîñòü,

ñâÿçàííàÿ ñ ôèçè÷åñêèìè ñâîéñòâàìè ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ìàòåðèàëîâ.

Ñòàáèëüíîñòü õàðàêòåðèñòèê è íàäåæíîñòü ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ïðèáîðîâ â

ïåðâóþ î÷åðåäü çàâèñèò îò âðåìåíè æèçíè íåðàâíîâåñíûõ íîñèòåëåé çàðÿ-

äà, êîíöåíòðàöèè â ïåðåõîäå äîíîðíûõ è àêöåïòîðíûõ ïðèìåñåé, øèðèíû,

ïëîùàäè ñå÷åíèÿ è êîíòàêòíîãî ïîòåíöèàëà ïåðåõîäà.

Îïðåäåëÿþùåå âëèÿíèå íà âåëè÷èíó è ñòàáèëüíîñòü ýëåêòðè÷åñêèõ ïà-

ðàìåòðîâ ïðèáîðîâ ìîãóò îêàçûâàòü ïðîöåññû íà ïîâåðõíîñòè ïîëóïðîâîä-

íèêîâûõ êðèñòàëëîâ. Ïîâåðõíîñòü êðèñòàëëà íàðóøàåò ïðàâèëüíîñòü è ïå-

ðèîäè÷íîñòü êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêè, àòîìû, ðàñïîëîæåííûå ó ïîâåðõ-

íîñòè, èìåþò íåçàïîëíåííûå ñâÿçè. Òàêèå àòîìû ìîãóò âåñòè ñåáÿ êàê àê-

öåïòîðû, ò.å. ñïîñîáíû ïðèíèìàòü äîïîëíèòåëüíûå ýëåêòðîíû â ñâîþ

âíåøíþþ îáîëî÷êó, ÷òî è îïðåäåëÿåò èõ ïîâûøåííóþ àêòèâíîñòü. Êðîìå

òîãî, ñîñòîÿíèå è ñâîéñòâà ïîâåðõíîñòè ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ìàòåðèàëîâ

çàâèñÿò îò àäñîðáèðîâàííûõ àòîìîâ èëè ìîëåêóë (íàïðèìåð, êèñëîðîäà),

ñêîïëåíèé äåôåêòîâ, âîçíèêøèõ ïðè îáðàáîòêå, è ñâîéñòâ ïëåíêè ñîåäè-

íåíèé ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ýëåìåíòîâ ñ äðóãèìè ýëåìåíòàìè.

Âëèÿíèå ñîñòîÿíèÿ ïîâåðõíîñòè ïîëóïðîâîäíèêà íà åãî ñâîéñòâà ïðîÿâëÿåòñÿ â îñ-

íîâíîì â äâóõ ýôôåêòàõ: ïîâåðõíîñòíîé ïðîâîäèìîñòè, êîòîðàÿ ïðè îïðåäåëåííûõ óñ-

ëîâèÿõ ìîæåò áûòü ïðîòèâîïîëîæíà ïî çíàêó ïðîâîäèìîñòè îñíîâíîãî ìàòåðèàëà ("èí-

âåðñèîííàÿ ïðîâîäèìîñòü"), è ïîâåðõíîñòíîé ðåêîìáèíàöèè ýëåêòðîííî-äûðî÷íûõ ïàð.

Íàëè÷èå íà ïîâåðõíîñòè ïîëóïðîâîäíèêà ïîâåðõíîñòíûõ ýíåðãåòè÷åñêèõ ñîñòîÿíèé è

èõ çàïîëíåíèå ýëåêòðîíàìè èëè äûðêàìè ïðèâîäèò ê îáðàçîâàíèþ äâîéíîãî ñëîÿ ýëåê-

òðè÷åñêîãî çàðÿäà òîëùèíîé 10

-3

-10

-5

ìì. Êîíöåíòðàöèÿ íîñèòåëåé çàðÿäà (ýëåêòðîíîâ

è äûðîê) â ïîâåðõíîñòíîì ñëîå çàâèñèò îò òåìïåðàòóðû.

Íàëè÷èåì èíâåðñèîííûõ ñëîåâ è êîíöåíòðàöèåé â íèõ íîñèòåëåé çàðÿäà â çíà÷è-

òåëüíîé ñòåïåíè îïðåäåëÿåòñÿ ýôôåêò ïîâåðõíîñòíîé ïðîâîäèìîñòè è îáðàçîâàíèå êà-

íàëîâ ïðîâîäèìîñòè. Ñ ñîñòîÿíèåì ïîâåðõíîñòè ñâÿçàíî òàêæå âîçíèêíîâåíèå øóìîâ â

ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ïðèáîðàõ è ðÿä ýôôåêòîâ íåñòàáèëüíîñòè èõ õàðàêòåðèñòèê. Êðîìå

òîãî, ñêîðîñòü ðåêîìáèíàöèè íîñèòåëåé íà ïîâåðõíîñòè ïîëóïðîâîäíèêà âñåãäà çíà÷è-

òåëüíî áîëüøå, ÷åì â îáúåìå.

