Elektronika va asbobsozlik

4-MA’RUZA.


Mavzu: Qattiq organik dielektrik materiallar.


Reja:
1.Radioelektronikada qo‘llanadigan qattiq organik dielek­triklar
2.Polimerlangan dielektriklar


Tayanch iboralar: suspenazion polistirol, zarbga chidamli polistirol, polietilenlar, yub polietilen, o‘b polietilen, pb polietilen, vulkanizatsiyalanuvchi polietilen, nurlantirilgan polietilen

Radioelektronikada qo‘llanadigan qattiq organik dielek­triklar bir yoki bir nechta boshlang‘ich modda — monomerlarning o‘n va yuz minglab molekulalaridan tashkil topgan yuqori polimer materiallardir.

Monomerlar kimyoviy reaksiyaga oson kirishib, katta molekular massali yangi yuqori polimer materiallar (polimerlar) ni hosil qiladigan oddiy kimyoviy moddalardir.
Polimer molekulalarida monomer molekulalari shartli ravishda chiziqchalar bilan tasvirlanuvchi kimyoviy bog‘lanishlar kuchlari orqali o‘zaro mustahkam bog‘langan bo‘ladi. Masalan, boshlang‘ich monomer modda A ning molekulalari birlashib, ya’ni yuqori polimer modda molekulalari
-A—A—A—A—A—A—A
—A—A—A—
ni hosil qiladi.
Polimerlarning katta molekulalari yuqorida tasvirlangan kabi ipga tizilgandek chiziq shaklda, ya’ni chiziqli tuzilishda bo‘lishi mumkin. Chiziqli molekulalardan tashkil top­gan polimerlar chiziqli polimerlar deb ataladi. Ular odatda isitilganda yumshashi mumkin, ya’ni termoplastik materiallar xisoblanadi. Ko‘p polimerlarning molekulalarini uchala yunalish bo‘yicha o‘stirish mumkin, ya’ni fazoviy tuzilishga ega. Fazoviy o‘stirilgan molekulalardan tashkil topgan polimerlar fazo­viy polimerlar deb ataladi. Bu polimerlar nisbatan mo‘rt isitilganda yumshamaydi, ya’ni termoreaktiv materiallar xi­soblanadi. Kauchuklar, polistirol, polietilenlar chiziqli polimerlarga sintetik smolalar (bakelitlar, polikarbonatlar va b.) fazoviy polimerlarga kiradi.
Katta polimer molekulalarining to‘la kimyoviy formulasini yozish juda qiyin, shuning uchun ularning kimyoviy formulalari qisqartirilgan holda yoziladi, masalan; -A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-. . .= (—A—)_g. Qavs ichida polimer molekulasining p marta takrorlanuvchi bitta bo‘g‘ini yozilgan. Bundagi p polimerlash darajasi deb ataladi. U polimer mo-lekulasi nechta monomer molekulasidan tashkil topganligini (o‘rtacha) ko‘rsatadi. Polimer molekulasi qancha ko‘p monomer molekulasidan tashkil topgan bo‘lsa, uning molekular massasi shuncha yuqori bo‘ladi.
Polimerlar amorf yoki kristall tuzilishga ega bo‘lishi mumkin. Ba’zi polimerlar kristall modda bilan birga amorf moddani ham o‘z ichiga oladi. Yuqori polimerli materiallar tabiiy (tabiiy kauchuk qaxrabo) va sintetik (sintetik kauchuk polistirol, polieti­len) bo‘lishi mumkin. Tabiiy dielektriklar zamonaviy radio­elektronika talablarini qoniktirmaydi, shuning uchun xozirgi vaqtda asosan sintetik yuqori polimer dielektriklar ishlatiladi. Ularni polimerlash yoki polikondensatsiya reaksiyalari natijasida olish mumkin. Olinish usuliga qarab sintetik dielektriklar polimerizatsiey va polikondensatsion dielektriklarga bo‘linadi.
2. Polimerlangan dielektriklar.
Polimerlanish — boshlang‘ich monomer molekulalari birlashib, yangi yuqori polimer material hosil bo‘lishi jarayonidir. Polimerlanish reaksiyasining o‘ziga xos xususiyati shuki, uni o‘tkazish natijasida moddaning elementar tarkibi o‘zgarmaydi. Bu esa olinadigan polimerning kimyoviy sofligini, binobarin, moddaning elektr xarakteristikalari yuqori darajada bo‘lishini taxminlaydi. Shuning uchun polimerlangan dielektriklar radioelektronikada keng qo‘llanadi.
Misol sifatida amorf dielektrik — polistirolning olinishini ko‘rib chiqamiz. U boshlang‘ich monomer modda — stirol N₂S = SN—S₆N₅ ni polimerlash natijasida olinadi. Stirol 145°S da qaynaydigan shaffof rangsiz suyuqlikdir. Agar sti­rol bosqichma-bosqich, avval 90—110°S, keyin 180—230°S gacha kizdirilsa, u polimerlanish jarayoniga duch keladi. Bu jarayon stirolga boshqa modda qo‘shilmasdan (initsiatorlarsiz) o‘tsa, termik Polimerlanish deb ataladi. Bunda stirol mole­kulalari orasidagi ko‘sh kimyoviy bog‘lanish (ko‘sh chiziqcha bilan belgilangan) uziladi va uning qo‘shni molekulasiga o‘tadi. Polimerlanish jarayoni natijasida stirol molekulalari bir-biri bilan qo‘shilib, katta yuqori polimer material polistirol molekulasini hosil kiladi. Polimerlanish jarayoni ushbu ko‘rinishda yoziladi:

