Биологические факторы (микроорганизмы, грибки, термиты), влияющие на надежность и работоспособность РЭА. Методы борьбы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ»

ИНСТИТУТ НЕПРЕРЫВНОГО И ДИСТАНЦИОННОГО ОБРАЗОВАНИЯ

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Биологические факторы (микроорганизмы, грибки, термиты), влияющие на надежность и работоспособность РЭА. Методы борьбы

С.В. Грибушина

Санкт-Петербург 2020

Введение

Условия эксплуатации РЭА характеризуются комплексом параметров, которые называются внешними воздействующими факторами. Эти факторы имеют различную физико-химическую природу, изменяются в широких пределах и подразделяются на климатические, механические и радиационные.

Климатическими факторами являются: изменение температуры и влажности окружающей среды; тепловой удар; изменение атмосферного давления; наличие дождя, движущихся потоков пыли или песка; солнечное облучение; присутствие активных веществ в окружающей атмосфере; грибковые образования (плесень); наличие микроорганизмов, насекомых и грызунов.

Биологические воздействия, в которых находятся РЭА, определяются совокупностью воздействующих биологических факторов. Биологический фактор (биофактор) -- это организмы или их сообщества, вызывающие нарушение работоспособного состояния объекта. Событие, состоящее в выходе какого-либо параметра РЭА под действием биофактора за границы называют биологическим повреждением (биоповреждением).

Виды биоповреждений

Анализ биоповреждений позволяет выделить 4 их вида (рис.1)

Рисунок 1.

Механическое разрушение ЭС вызывается в основном макроорганизмами, т.е. организмами, имеющими размеры, сравнимые с габаритами изделий. Макроразрушение при контакте может произойти в результате столкновения, прогрызания и уничтожения изделия, например при столкновении птиц с самолетами и антеннами радиолокационных станций, прогрызании материалов грызунами (крысами, зайцами, белками, слепышами и| др.), а также открыточелюстными насекомыми (главным образом различными видами термитов и муравьев). Уничтожение материалов и изделий происходит в основном в процессе питания организмов.

Ухудшение эксплуатационных параметров ЭС вызывается биозагрязнением, биозасорением и биообрастанием. Биозагрязнением называют выделения организмов и продукты их жизнедеятельности, воздействие которых в результате смачивания водой или впитывания влаги из воздуха приводит к изменению параметров изделий. Биозасорение ЭС связано с наличием спор грибов и бактерий, семян растений, частей мицелия грибов, помета птиц, выделений организмов, отмирающих организмов. Обрастание бактериями, грибами, водорослями, губками, моллюсками и другими организмами поверхностей ЭС усиливает коррозию металлов.

Биохимическое разрушение -- наиболее широко распространенный вид биоповреждений, но вместе с тем и наиболее трудно поддающийся изучению, так как вызывается в основном микроорганизмами -- любыми организмами, имеющими микроскопические размеры и не видимыми невооруженным глазом.

Этот вид разрушения разделяют на два подвида: биологическое потребление материалов в процессе питания микроорганизмов и химическое воздействие выделяющихся при этом веществ. Биологическое потребление связано с предварительным химическим разрушением ферментами исходного материала иногда только одного компонента (обычно низкомолекулярного соединения, например пластификатора, стабилизатора). Такое разрушение открывает путь физико-химической коррозии, приводит к ухудшению термодинамических свойств материала и его механическому разрушению под действием эксплуатационных нагрузок. Химическое действие продуктов обмена повышает агрессивность среды, стимулирует процессы коррозии.

Физико-химическая коррозия на границе материал - организм обусловлена воздействием амино- и органических кислот, а также продуктов гидролиза. В основе этого вида биоповреждения, называемого биокоррозией, лежат электрохимические процессы коррозии металлов под действием микроорганизмов.

Характер процессов и механизмов биоповреждений и их влияние на материалы и изделия тесно связаны с ростом и размножением организмов, которым необходимо постоянно пополнять энергию от внешних источников.