127

Ñïåöèôè÷åñêîé îñîáåííîñòüþ ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ìàòåðèàëîâ ÿâëÿåòñÿ

÷ðåçâû÷àéíî âûñîêàÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòü ê ïðèìåñÿì è äåôåêòàì ñòðóêòóðû

[71]. Îäíîðîäíîñòü ñîñòàâà è ñòðóêòóðû ïîëóïðîâîäíèêà îïðåäåëÿåòñÿ,

ïðåæäå âñåãî, êà÷åñòâîì èñõîäíîãî ìàòåðèàëà è òåõíîëîãèåé èçãîòîâëåíèÿ

ïîëóïðîâîäíèêîâîãî ïðèáîðà. Îäíàêî íåêîòîðûå äåôåêòû ìîãóò âîçíèêàòü

ïðè îïðåäåëåííûõ óñëîâèÿõ è â ïðîöåññå ýêñïëóàòàöèè èëè õðàíåíèÿ, ãå-

íåðàöèþ áîëüøîãî êîëè÷åñòâà äåôåêòîâ (äèñëîêàöèé) ìîãóò âûçûâàòü

äèôôóçèîííûå ïðîöåññû, ïðè îïðåäåëåííûõ óñëîâèÿõ â ïîëóïðîâîäíèêàõ

ìîãóò ïðîòåêàòü ïðîöåññû âûäåëåíèÿ ïðèìåñåé èç ïåðåñûùåííîãî ðàñòâîðà

â âèäå èíîðîäíûõ âûñîêîäèñïåðñíûõ ÷àñòèö (ñì.ðàçä.3.6.1).

Êðèñòàëëîãðàôè÷åñêèå äåôåêòû â ïåðâóþ î÷åðåäü ïðèâîäÿò ê èçìåíåíèþ ýëåêòðè-

÷åñêîãî ñîïðîòèâëåíèÿ è óìåíüøåíèþ íàïðÿæåíèÿ ïðîáîÿ [73]. Âðåìÿ æèçíè íåðàâíî-

âåñíûõ íîñèòåëåé çàðÿäà íàèáîëåå ÷óâñòâèòåëüíî ê õèìè÷åñêèì çàãðÿçíåíèÿì ïîëóïðî-

âîäíèêà è ñòðóêòóðíûì äåôåêòàì (íàïðèìåð, êîíöåíòðàöèÿ àòîìîâ ìåäè èëè íèêåëÿ

-10

ñì

-3

ñíèæàåò âðåìÿ æèçíè çàðÿäîâ â 10-100 ðàç). Âåëè÷èíà è òèï ýëåêòðè÷å-

ñêèõ ýôôåêòîâ, ñâÿçàííûõ ñ íàëè÷èåì èíîðîäíûõ ÷àñòèö, çàâèñÿò îò èõ ðàçìåðà è

ñâîéñòâ: íåáîëüøèå íåïðîâîäÿùèå ÷àñòèöû ðàçìåðàìè äî 2000 À ìîãóò âëèÿòü íà ìèê-

ðîïëàçìåííûé ïðîáîé (ñì.ðàçä.3.5.2) è øóìîâûå õàðàêòåðèñòèêè, êðóïíûå ÷àñòèöû ìî-

ãóò îáðàçîâûâàòü òîêîâûå êàíàëû è ïðèâîäèòü ê ëîêàëüíîìó ðàçðóøàþùåìó ïðîáîþ.

Ìåòàëëè÷åñêèå ÷àñòèöû ìîãóò âûçûâàòü ïîâûøåííóþ îáðàòíóþ óòå÷êó, ïîíèæåíèå êî-

ýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ è íàïðÿæåíèÿ ïðîáîÿ.

Òàáëèöà 3.4

ВЛИЯНИЕ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ [9]