Polistirolning polimerlanish darajasi p keng chegarada o‘zgarib turadi. Demak polistirol turli kattalikdagi yirik molekulalardan tashkil topgan. Keng qo‘llanadigan polistirollarning molekular massasi polimerlanish darajasiga bog‘liq ravishda 50000—200000 ni tashkil etadi. Monomer — stirolning molekular massasi 104 ga teng. Polistirolning zichligi o‘rtacha 1050 kg/m³ ga teng. Polistirol molekulalarining tuzilishi chizshush, biroz nosimmetrikligi sababli u kuchsiz qutblangan dielektriklar qatoriga kiradi. S₆N₅ guruhining qutbliligi shunchalik kamki, Polistirolning dielektrik singdiruvchanligi va ham kichik va qo‘yilgan kuchlanish chastotasiga bog‘liq bo‘lmaydi. Shu sababli polistirol yuqori chastotali dielektriklar qatoriga kiradi va radioelektronikada keng qo‘llanadi. Polistirol termoplastik shaffof dielektrikdir.
Blokli polistirol shaffof plastina, chivik va listlar shaklida ishlab chiqariladi. Bu buyumlar 120—140°S gacha qizdirilgan, qisman polimerlangan stirolni metall qoliplarga quyish yo‘li bilan olinadi va ularda polimerlanish ja­rayoni tugallanadi. Sovigandan so‘ng koliplardan blokli (shaklli) polistirol chiqarib olinadi. Blokli polistirol o‘zining kimyoviy sofligi, binobarin, 20°S da xarakteristikalari yuqorit darajada bo‘lishi bilan farq kiladi.
_10¹⁵ Omm; _s  10¹⁶Om; _r= 2,4; = (24) • 10^-4
(1MGs chastotada); Ye_m=30ZbMV/m (qalinligi 1 mm); sovuqqa chidamliligi — (4050)°S.
Blokli polistiroldan izolyatsiyalovchi plitalar, dielektrikli antennalar, O‘YuCh to‘lqin o‘tkazgichlarning, qismlari va boshqa radiodetallar tayyorlanadi. Blokli polistroldan yasalgan buyumlarga har xil mexanik ishlov berish (egovlash, yunish, silliqlash) mumkin. Blokli polistirolning asosiy texnologik kamchiligi shundaki, undan radiodetallar tayyorlashda albatta mexanik ishlov berish kerak Bu ishlar ancha vaqtni oladi, shuningdek chiqindi ko‘p chiqadi. Yumshatilgan polistiroldan polistirol dona (granula) larini olish mum­kin. Bu donalarni bosim ostida quyish usuli bilan buyumlar olinadi. Buning uchun polistirol donalarini zanglamaydigan po‘lat idishga solib, elektr bilan isitiladi. 120°S da suyuq polistirol po‘lat yig‘ma qoliplarga bosim ostiga kiritiladi.
Suspenazion polistirol qizdirib presslash yoki bosim ostida qo‘yish usuli bilan radiodetallar olinadigan kukun har xildagi moddadir. Suspenzion polistirol blokli polistirolga nisbatan texnologiyasi qulay materialdir, biroq u stirolni ishqorli moddalarning suvli eritmasida polimerlash usuli bilan olinishi sababli ishqorli modda bilan biroz ifloslangan bo‘ladi. Shuning uchun suspenzion polistiroldan langan buyumlarning elektr xarakteristikalari blokli poli tiroldan ishlangan buyumlarnikiga nisbatan yomon.