радиоэлектронный биологический повреждение

Биофактор как источник биоповреждения

Подавляющее большинство (от 50 до 80 %) повреждений РЭА обусловлено воздействием на них микроорганизмов (бактерий, плесневых грибов и др.), развитие и жизнедеятельность которых определяются внешними воздействующими факторами: физическими (влажность и температура среды, давление, радиация и т.д.), химическими (состав и реакция среды, ее окислительно-восстановительные действия), биологическими. Наибольшее влияние на активность микроорганизмов оказывают температура и влажность.

Бактерии -- самая многочисленная и распространенная группа микроорганизмов, имеющих одноклеточное строение. Бактерии быстро размножаются и легко приспосабливаются к изменяющимся физическим, химическим и биологическим условиям среды благодаря тому, что они могут адаптивно образовывать ферменты, необходимые для трансформации питательных сред. Одна из особенностей микроорганизмов-- их способность к спорообразованию. Образование спор у бактерий не связано с процессом размножения, а служит приспособлением к выживанию в неблагоприятных условиях внешней среды (недостатке питательных веществ, высушивании, изменении рН среды и т. д.), причем из одной клетки формируется только одна спора. Размножение бактерий осуществляется путем деления клеток.

Плесневые грибы, играющие доминирующую роль среди микроорганизмов, отличаются от бактерий более сложным строением. Клетки грибов имеют сильно вытянутую форму и напоминают нити -- гифы. Гифы ветвятся и переплетаются, образуя мицелий или грибницу. Особенность грибов -- разнообразие способов их размножения: обрывками мицелия, спорами, оидиями, конидиями. Оптимальными условиями для развития большинства плесневых грибов являются высокая влажность (более 85%), температура +20...30°С и неподвижность воздуха. Большую роль при заселении материалов бактериями и грибами играет способность спор адсорбироваться на гладкой поверхности.

Действие микроорганизмов на материалы и элементы РЭА объясняется тем, что благодаря микроскопическим размерам гифы и споры проникают в углубления и трещины материала, прорастают в них, образуя мицелий, который, быстро распространяясь по субстрату, вызывает изменение массы, водопоглощения и степени гидрофобности. Обрастание микроорганизмами зависит от химического состава и строения материала, микрофлоры окружающей среды, наличия загрязнений (органических и неорганических) в воздухе, климатических условий и избирательности действия сообществ организмов. В первую очередь грибы поражают материалы, содержащие питательные для них вещества. Это ткани из натуральных волокон, белковые клеи, углеводороды, пластмассы, краски, остатки флюсов, растворителей и др.

Используя эти материалы в качестве источников углерода и энергии, грибы приводят их в негодность. Однако порче подвергаются и материалы, не содержащие никаких питательных веществ, например разрастание мицелия на поверхности оптического стекла. После удаления грибного налета на стекле остаются следы, напоминающие мицелий, -- «рисунок травления». - это следствие разрушения стекла продуктами метаболизма, из которых наиболее агрессивными являются органические кислоты (лимонная, уксусная, щавелевая, винная, яблочная и др.).

Органические кислоты и другие метаболиты, обладая высокой проводимостью, могут быть основной причиной снижения удельных поверхностного и объемного сопротивлений материалов, напряжения пробоя, увеличения тангенса угла диэлектрических потерь, разрушения лакокрасочных покрытий. Эти кислоты, как отмечалось, стимулируют коррозию металлов, которая наносит не меньший вред, чем бактерии.

Под влиянием плесени значительно возрастает интенсивность старения пластмасс, а прочность некоторых стеклопластиков снижается на 20...30 %.

Развитие плесневых грибов на электроизоляционных материалах ухудшает их диэлектрические свойства. Образование плесени на поверхностях печатных плат вследствие высокого содержания влаги в клетках грибов (до 90%) приводит к коротким замыканиям между токоведущими частями. Исследования в электронной промышленности показали, что 45 % готовых ИС содержат споры плесневых грибов 19 видов. Источниками их являются руки рабочих, технологические среды и воздух в помещениях. Зарастание ИС колониями «черной плесени» дает 40,7% брака. Применение горячих операций на начальных стадиях технологического процесса значительно уменьшает число колоний. Благоприятное действие оказывает и аэрация воздуха в производственных помещениях.