Âèä âíåøíåãî

âîçäåéñòâèÿ

Îñíîâíûå âûçûâàåìûå

èëè óñêîðÿåìûå ïðîöåññû

Òèïè÷íûå äåôåêòû

Ïîâûøåííàÿ

òåìïåðàòóðà

Âûñûõàíèå è äåôîðìàöèÿ, âûäå-

ëåíèå ëåòó÷èõ, ïëàâëåíèå, ðàñ-

òðåñêèâàíèå, ìèãðàöèÿ ïðèìå-

ñåé, èîíèçàöèÿ ïðèìåñåé, èçìå-

íåíèå ýëåêòðè÷åñêèõ ñâîéñòâ,

óâåëè÷åíèå ðàçìåðîâ

Ñíèæåíèå ïðåäåëüíî äîïóñòèìûõ

íàïðÿæåíèé (ïðîáîé), óõóäøåíèå

ýëåêòðè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê, ðàç-

ãåðìåòèçàöèÿ, îáðûâû, êîðîòêèå

çàìûêàíèÿ

Ïîíèæåííàÿ

òåìïåðàòóðà

Êîíäåíñàöèÿ âëàãè, ðàñòðåñêè-

âàíèå, èçìåíåíèå ýëåêòðè÷åñêèõ

ñâîéñòâ, óìåíüøåíèå ðàçìåðîâ

Ïðîáîé, óõóäøåíèå ýëåêòðè÷åñêèõ

õàðàêòåðèñòèê, ðàçãåðìåòèçàöèÿ,

îáðûâû, êîðîòêèå çàìûêàíèÿ

Ðåçêèå

èçìåíåíèÿ

òåìïåðàòóðû

Ìåõàíè÷åñêèå íàïðÿæåíèÿ â

ìåñòàõ ñïàÿ, ðàñòðåñêèâàíèå,

èçìåíåíèå ðàçìåðîâ

Ðàçãåðìåòèçàöèÿ, îáðûâû, êîðîò-

êèå çàìûêàíèÿ, óõóäøåíèå ýëåê-

òðè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê

Ïîâûøåííàÿ

îòíîñèòåëüíàÿ

âëàæíîñòü

Àäñîðáöèÿ è àáñîðáöèÿ, õèìè÷å-

ñêèå ðåàêöèè ñ âëàãîé, ýëåêòðî-

ëèç, êîððîçèÿ

Óõóäøåíèå ýëåêòðè÷åñêèõ õàðàê-

òåðèñòèê, íåñòàáèëüíîñòü, êîððî-

çèÿ âûâîäîâ è êîðïóñà, ïîâðåæäå-

íèå ïîêðûòèé

Ïîíèæåííîå

äàâëåíèå

Óõóäøåíèå òåïëîîòäà÷è, óìåíü-

øåíèå ïðîáèâíîãî íàïðÿæåíèÿ

Ïåðåãðåâ, íàðóæíûé ïðîáîé

Ìåõàíè÷åñêèå

âîçäåéñòâèÿ

(âèáðàöèÿ, óäàðû,

óñêîðåíèÿ)

Ìåõàíè÷åñêèå íàïðÿæåíèÿ,

óñòàëîñòü

Îáðûâû, êîðîòêèå çàìûêàíèÿ, ðàç-

ãåðìåòèçàöèÿ

128

3.7. Методы повышения и обеспечения надежности

Îáåñïå÷åíèå òðåáóåìîãî óðîâíÿ íàäåæíîñòè òðåáóåò ïðîâåäåíèÿ øèðî-

êîãî êîìïëåêñà ìåðîïðèÿòèé, âûïîëíÿåìûõ íà ñòàäèÿõ ïðîåêòèðîâàíèÿ,

èçãîòîâëåíèÿ è ýêñïëóàòàöèè [61]:

- íà ñòàäèè ïðîåêòèðîâàíèÿ (êîíñòðóêöèîííûå ìåòîäû) - âûáîð íî-

ìåíêëàòóðû íîðìèðóåìûõ ïîêàçàòåëåé íàäåæíîñòè, îïòèìàëüíûõ êîíñò-

ðóêòèâíûõ ñõåì è ìàòåðèàëîâ, ðàñ÷åò è ïðîãíîçèðîâàíèå ðåñóðñà íà îñíî-

âå èíôîðìàöèè î ìàòåðèàëàõ, íàãðóçêàõ è âîçäåéñòâèÿõ;

- íà ñòàäèè èçãîòîâëåíèÿ (òåõíîëîãè÷åñêèå ìåòîäû) - êîíòðîëü êà÷å-

ñòâà ìàòåðèàëîâ è èçäåëèé, îðãàíèçàöèÿ ðàöèîíàëüíûõ òåõíîëîãè÷åñêèõ

ïðîöåññîâ, ïðèìåíåíèå óïðî÷íÿþùèõ òåõíîëîãèé, êîíòðîëüíûå èñïûòàíèÿ;

- íà ñòàäèè ýêñïëóàòàöèè (ýêñïëóàòàöèîííûå ìåòîäû) - ñíèæåíèå

óðîâíÿ íàãðóçîê è âîçäåéñòâèé, äèàãíîñòèêà, ïðîãíîçèðîâàíèå èíäèâèäó-

àëüíîãî îñòàòî÷íîãî ðåñóðñà äëÿ îáåñïå÷åíèÿ ýêñïëóàòàöèè ïî òåõíè÷å-

ñêîìó ñîñòîÿíèþ, âûáîð îïòèìàëüíîé ñèñòåìû òåõíè÷åñêîãî îáñëóæèâàíèÿ

è ðåìîíòîâ, ïîâûøåíèå êà÷åñòâà âîññòàíîâëåíèÿ.