Blokli va suspenzion polistrollardan yasalgan detallarning mexanik va fizik-kimyoviy xarakteristikalari _r=4045 MPa; _b = 6080 MPa;
a=2028 kJ/m²; issiqbardoshlik (Martens bo‘yicha) 70-80°S; sovuqbardoshlik -40°S; nam yutuvchanlik ko‘pi bilan 0,01% (24 soat davomida).
Polistirollar neytral eritgichlar (benzol, toluol, ksi­lol) da yaxshi eriydi, biroq spirt, benzin va o‘simlik yog‘larida erimaydi. Ulardan yasalgan buyumlar ishqor va kislotalar ta’sirida parchalanmaydi. Bunday buyumlar ish temperaturasining yuqori chegarasi 65—70°S. Polistirol materialda tartibsiz joylashgan chiziqli tuzilishga ega molekulalardan tashkil topgan, shuning uchun u nisbatan mo‘rt material xisoblanadi. Yumshatilgan polistirolni ingichka tirqish (filg‘era) dan cho‘zib chiqarib olinadi, bu esa uning ko‘p molekulalari cho‘zilish yunalishida joylashib qolishiga imkon beradi. Qalinligi 20100 mkm va kengligi 201OO mm li polistirol plyonkasi (stiroplyonka) shu usul bilan olinadi. Polistirol plyonkalar blokli polistirol bilan bir xil elektr xarakteristikalarga ega. Stiroplyonkalarning elektr mustahkamligi 100150 MV/m; temperaturalar- ning joiz oralig‘i –50⁰ dan + 70°S gacha.
Stiroplyonkalardan yuqori chastotali (f=500 kGs) kabellarda va polistirol plyonkali kondensatorlarda yumshoq izolyatsion material sifatida foydalaniladi. Barcha turdagi polistirollarning asosiy kamchiligi issiqbardoshligi nisba­tan kichik (70—80°S) va zarbga chidamliligi uncha yuqori emasligidir.
Zarbga chidamli polistirol stirol bilan sintetik kauchuk yoki stirol bilan akrilnitril va kauchukni qo‘shib polimerlashdan olingan maxsulotdir. U oq oq-sariq va boshqa ranglardagi noshaffof (kamdan-kam xollarda yarim shaffof) materialdir. Zarbga chidamli polistirollarning asosiy xususiyati shundaki, issiqbardoshlik darajasi va ishchi tempe­raturalarning yuqori chegarasi (6570°S) saqlangan holda zarbiy qovushoqlik darajasi yuqori (a=4050 kJ/m²).
Zarbga chidamli polistirollarning elektr xarakteristikalari blokli polistirollarnikidan pastroq bo‘ladi. Bunday polistirollar asosan radioapparatlarning zarblarga nisbatan mexanik mustahkamligi orttirilgan qismlarida ishlatiladi. Sovuqbardoshligi—60^SS ga teng.
Polietilenlar — yuqori polimer dielektrnklar bo‘lib, gaz holatdagi modda — etilen N₂S = SN₂ni o‘rtacha yoki past bosimda polimerlash usuli bilan olinadi. Etilenni polimerlash jarayonidagi bosim qiymatiga bog‘liq ravishda ular yuqori bosimli (YuB), past bosimli (PB) va o‘rtacha bosimli (UB) polietilenlarga bo‘linadi. Hamma polietilenlar tarkibida bir xil miqdorda kristall va amorf moddalar bo‘ladi.
Polietilenlar yuqori darajada kimyoviy sof qutbsiz dielektriklardir, binobarin ular qo‘yilgan kuchlanishga bog‘liq bo‘lmagan yuqori darajadagi elektr xarakteristikalarga ega. Shuning uchun turli Polietilenlar namlikni kam, yutadigan va kimyoviy chidamliligi yuqori bo‘lgan yuqori chas­totali dielektriklar hisoblanadi. Polietilenlarning hamma turlari oqish-kulrang tusda bo‘lib, donador yoki kukun xolidagi termoplastik moddalardir. Polietilendan yasalgan buyumlar bosim ostida issiq holda presslash, eritib quyish va ekstro‘ziya usulida olinadi. Ekstro‘ziya usuli yuqori chas­totali kabellarni izolyatsiyalashda, shuningdek izolyatsiyalovchi naylar tayyorlashda qo‘llanadi.
