第五章其他材料的失效.ppt

第五章????其他材料的失效 非金属材料的失效 电子器件的失效 金属材料 非金属材料 高分子材料 复合材料 无机非金属材料：玻璃、陶瓷、混凝土 一、高分子材料的失效—老化 老化：由于环境因素的物理、化学或生物作用，导致其物理化学性能和机械性能逐渐退化，以至最终丧失使用功能的现象 高分子材料的老化实质上是高分子的降解、交联及物理过程引起的次价键的破坏等过程 工程机械橡胶密封件常见的失效形式 老化：橡胶化学结构发生改变,丧失原有性能造成密封失效,占失效原因20%左右 使用或安装不当：造成密封性能得不到正常发挥或遭到损坏,占失效原因5%左右 撕裂：橡胶密封件承受不了高压液体或气体的压力而被机械性破坏, 占失效原因20%左右 磨损：用于动密封处的密封件因与其他零件的相对运动,其密封尺寸磨损后丧失,占失效原因30%左右 变形：橡胶密封件因长时间受压缩或拉伸,发生较大的塑性变形,失去其密封性能,占失效原因25%左右 橡胶件三种常见典型断口 脆性断口 韧性断口 创伤断口 高分子破坏的表现 表面形态和色泽的改变：污渍、斑点、失泽、变色 物理性能的改变：溶解性、溶胀性、流变性、耐温性、渗透性 力学性能的改变：拉伸、弯曲、冲击强度的变化 电学性能的变化：介电常数、绝缘性能的变化 二、无机非金属材料的失效—腐蚀 种类繁多 天然材料 (岩石, 石棉…) 合成材料（铸石，陶瓷，混凝土, 玻璃, 石墨等） 无机材料在环境作用下的腐蚀破坏 表面腐蚀 内部腐蚀 三、复合材料的失效 复合材料是非均质结构材料，由两种或两种以上截然不同的相构成，相之间是化学或机械结合 复合材料中一相为连续相，为基体；另一相为分散相，为增强材料；基体和分散相间存在相界面 分散相：纤维、颗粒状或弥散填料 复合材料的性能影响因素 弥散组元、集体的固有性能 弥散组元的几何尺寸 弥散组元与基体间界面特性 分类 按基体材料分类：金属基、聚合物基、陶瓷基、石墨基、水泥基复合材料 按增强材料形态分类：连续纤维增强、短纤维增强、粒状填料等复合材料 按增强纤维种类分类：玻璃纤维、碳纤维、有机纤维、金属纤维、陶瓷纤维、混杂纤维复合材料 复合材料的分类 纤维增强复合材料，需要考虑单根纤维的损坏 拉断：脆断、韧性断裂、轴向撕裂 疲劳 其他形状 压缩 熔化 单向纤维复合材料在疲劳载荷下的损伤机理 纤维断裂 粘合界面分离 基体开裂 粘合界面剪切损坏 环境条件对复合材料性能恶化的影响 纤维和树脂间不同的膨胀系数导致内应力的产生 组元（特别是树脂）的性能随温度而变化 蠕变抗力随温度剧烈变化 复合材料的腐蚀 1、金属基复合材料 金属基体与纤维增强物的界面结合方式 物理结合 溶解与浸润结合 反应结合 耐蚀性 金属基复合材料比一般金属基体的耐蚀性差 合金元素在界面处偏析 围绕增强物相产生残余应力 在增强物周围基体中位错密度升高 界面处有空洞 制备过程中基体与增强材料发生反应导致活性界面层 界面层的电偶效应 2、非金属基复合材料 界面结合 界面浸润作用 化学键作用 物理吸附作用 扩散作用 腐蚀途径 腐蚀介质对基体的影响：物理腐蚀、化学腐蚀 腐蚀介质对增强纤维的影响 腐蚀介质通过工艺过程中形成的气泡及应力破坏形成的通道进入 基体内的杂质遇腐蚀介质后，溶解产生渗透压然后形成微裂纹，使介质进入 介质沿界面渗入 腐蚀介质对界面的影响 腐蚀机制 水解 氧化反应引起断键 应力开裂 聚合物的溶胀与溶解 溶出 渗透压引起的破坏 纤维、树脂脱粘 二、电子器件失效分析 电子系统零件细小，结构复杂，失效分析必然面临独特挑战 电子零件的失效包括常规的机械断裂，还有特殊现象，如起弧、电迁移等 1、电子器件失效分析术语 失效模式：引起可观察到失效特征（断路、短路、漏电）的设备故障的性质 失效缺陷：引起设备故障的实际缺陷（微裂纹、裂纹扩展） 失效机理：产生失效缺陷的现象（电迁移、腐蚀） 失效起因：使失效机理起作用的现象（高电流密度、应力集中） 3、大多数电子组件主要失效机理 变形 疲劳 磨损 腐蚀 电子器件和机械零件的机械失效机理 4、组合元件和集成电路半导体装置的失效机理 伴随事件的电应力失效：电超载及静电放电 与材料有关的内在失效机理：晶体缺陷 与连接、钝化和包装等外在因素有关的失效机理：金属敷镀层、电致迁移、腐蚀、封装 离子污染引起的逆转：半导体玻璃表面含有污染物 5、失效分析过程 电子器件有缺陷的第一个迹象通常是电学性能达不到要求 电学试验中观察到的现象：断路、短路、原因不明的机能不良 电子器件的失效分析步骤 打开封装前的检查 打开封装，取出封装物 检查封装内部 取下 选定的层面 确定失效部位 确定失效原因、机理和功能 模拟实验及最终检查 电子器件失效分析技术 照相和光学显微镜 X射线或射线照相术进行电子器件检验 红外热成像术