Ìíîãîîáðàçèå îáúåêòîâ ïî íàçíà÷åíèþ, ïðèíöèïó äåéñòâèÿ, êîíñòðóê-

öèîííûì îñîáåííîñòÿì, ïðîòåêàþùèì ïðîöåññàì, óñëîâèÿì è ðåæèìàì

ýêñïëóàòàöèè íå ïîçâîëÿåò ñâåñòè ðåêîìåíäàöèè ïî ïîâûøåíèþ è îáåñïå-

÷åíèþ èõ íàäåæíîñòè ê îãðàíè÷åííîìó ïåðå÷íþ ìåòîäîâ è ïðèåìîâ. Â êà-

æäîì êîíêðåòíîì ñëó÷àå äëÿ ýòèõ öåëåé òðåáóåòñÿ èíäèâèäóàëüíûé àíà-

ëèç è ãëóáîêîå èçó÷åíèå çàêîíîìåðíîñòåé ïðîòåêàþùèõ ïðîöåññîâ.

Â îáùåì âèäå îñíîâíûå ìåòîäû ïîâûøåíèÿ íàäåæíîñòè ýëåìåíòîâ

òåõíè÷åñêèõ ñèñòåì ìîãóò áûòü ñâåäåíû â ñëåäóþùèå îñíîâíûå ãðóïïû

[38,74,75]:

- ðàçðàáîòêà èëè âûáîð âûñîêîíàäåæíûõ äåòàëåé, óçëîâ, êîìïëåêòóþ-

ùèõ è äðóãèõ ñîñòàâíûõ ÷àñòåé ýëåìåíòîâ è ñèñòåì;

- ðàöèîíàëüíûé âûáîð è èñïîëüçîâàíèå êîíñòðóêöèîííûõ ìàòåðèàëîâ è

òåõíîëîãèé óïðî÷íåíèÿ;

- ñòàíäàðòèçàöèÿ è óíèôèêàöèÿ äåòàëåé, óçëîâ è åäèíèö îáîðóäîâàíèÿ;

- îïòèìèçàöèÿ ðåæèìîâ ôóíêöèîíèðîâàíèÿ ýëåìåíòîâ;

- çàùèòà ýëåìåíòîâ îò ïåðåãðóçîê;

- çàùèòà ýëåìåíòîâ îò íåáëàãîïðèÿòíîãî âîçäåéñòâèÿ ïåðåðàáàòûâàå-

ìûõ âåùåñòâ è îêðóæàþùåé ñðåäû;

- ñîçäàíèå ðàñïðåäåëåííûõ àâòîìàòèçèðîâàííûõ ñèñòåì óïðàâëåíèÿ è

êîíòðîëÿ;

- ðàçðàáîòêà è ïðîâåäåíèå íàó÷íî îáîñíîâàííîé ñèñòåìû òåõíè÷åñêîãî

îáñëóæèâàíèÿ è ðåìîíòà;

- àâòîìàòèçàöèÿ è ðîáîòîìåõàíèçàöèÿ ïðîöåññîâ èçãîòîâëåíèÿ äåòàëåé,

óçëîâ è åäèíèö îáîðóäîâàíèÿ;

- êîíòðîëü êà÷åñòâà èçãîòîâëåíèÿ;

- êîíòðîëü êà÷åñòâà ñáîðêè, ìîíòàæà, ðåìîíòà è ò.ä.

Îñíîâíûå ìåòîäû ïîâûøåíèÿ íàäåæíîñòè îòäåëüíûõ ýëåìåíòîâ â îñíîâíîì íàïðàâ-

ëåíû íà èñêëþ÷åíèå èëè çàìåäëåíèå ïðîöåññîâ, ñíèæàþùèõ èõ íàäåæíîñòü è ïðèâî-

äÿùèõ ê îòêàçàì. Â çàâèñèìîñòè îò íàçíà÷åíèÿ, õàðàêòåðà ïðîòåêàþùèõ ïðîöåññîâ, èñ-

ïûòûâàåìûõ íàãðóçîê è ïîëîæåíèÿ â ñòðóêòóðå òåõíè÷åñêîé ñèñòåìû ìîãóò èñïîëüçî-

âàòüñÿ ðàçëè÷íûå ìåòîäû ïîâûøåíèÿ íàäåæíîñòè ýëåìåíòîâ [8,13,38].