YuB polietilen — etilenni yuqori bosimda (200 MPa) suyultirish usuli bilan olinadi. Polimerlash jarayoni 180— 200°S temperaturada o‘tadi. Bunday polietilen tarkibida 60% ga yaqin kristall modda va 40% amorf modda bo‘lib, erish temperaturasi yaxshi (108°S). YuB polietilen juda yumshoq (elastik), bu esa uni yuqori chastotali simlar va kabellarni izolyatsiyalashda qo‘llashga imkon beradi.
YuB polietilendan asosan yuqori chastotali simlar va kabellarning egiluvchan izolyatsiyasi, izolyatsiyalovchi shlanglar, naychalar, elektr izolyatsion plyonkalar tayyorlanadi.
O‘B polietilen — eritkich (ksilol) da 5 MPa bosim va 130150°S temperatura sharoitida olinadi. Polietilenning bu turi 90% kristall modda va 10% amorf moddadan iborat. U YuB polietilendan zichligi nisbatan kattaligi (960 kg/m³), kattikligi va erish temperaturasi (130°S) bilan farq kiladi.
O‘B polietilenning mexanik va elektr xarakteristikalari YuB va PB polietilenlarniki bilan bir xil. Qo‘llanish sohasi blokli polistirolniki bilan bir xil (to‘lkin o‘tkazgichlarning qismlari, diapazonlar ulagichining izolyatsiyalovchi detallari, izolyatsiyalovchi platalar va b.)
PB polietilen — kichik bosimda (3 MPa) va 60—80°S da maxsus katalizatorlar vositasida olinadi. Polietilenning bu turi 80—85% kristall modda va 15—20% amorf moddadan iborat bo‘lib, egiluvchan emas. PB polietilenning erish tem­peraturasi 135°S. U shoxsimon elastik materialdan (zichligi 950 kg/m³) iborat, mexanik xarakteristikalari yaxshilangan: _b=2540 MPa; _eg=2535 MPa. PB polietilenning issiqbardoshligi, sovuqbardoshligi va elektr xarakteristikalari YuB polietilenniki bilan bir xil, nam yutuvchanligi esa yuqori (0,03%). PB polietilenning qo‘llanish sohasi polistirol­niki bilan bir xil.
Barcha turdagi polietilenlarning afzalligi shundaki, ular kimyoviy jihatdan turg‘un, namga chidamli bo‘lib, chastotalarning keng oralig‘ida barqaror yuqori elektr xarakteristikalarga ega. Polietilenlarni o‘zaro ulash oson va ularga mexanik ishlov berish qulay. 50°S gacha temperaturada ular hech qanday eritgichda erimaydi.
Polietilenlarning kamchiliklari qatoriga issiqbardoshligining yuqori emasligini, yorug‘lik nurlari ta’sirida eskirib, elektr, ayniqsa mexanik xarakteristikalarining pasayib ketishini keltirish mumkin. Yuqori chastotali kabellarning quyosh radiatsiyasi ta’sirida bo‘ladigan tanki qobiqlari sifatida YuB polietilendan foydalanishda unga 0,3—0,5% gaz qurumi qo‘shiladi. Gaz qurumi polietilen bilan yaxshi birikib, uning yorug‘lik ta’sirida eskirish jarayonini ancha sekinlashtiradi.
Yuqorida aytilgan polietilen turlarining kamchiliklari issiqlikka nisbatan plastikligi, yonuvchanligi va ish temperaturasining nisbatan pastligi (70°S) dir. Bu kamchiliklarni bartaraf etish maqsadida polietilenning yangi turlari-vulkanizatsiyalanuvchi va nurlantirilgan polietilenlar yaratildi.