Среди насекомых наибольший вред причиняют термиты -- «белые муравьи», которые повреждают материалы и изделия, расположенные на пути к пище, месту окукливания и строительства гнезд. Наличие щелей, углублений и других укрытий может привлекать насекомых. Шероховатая поверхность удобна для их передвижения. На холодные предметы насекомые не садятся, а теплые их привлекают. Термиты сначала выгрызают в материале небольшие полости, затем их обживают, вызывая биозасорение и биозагрязнение изделий.

Разрушениям подвергаются, прежде всего, целлюлозосодержащие (дерево, картон, бумага) и мягкие синтетические материалы и изделия из пенополиуретана, губчатого полиэтилена, пенополистирола, фенопластов с целлюлозными наполнителями, поливинилхлоридных трубок, резины на основе натурального каучука, стеклопластика на основе ЭДМ-2-2, стеклоткани, пропитанной клеем БФ-2, и т.д. Большие скопления насекомых часто служат причиной коротких замыканий и прочих нарушений работы ЭС.

Среди других видов насекомых наиболее опасны моль (повреждает натуральные и искусственные ткани), жуки-кожееды (разрушают кабели и покрытия), муравьи (засоряют и загрязняют изделия).

Грызуны наносят в основном механические повреждения, вызывающие обрывы, замыкания и нарушения герметизации. В мире известно около 140 видов грызунов, из которых наибольший вред причиняют серая, черная, пластинчатозубая и туркестанская крысы, домовая, полевая, лесная и азиатская мыши, белки, бобры, ондатры, кроты, слепыши, зайцы. Грызуны повреждают различные приборы, тару и упаковку, теплоизоляционные материалы, резинотехнические изделия, пленки, кабель и т. д. Помимо прямого уничтожения сырья, материалов, изделий грызуны загрязняют их экскрементами, шерстью.

Методы борьбы

Защитные покрытия.

Для защиты поверхности металлических и неметаллических материалов от агрессивной внешней среды применяют различные покрытия, которые по назначению делят на три группы: защитные, защитно-декоративные и специальные.

Защитные покрытия предназначены для защиты деталей от коррозии, старения, высыхания, гниения и других процессов, вызывающих выход аппаратуры из строя.

Защитно-декоративные покрытия наряду с обеспечением защиты деталей придают им красивый внешний вид.

Специальные покрытия придают поверхности деталей особые свойства или защищают их от влияния особых сред.

По способу получения все покрытия разделяют на металлические и неметаллические.

Металлические покрытия - покрытия, нанесенные горячим способом, гальванические, диффузионные и металлические на диэлектриках.

Неметаллические покрытия - покрытия лаками, эмалями, грунтовками, а также противокоррозионное покрытие пластмассами.

Выбор того или иного вида покрытия в каждом конкретном случае зависит от материала детали, ее функционального назначения и условий эксплуатации.

Для борьбы с плесневыми грибками применяют три способа:

Способ 1 - использование материалов, не склонных к образованию на них плесени (применение этого метода ограничивается возможностями выбора материалов).

Способ 2 - изменение внутреннего климата в аппаратуре, имеющее цель лишить плесневые грибки благоприятной базы для развития (здесь главным образом требуется принимать меры к снижению влажности воздуха, так как саморазогрев как отдельных микросхем, так и полностью всей аппаратуры лишает грибки благоприятной температуры).

Способ 3 - добавление в состав лака или эмали, которыми покрывают поверхность деталей, специальных химических веществ - фунгицидов.

Герметизация элементов, узлов, устройств или всего прибора.