129

Íàïðèìåð, îòêàçû ìåõàíè÷åñêèõ óñòðîéñòâ ïðîèñõîäÿò â îñíîâíîì ïî ñëåäóþùèì

ïðè÷èíàì [14,38]: èçíîñ è íàðóøåíèå óñëîâèé òðåíèÿ, íåäîñòàòî÷íàÿ ïðî÷íîñòü, íåäî-

ïóñòèìûå äåôîðìàöèè, ñòàðåíèå, êîððîçèÿ è ýðîçèÿ ìàòåðèàëîâ, íàðóøåíèå ðåãóëèðî-

âîê è öåíòðîâîê, íàðóøåíèå êðåïëåíèÿ è ñîåäèíåíèÿ îòäåëüíûõ äåòàëåé è àãðåãàòîâ,

íåïðåäóñìîòðåííûå êîíòàêòû è ñîïðèêîñíîâåíèÿ äåòàëåé, íåïðàâèëüíîå íàçíà÷åíèå

äîïóñêîâ è ïîñàäîê. Ñîîòâåòñòâåííî îñíîâíûå ìåòîäû ïîâûøåíèÿ íàäåæíîñòè îòäåëü-

íûõ ýëåìåíòîâ ìåõàíè÷åñêèõ ñèñòåì â îñíîâíîì íàïðàâëåíû íà èñêëþ÷åíèå èëè çàìåä-

ëåíèå ïðîöåññîâ, ñíèæàþùèõ èõ íàäåæíîñòü è ïðèâîäÿùèõ ê îòêàçàì.

Ïî ìåñòó ïðîòåêàíèÿ âñå ýòè ïðîöåññû äåëÿòñÿ íà îáúåìíûå è ïîâåðõíîñòíûå

(ñì.ðàçä.3.1.2) è, ñîîòâåòñòâåííî, èõ èíòåíñèâíîñòü îïðåäåëÿåòñÿ îáúåìíûìè èëè ïî-

âåðõíîñòíûìè õàðàêòåðèñòèêàìè [33]. Âîïðîñû îáåñïå÷åíèÿ è óëó÷øåíèÿ îáúåìíûõ

õàðàêòåðèñòèê ìàòåðèàëîâ ðàçðàáîòàíû äîñòàòî÷íî ïîëíî, èçó÷åíû ôèçè÷åñêèå ìåõà-

íèçìû ïðîöåññîâ õðóïêîãî, âÿçêîãî, óñòàëîñòíîãî ðàçðóøåíèÿ è ïîëçó÷åñòè, ñóùåñòâó-

þò îòðàáîòàííûå ìåòîäû èíæåíåðíîãî ðàñ÷åòà ýëåìåíòîâ íà ïðî÷íîñòü. Îäíàêî ìíîãèå

ïðîöåññû ðàçðóøåíèÿ è ñòàðåíèÿ îïðåäåëÿþòñÿ ñîñòîÿíèåì è ñâîéñòâàìè ïîâåðõíîñò-

íûõ ñëîåâ ìàòåðèàëîâ (ñì.ðàçä.3.2.6), ïîýòîìó îáåñïå÷åíèå îáúåìíîé ïðî÷íîñòè íå

âñåãäà ãàðàíòèðóåò íàäåæíîñòü ýëåìåíòà â öåëîì. Òàê êàê ôèçè÷åñêèå ìåõàíèçìû ïðî-

öåññîâ è ÿâëåíèé ïðè ïîâåðõíîñòíîì ðàçðóøåíèè êîðåííûì îáðàçîì îòëè÷àþòñÿ îò

îáúåìíûõ ìåõàíèçìîâ, òî îáû÷íî íàèáîëüøóþ òðóäíîñòü ïðåäñòàâëÿåò âûáîð ìàòåðèà-

ëîâ è îáåñïå÷åíèå ïîâåðõíîñòíîé ïðî÷íîñòè ýëåìåíòîâ ñ ó÷åòîì êîíñòðóêòèâíûõ, òåõ-

íîëîãè÷åñêèõ è ýêñïëóàòàöèîííûõ òðåáîâàíèé [38].

Äëÿ áîëüøèíñòâà ýëåìåíòîâ âàæíûì, îòâåòñòâåííûì è ñëîæíûì ýòà-

ïîì ïðîåêòèðîâàíèÿ è êîíñòðóèðîâàíèÿ ÿâëÿåòñÿ âûáîð êîíñòðóêöèîííûõ

ìàòåðèàëîâ è òåõíîëîãèè èõ èçãîòîâëåíèÿ.

Íàèáîëåå ÷àñòîé ïðè÷èíîé îòêàçîâ áîëüøèíñòâà ìåõàíè÷åñêèõ óñòðîéñòâ (äî 80-

90%) ÿâëÿåòñÿ èçíîñ è íàðóøåíèå óñëîâèé òðåíèÿ [33]. Ïîýòîìó ïðîáëåìà òðèáîëî-

ãè÷åñêîé íàäåæíîñòè è ñâÿçàííàÿ ñ íåé çàäà÷à ðàöèîíàëüíîãî âûáîðà êîíñòðóêöèîííûõ