Vulkanizatsiyalanuvchi polietilen polietilenga organik pe-roksidlar qo‘shib tayyorlanadi. Bunda mazkur peroksidlar issiklik bilan ishlov berish natijasida polietilen molekulalarining ulangan strukturasini hosil qiladi. Polietilen molekulalarining ulanishi natijasida u termoreaktiv polimerga aylanib, yumshamaydigan material bo‘lib koladi. Vul­kanizatsiyalanuvchi polietilen yaxshi egiluvchan bo‘lib, undan radio montaj simlarining izolyatsiyasi sifatida foydalanish mumkin.
Nurlantirilgan polietilen polietilenga ionlovchi nurlanishlar ta’sir ettirish natijasida hosil kilinadi. Nurlanish orqali berilgan energiya polietilen molekulalarini ko‘ndalangiga ulaydi. Nurlantirilgan polietilen to‘rsimon tuzilishga ega bo‘lsa, termoreaktiv, ya’ni qizitganda erimaydigan bo‘lib qoladi. Odatda izolyatsiyalangan tayyor detallar va sim­lar nurlantiriladi. Polietilenning bu ikki turining elektr xarakteristikalari YuB, O‘B va PB polietilenlarniki bilan bir xil.
Poliformalg‘degid — termoplastik material, undan bosim ostida qaynoq quyish yoki ekstro‘ziya usuli bilan buyumlar yasaladi, tarkibi: 20% amorf modda, 80% kristall modda; u po­lietilen kabi aniq suyuqlanish temperaturasiga (170°S) ega. Poliformalg‘degid materialidan yasalgan buyumlarni turli ranglarga bo‘yash mumkin.
Poliformalg‘degidning o‘ziga xos xususiyatlari quyidagilar: mexanik xarakteristikalari yuqori, yemirilishga chidam­li, ishqalanish koeffitsienti juda kichik va o‘lchamlari turg‘un saqlanadi, mana shu xususiyatlari undan elektr izolyatsiya materiali sifatidagina emas, balki radioapparaturalarda konstruksiya detallari uchun ham foydalanish imkonini beradi. Poliformalg‘degidga har kanday mexanik ishlov berish mumkin. Undan chervyakli o‘zatmalarning detallari va shesternyalar tayyorlash mumkin, bunda u katta tezliklarda shovqinsiz ishlaydi, shuningdek radioapparatlardagi burash dastalari tayyorlanadi.
Turg‘unlashtirilgan poliformalg‘degidlarning hamma turlari issiqlikka ancha chidamli va uning ta’sirida tez eskirmaydi; ularning termik destruksiyasi (issiqlik ta’sirida or­ganik dielektrikning teshilishi) 260-270°S da boshlanadi. Bunda zaxarli modda hisoblanuvchi monomer (gaz — formalg‘­degid) ajraladi. Turg‘unlashtirilmagan poliformalg‘degidda termik destruksiya 110°S dayok boshlanadi.
Radioelektronikada issiqbardoshligi 150°S (Vik metodi bo‘yicha), sovuqbardoshligi—70°S bo‘lgan turg‘unlashtirilgan poliformalg‘degidlar qo‘llanadi. Uzoq muddat ishlashi mum­kin bo‘lgan temperaturalar oralig‘i
-60 dan +120°S gacha.
Turg‘unlashtirilgan poliformalg‘degidlar kimyoviy chidam­liligi yuqoriligi bilan boshqalaridan farq qiladi. Masalan, ular 50°S dan past temperaturalarda hech qaysi eritgichda erimaydi va ularga eritilgan kislotalar, ishqorlar, shuningdek surkov moylari ta’sir etmaydi. Qarab chiqilgan dielektriklar (polistirollar, polietilenlar, poliformalg‘­degidlar) yonuvchi moddalardir. Polivinilxlorid molekulalarining strukturasi quyidagicha:

Oppoq rangli kukun shaklida olinadigan polivinilxlorid termoplastik qutbli dielektrik bo‘lib, undan issiq presslash, bosim ostida quyish yoki ekstruksiya usulida buyum­lar tayyorlanadi. Bu buyumlarni polivinilxloridga mos bo‘yovchilarni kiritish bilan turli ranglarga bo‘yash mumkin. Amorf tuzilishli bu materialning o‘ziga xos xususiyatlari quyidagilar: kimyoviy chidamliligi yuqori, yongin va iqlimga chidamli. Polivinilxloriddan viniplast va plastikat olina­di. Plastikat radioqurilmalarda keng qo‘llanadi.
Polivinilxloridli plastikat - yumshoq egiluvchan mate­rial, 60—70% polivinilxlorid va 30—40% plastifikatorlar (qo‘yiq yog‘simon sintetik suyuqliklar) dan tashkil topgan. Bundan tashqari, plastikat tarkibiga bo‘yovchi moddalar, to‘ldiruvchilar, barqarorlashtirgichlar kiradi, ular kukunsimon polivinilxlorid xamiriga aralashtiriladi. Hosil qilingan bir jinsli aralashmani qizdirilgan po‘lat vallar orasidan bir necha marta o‘tkaziladi. Bunday ishlov berish natijasida qalinligi 0,5—1,75 mm va eni 10—105 mm li lenta yoki mayda uvoqlar shaklidagi yumshoq elastik material olinadi.
Plastifikatorlar materialni yumshoq qiladi va uning sovuqqa chidamliligini oshiradi, ammo boshqa har qanday aralashma kabi elektr xarakteristikalarini pasaytiradi. Bo‘yovchilar va barqarorlashtirgichlar uning yoruglik ta’siridan yemirilishini kamaytiradi.
Polivinilxloridli plastikat 0,1 MGs gacha chastotalar uchun qo‘llanadigan termoplastik kutbli dielektrik hisoblanadi. Plastikatlar REA da turli rangdagi montaj simlarining izolyatorlari sifatida keng qo‘llanadi, shuningdek ulardan yuqori chastotali kabellarning ximoya qobig‘i (shlanglar) tayyorlanadi.
Plastikat ko‘k, qora, sariq va boshqa ranglarda bo‘lishi mumkin. Bu bo‘yovchi ranglar materialni yorug‘lik ta’siridan himoyalash, shuningdek REA dagi montaj simlarini osongina farqlash uchun kiritiladi. Plastikat bo‘yovchi modda qo‘shilmagan bo‘lsa, sarg‘ish shaffof material ko‘rinishida bo‘ladi. Undan izolyatsiyalovchi naylar va yopishqoq izolyatsion lentalar ham tayyorlanadi. Bu materiallarning yo‘l qo‘yilishi mumkin bo‘lgan ish temperaturasi 60—75°S dir.

Adabiyotlar:

1)K.P.Bogorodiskiy, V.V.Pasinkov, “Elektrotexnicheskiy materiali”1985g

2)I.Xolikulov,M.M.Nishonova”Elektron texnika materiallari“ Toshkent shark 2006y
3)N.V.Nikulin, V.A.Nazarov ”Radiomateriallar va komponentlar “ Toshkent