При этом способе защиты в зависимости от степени чувствительности тех или иных элементов или узлов к воздействию агрессивной среды и от их конструктивных особенностей применяют различные способы герметизации, отличающиеся как методом исполнения, так сложностью и стоимостью.

Известны способы герметизации с помощью изоляционных материалов и непроницаемых для газов оболочек.

Защита изделий изоляционными материалами может производиться пропиткой, заливкой, обволакиванием и опрессовкой.

Пропитка изделий состоит в заполнении имеющихся в них каналов электроизоляционным материалом. Одновременно с заполнением каналов при пропитке на всех элементах конструкции образуется тонкий изоляционный слой, защищающий от воздействия агрессивной среды. Одновременно с защитными функциями пропиточный материал повышает электрическую прочность изделия, скрепляет механически его отдельные элементы, во многих случаях улучшает теплопроводность.

Пропитку осуществляют погружением изделий в жидкий изоляционный материал. После извлечения изделия материал отвердевает. Процесс отверждения может происходить при нормальной температуре или с внешним подогревом. При использовании полимеризующихся пропиточных материалов необходимо применять специальные ускорители.

При герметизации заливкой все свободные полости в изделии, в том числе и пространство между элементами и корпусом, заливают электроизоляционным материалом, который после отверждения образует достаточно толстый защитный слой. Заливку изделия можно производить в его постоянном корпусе или использовать для этого специальные разъемные формы, которые после отверждения материала удаляются.

Герметизация обволакиванием по технике исполнения аналогична операции пропитки, однако здесь используют вязкие изоляционные материалы, обладающие хорошей адгезией к элементам изделия. Слой материала, образующегося на поверхности деталей, сравнительно толст (от долей до нескольких миллиметров) и надежно защищает их от воздействия агрессивной среды.

Защита изделий непроницаемыми для газов оболочками - наиболее совершенный способ защиты узлов и устройств РЭА, так как кроме эффективной защиты он может обладать возможностью разгерметизации в производственных условиях и при эксплуатации для выполнения ремонта изделий.

Условия нормальной работы изделий, защищенных вакуумно-плотной герметизацией, зависят не только от качества герметизации, но и от защиты от агрессивных компонентов, входящих в материалы и среду защищаемого объема. Выделение свободных молекул воды и других агрессивных веществ в герметизированном объеме изделия может свести к минимуму эффективность вакуумно-плотной герметизации. При разработке герметичных корпусов следует учитывать условия эксплуатации и, прежде всего, изменение барометрического давления, внешние механические воздействия и возможные перепады температуры.

Вакуумно-плотная герметизация может быть выполнена с неразъемными и разъемными швами. Первую используют для защиты малогабаритных узлов и устройств, вторую - для сравнительно больших блоков, требующих профилактической проверки и нуждающихся в смене ее отдельных элементов.

Неразъемные герметичные конструкции делают со швами, выполняемыми пайкой, сваркой, заливкой, склеиванием или замазкой специальными компаундами (герметиками). В разъемных герметичных конструкциях между соединяемыми деталями помещают эластичную прокладку, а в герметизируемый объем - влагопоглотитель, например силикагель. Условие непроницаемости такого герметичного соединения - сохранение во все время его службы контактного давления между прокладкой и соединяемыми поверхностями.

Применяют металлические (из свинца, красной меди) и неметаллические (резиновые) прокладки. При стягивании винтами металлические прокладки деформируются при превышении предела текучести. При использовании резиновых прокладок уплотнение достигается действием остаточных упругих деформаций.

Список литературы

1. Пряников В.С. Прогнозирование отказов полупроводниковых приборов. М.: Энергия 1978 - 112с.

2. Журавлева А.В. Радиоэлектроника. - М.: Издательский центр «Академия», 2005.

3. Журнал «Радио», 2005г., 2006г., 2007г: № 1-12, 2008г.: № 1-4.

4. Аксенов А.И., Нефедов А.В. Элементы схемы бытовой радиоаппаратуры. - М.: Радио и связь, 1995.

Размещено на Allbest.ru