ìàòåðèàëîâ ÿâëÿþòñÿ öåíòðàëüíîé ïðîáëåìîé îáåñïå÷åíèÿ è ïîâûøåíèÿ ðåñóðñà èçäå-

ëèé ìàøèíîñòðîåíèÿ. Ìåòîäû îáåñïå÷åíèÿ òðèáîëîãè÷åñêîé íàäåæíîñòè ìåõàíè÷åñêèõ

ñèñòåì îñíîâàíû íà êîìïëåêñíîì àíàëèçå ïðîöåññîâ òðåíèÿ è èçíàøèâàíèÿ, íà ìåòîäàõ

ôèçè÷åñêîãî è ìàòåìàòè÷åñêîãî ìîäåëèðîâàíèÿ, èñïîëüçîâàíèè îïòèìàëüíûõ ìàòåðèà-

ëîâ è òåõíîëîãèé, èçíîñîñòîéêèõ è àíòèôðèêöèîííûõ ïîêðûòèé, îïòèìèçàöèè êîíñò-

ðóêöèé óçëîâ òðåíèÿ è àíàëèçå áîëüøîãî êîëè÷åñòâà ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ [24].

Ïðè êîíñòðóèðîâàíèè óçëîâ òðåíèÿ íåîáõîäèìî âûáèðàòü òàêîé âèä òðåíèÿ, ôîðìó

è ðàçìåðû òðóùèõñÿ ïîâåðõíîñòåé è äåòàëåé, ÷òîáû îáåñïå÷èòü â çàäàííîì äèàïàçîíå

ñêîðîñòåé è íàãðóçîê âûñîêóþ èçíîñîñòîéêîñòü ïðè îòñóòñòâèè ïîâðåæäàåìîñòè ðàáî-

÷èõ ïîâåðõíîñòåé. Ýòè çàäà÷è ðåøàþòñÿ ðàöèîíàëüíûì ñî÷åòàíèåì ìàòåðèàëîâ ýëåìåí-

òîâ óçëà òðåíèÿ, êîíñòðóêòèâíûìè è òåõíîëîãè÷åñêèìè ìåðîïðèÿòèÿìè, íàïðàâëåííûìè

íà óñòðàíåíèå îñíîâíûõ ïðè÷èí, âûçûâàþùèõ êîíêðåòíûé âèä ïîâðåæäàåìîñòè [8].

Êîíñòðóêöèîííûå ìåòîäû áîðüáû ñ êîððîçèîííûì ðàçðóøåíèåì ìàòåðèàëîâ, ðàáî-

òàþùèõ â àãðåññèâíûõ ñðåäàõ, ïîçâîëÿþò èñêëþ÷èòü êîððîçèþ èëè ïåðåâåñòè åå â ìå-

íåå ðàçðóøèòåëüíûå ôîðìû. Ñîâðåìåííûå ìåòîäû çàùèòû îò êîððîçèè âêëþ÷àþò

îïòèìàëüíîå êîíñòðóèðîâàíèå ýëåìåíòîâ, ðàáîòàþùèõ â àãðåññèâíûõ ñðåäàõ, ðàöèî-

íàëüíûé âûáîð ìàòåðèàëîâ, ñòîéêèõ ê êîððîçèîííîìó ðàçðóøåíèþ, èçîëÿöèþ ìàòåðèà-

ëîâ îò ïðÿìîãî âîçäåéñòâèÿ ñðåäû çà ñ÷åò ïðèìåíåíèÿ ðàçëè÷íûõ çàùèòíûõ ïîêðûòèé,

ñíèæåíèå àãðåññèâíîñòè ñðåäû ïóòåì åå ïðåîáðàçîâàíèÿ èëè çàìåíû, èñïîëüçîâàíèå

ìåòîäîâ ýëåêòðîõèìè÷åñêîé çàùèòû è äð. [8,24] Ïðè ðàçðàáîòêå êîíñòðóêöèè äåòàëåé è

óçëîâ íåîáõîäèìî â ïåðâóþ î÷åðåäü óñòðàíèòü âîçìîæíîñòü âîçíèêíîâåíèÿ íàèáîëåå

ðàçðóøèòåëüíûõ ìåñòíûõ âèäîâ êîððîçèè [76].

Ê ìàòåðèàëàì, ðàáîòàþùèì â ñðåäå áûñòðîòåêóùåé æèäêîñòè, ïðåäúÿâëÿþòñÿ òàê-

æå ïîâûøåííûå òðåáîâàíèÿ êîíñòðóêöèîííîé ïðî÷íîñòè, êîððîçèîííîé è ýðîçèîííîé

ñòîéêîñòè [77].

Â ïðîöåññàõ èçíàøèâàíèÿ, óñòàëîñòíîãî, êîððîçèîííîãî è ýðîçèîííîãî ðàçðóøåíèÿ

âàæíóþ ðîëü èãðàþò ñîñòîÿíèå è ñâîéñòâà ïîâåðõíîñòíîãî ñëîÿ ìàòåðèàëà ýëåìåíòà.

Ôîðìèðîâàíèå ýòîãî ñëîÿ îáû÷íî ïðîèñõîäèò ïðè îêîí÷àòåëüíîé îáðàáîòêå äåòàëåé. Â

íàñòîÿùåå âðåìÿ ðàçðàáîòàíî ìíîãî òåõíîëîãè÷åñêèõ ìåòîäîâ èçìåíåíèÿ ñîñòîÿíèÿ,

ñòðóêòóðû è ñâîéñòâ ïîâåðõíîñòíîãî ñëîÿ ìàòåðèàëîâ, ïðèäàþùèõ åìó çàäàííûå ñâîé-

ñòâà è çíà÷èòåëüíî ïîâûøàþùèõ íàäåæíîñòü è äîëãîâå÷íîñòü ýëåìåíòîâ [8]. Îíè

âêëþ÷àþò óïðî÷íåíèå ïëàñòè÷åñêèì äåôîðìèðîâàíèåì (íàêëåïîì), ìåõàíè÷åñêóþ, òåð-

ìîìåõàíè÷åñêóþ è õèìèêîòåðìè÷åñêóþ îáðàáîòêó, ïîâåðõíîñòíóþ çàêàëêó, íàïëàâêó è

íàïûëåíèå ìàòåðèàëîâ, ïðèìåíåíèå ýëåêòðîëèòè÷åñêèõ è õèìè÷åñêèõ ïîêðûòèé, ýëåê-

òðîèñêðîâîå óïðî÷íåíèå è ïîêðûòèå ïîëèìåðíûìè ìàòåðèàëàìè è ò.ä.

130

Ýêñïëóàòàöèîííûå ìåòîäû îáåñïå÷åíèÿ è ïîâûøåíèÿ íàäåæíîñòè â

îñíîâíîì íàïðàâëåíû íà ðåøåíèå äâóõ îñíîâíûõ çàäà÷: âûáîðà äîïóñòè-

ìûõ õàðàêòåðèñòèê íàãðóæåíèÿ, óñëîâèé ýêñïëóàòàöèè è ïàðàìåòðîâ ñðåäû

è íàçíà÷åíèÿ îïòèìàëüíûõ ðåãëàìåíòîâ ýêñïëóàòàöèè è äîñòèæåíèè âûñî-

êîãî êà÷åñòâà òåõíè÷åñêîãî îáñëóæèâàíèÿ è ðåìîíòà (ñì.ãë.7) [8]. Ðåøåíèå

ïåðâîé çàäà÷è ÷àñòî ïðåäóñìàòðèâàåò âûáîð îïòèìàëüíûõ òèïîðàçìåðîâ

ýëåìåíòîâ èëè ñèñòåì, îáåñïå÷èâàþùåãî òðåáóåìûå ïîêàçàòåëè íàäåæíî-

ñòè â çàäàííûõ óñëîâèÿõ ýêñïëóàòàöèè.

Ýôôåêò óâåëè÷åíèÿ íàäåæíîñòè òåõíè÷åñêîé ñèñòåìû, äîñòèãàåìûé

ïîâûøåíèåì íàäåæíîñòè ýëåìåíòîâ, òåì çíà÷èòåëüíåå, ÷åì ñëîæíåå ñèñ-

òåìà è ÷åì áîëüøå â íåé ýëåìåíòîâ. Îäíàêî ÷àùå âñåãî áîëåå íàäåæíûå

ýëåìåíòû èìåþò áîëüøèå ãàáàðèòû è ìàññó, áîëåå ñëîæíóþ ñîáñòâåííóþ

ñòðóêòóðó è, êàê ïðàâèëî, áîëåå âûñîêóþ ñòîèìîñòü. Êðîìå òîãî, îñóùåñò-

âëåíèå íåêîòîðûõ ìåòîäîâ ïîâûøåíèÿ íàäåæíîñòè ýëåìåíòîâ òðåáóåò ïðî-

âåäåíèÿ äîñòàòî÷íî ñëîæíûõ êîíñòðóêòèâíûõ, òåõíîëîãè÷åñêèõ, ýêñïëóà-

òàöèîííûõ è îðãàíèçàöèîííûõ ìåðîïðèÿòèé. Ïîýòîìó â êàæäîì êîíêðåò-

íîì ñëó÷àå íåîáõîäèìî ñîîòíåñòè ïîëåçíûé ýôôåêò îò ïîâûøåíèÿ íàäåæ-

íîñòè ýëåìåíòà ñ çàòðàòàìè íà åå îñóùåñòâëåíèå.

×àñòî èñïîëüçîâàíèå ìåòîäîâ ïîâûøåíèÿ íàäåæíîñòè ýëåìåíòîâ íå äà-

åò çíà÷èòåëüíîãî ýôôåêòà èëè íåîñóùåñòâèìî ïî ðàçëè÷íûì ïðè÷èíàì. Â

ýòèõ ñëó÷àÿõ ïîâûøåíèå íàäåæíîñòè òåõíè÷åñêîé ñèñòåìû âîçìîæíî

òîëüêî â ðåçóëüòàòå èçìåíåíèÿ åå ñòðóêòóðíîé ñõåìû (ñì.ãë.5).

Ëèòåðàòóðà

1. Ãíåäåíêî Á.Â., Áåëÿåâ Þ.Ê., Ñîëîâüåâ À.Ä. Ìàòåìàòè÷åñêèå ìåòîäû â òåîðèè

íàäåæíîñòè.- Ì.: Íàóêà, 1965.- 524 ñ.

2. Áàçîâñêèé È. Íàäåæíîñòü: òåîðèÿ è ïðàêòèêà.- Ì.: Ìèð, 1965.- 373 ñ.

3. Áàðëîó Ð.Å., Ïðîøàí Ô. Ìàòåìàòè÷åñêàÿ òåîðèÿ íàäåæíîñòè. - Ì.: Ñîâ.ðàäèî,

1969.- 541ñ.

4. Ñïðàâî÷íèê ïî íàäåæíîñòè. Â 3-õ ò.- Ì.: Ìèð, 1969-1970.

5. Øîð ß.Á. Ñòàòèñòè÷åñêèå ìåòîäû àíàëèçà è êîíòðîëÿ êà÷åñòâà è íàäåæíîñòè ïðî-

ìûøëåííîé ïðîäóêöèè.- Ì.: Çíàíèå, 1968.- 284 ñ.

6. Áàðçèëîâè÷ Å.Þ. è äð. Âîïðîñû ìàòåìàòè÷åñêîé òåîðèè íàäåæíîñòè.- Ì.: Ðàäèî

è ñâÿçü, 1983.- 376 ñ.

7. Áåðøàäñêèé Ë.È. Ôèçè÷åñêàÿ íàäåæíîñòü ìåõàíè÷åñêèõ îáúåêòîâ.- Êèåâ: Çíàíèå,

1978.- 44 ñ.

8. Êîñòåöêèé Á.È. è äð. Íàäåæíîñòü è äîëãîâå÷íîñòü ìàøèí.- Êèåâ: Òåõíèêà, 1975.-

408 ñ.

9. Ìåëàìåäîâ È.Ì. Ôèçè÷åñêèå îñíîâû íàäåæíîñòè.- Ë.: Ýíåðãèÿ, 1970.- 152 ñ.

10. Áîëîòèí Â.Â. Ìåòîäû òåîðèè âåðîÿòíîñòåé è òåîðèè íàäåæíîñòè â ðàñ÷åòàõ ñî-

îðóæåíèé.- Ì.: Ñòðîéèçäàò, 1982.- 351 ñ.

11. Êóáàðåâ À.È. Íàäåæíîñòü â ìàøèíîñòðîåíèè.-Ì.: Èçä-âî ñòàíäàðòîâ,1989.-224 ñ.

12. Âàí-Áþðåí. Äåôåêòû â êðèñòàëëàõ. Ì.: Èçä-âî èíîñòð.ëèò., 1962.

13. Ïðîíèêîâ À.Ñ. Íàäåæíîñòü ìàøèí.- Ì.: Ìàøèíîñòðîåíèå, 1978.- 592 ñ.

14. Íàäåæíîñòü è ýôôåêòèâíîñòü â òåõíèêå: Ñïðàâî÷íèê: Â 10 ò. Ò.5. Ïðîåêòíûé

àíàëèç íàäåæíîñòè.- Ì.: Ìàøèíîñòðîåíèå, 1988.- 316 ñ.

15. Àëåêñååâ Ã.Í. Ïðåîáðàçîâàíèå ýíåðãèè.- Ì.: Íàóêà, 1966.

16. Íàóìîâ Â.À. Îñíîâû íàäåæíîñòè è äîëãîâå÷íîñòè â ìàøèíîñòðîåíèè.- Îìñê:

Îìñêèé ïîëèòåõí. èí-ò, 1972.- 332 ñ.

17. Ëèõòìàí Â.È., Ùóêèí Å.Ä., Ðåáèíäåð Ï.À. Ôèçèêî-õèìè÷åñêàÿ ìåõàíèêà ìå-

òàëëîâ.- Ì.: Èçä-âî ÀÍ ÑÑÑÐ, 1962.

18. Ôèçè÷åñêèé ýíöèêëîïåäè÷åñêèé ñëîâàðü.- Ì.: Ñîâ.ýíöèêëîïåäèÿ, 1983.- 928 ñ.

19. Õèìè÷åñêèé ýíöèêëîïåäè÷åñêèé ñëîâàðü.- Ì.: Ñîâ.ýíöèêëîïåäèÿ, 1983.- 793 ñ.