Yuav Ua Li Cas Thermal Expansion Mismatch Ntawm PFA thiab Internal Metal Core Hloov Cov Txheej Txheem Kev Ncaj Ncees Raws Li Thermal Cycling?

Txhua PFA-encapsulated immersion rhaub muaj hlau cua sov tub ntxhais, feem ntau ntawm Incoloy 825, titanium los yog stainless hlau 316, surrounded los ntawm ib txheej ntawm PFA. PFA txheej yog extruded ncaj qha mus rau cov hlau los yog siv raws li lub tshav kub -shrink tube nrog ib tug nruab nrab adhesive bonding txheej. Cov txheej txheem kev sib txuas no feem ntau yog 0.05-0.20 mm tuab hauv cov khoom siv hluav taws xob ua lag luam thiab muaj ob txoj haujlwm tseem ceeb: nws thauj cov cua sov los ntawm cov tub ntxhais hlau mus rau sab nrauv PFA sheath, thiab nws tiv thaiv delamination uas tuaj yeem ua rau muaj kev nkag mus rau cov dej noo thiab hluav taws xob. PFA (100–120 ppm / degree) thiab cov tub ntxhais hlau (14–18 ppm / degree) muaj cov coefficient ntawm thermal expansion (CTE) uas txawv ntawm ib ncig ntawm rau. Tshaj qhov ntev ntawm 30 cm PFA nrhiav kom nthuav dav 0.8-1.2% ntau dua li cov tub ntxhais hlau thaum lub sij hawm txhua lub voj voog cua sov los ntawm ambient mus rau kev ua hauj lwm kub (xws li, 25℃mus rau 150℃rau high kub acid da dej). Qhov sib txawv ntawm qhov nthuav dav no ua rau muaj kev ntxhov siab ntawm kev sib tsoo ntawm PFA-hlau interface, tsom mus rau qhov kawg ntawm thaj tsam sib koom. Cov txheej txheem kev sib txuas, feem ntau yog hloov kho fluoropolymer lossis silane-raws li kev txhawb nqa adhesion, yuav tsum lees txais qhov kev ntxhov siab ntawm kev sib tsoo no yam tsis ua haujlwm (cohesive lossis nplaum). Rov ua dua qhov kub thiab txias maj mam ua rau cov txheej txheem sib txuas los ntawm kev qaug zog ntawm cov txheej txheem, nws thiaj li ua rau thaj chaw delamination thiab lub rhaub tsis ua haujlwm ntxov.

Kev loj hlob ntawm Shear Stress ntawm Bonding Interface Ua los ntawm CTE Mismatch.
Qhov sib txawv ntawm thermal expansion coefficients ua rau cov kev ntxhov siab tsis sib xws, txawm hais tias ib qho chaw hauv zos heev, ntawm qhov kawg ntawm thaj tsam sib koom. Siv lub tshuab rhaub nrog 50cm ntev hlau core tag nrog PFA. Qhov pub dawb (tsis muaj) PFA yuav elongate los ntawm ib ncig ntawm 0.125 hli ib cm ntev (CTE 110 ppm /℃× 125 degree=0.01375 mm / cm) los yog 0.69 mm tshaj 50 cm thaum rhuab ntawm 25℃mus rau 150℃. Cov tub ntxhais hlau dawb yuav nthuav dav li 0.020 hli ib cm (CTE 16 ppm /℃× 125 degree=0.002 mm / cm) los yog 0.10 mm tshaj 50 cm. Qhov sib txawv ntawm 0.59 hli no yuav tsum tau them nyiaj los ntawm shear deformation ntawm cov txheej txheem sib txuas. Rau ib txheej txheej ntawm 50 cm ntev, qhov nruab nrab shear strain tsuas yog 0.59 mm / 50 cm=0.0012 (0.12%) uas tsis tseem ceeb. Txawm li cas los xij, cov txheej txheem kev sib txuas tsis yog ib txwm deformed tshaj nws qhov ntev. Hauv nruab nrab ntawm thaj chaw sib koom ua ke PFA thiab hlau raug yuam kom mus ua ke thiab cov txheeb ze hloov chaw yog xoom. Qhov kawg ntawm thaj tsam sib koom yuav tsum tuav tag nrho 0.59 hli ntawm qhov sib txawv ntawm qhov sib txawv ntawm qhov luv luv -feem ntau 2-5 hli los ntawm qhov kawg ntawm daim ntawv cog lus. Qhov no ua rau muaj qhov sib txawv ntawm qhov sib txawv ntawm 50 mus rau 100 npaug ntawm cov kab mob. Finite element modeling ntawm ib tug pa PFA-on-hlau rhaub nrog ib tug 0.10 hli tuab bonding txheej kwv yees lub ncov shear stresses ntawm qhov kev txiav txim ntawm 15-25% ntawm daim ntawv cog lus xaus rau 125℃kub nce.

Rau feem ntau hloov kho fluoropolymer adhesives, lub shear strain ntawm 15-25% nyob rau hauv cov ntaub ntawv txheej sib npaug rau ib tug shear stress ntawm 3-6 MPa, raws li lub shear modulus (txog 20-30 MPa nyob rau hauv rubbery mob saum lub iav hloov kub). Qhov kev ntxhov siab no yog qis dua qhov kawg ntawm lub zog shear ntawm cov txheej txheem tshiab tshiab (feem ntau 8-12 MPa). Cov txheej txheem sib koom ua ke muaj sia nyob ib puag ncig kev kub ntxhov. Txawm li cas los xij, tib lub ncov shear kev ntxhov siab yog rov ua dua txhua lub voj voog ua rau qaug zog ua rau pib. Lub neej qaug zog ntawm cov hlua khi tuaj yeem piav qhia los ntawm txoj cai lij choj: Nf=A × (σshear) −b, qhov twg b feem ntau nyob nruab nrab ntawm 5 thiab 8 rau fluoropolymer adhesives. Kev ntxhov siab ntawm 5 MPa tuaj yeem ua rau tsis ua haujlwm ntawm 10,000 cycles tab sis qhov nro ntawm 3 MPa tuaj yeem ua rau lub neej dhau 50,000 cycles. Hauv kev xyaum, qhov no txhais tau hais tias cov cua sov uas ua haujlwm nrog qhov kub ntawm qhov kub ntawm 125℃(xws li . 25℃mus rau 150℃) yuav muaj kev sib txuas cov txheej txheem qaug zog lub neej ntawm 5,000-15,000 cycles, tab sis lub rhaub nrog lub viav vias ntawm 60℃(xws li . 30℃mus rau 9040℃, 0.

Mechanisms thiab Detection ntawm Delamination Propagation
Thaum qhov qaug zog kev puas tsuaj pib ntawm daim ntawv cog lus xaus, lub delamination propagates inwardly raws lub interface ntawm ob txoj kev. Thawj mechanism yog cyclic shear qaug zog. Nyob rau hauv txhua lub voj voog cua sov tib yam kev faib tawm yog siv thiab cov kab nrib pleb hauv ntej yog propagated 10-50 $\\mu$m ib lub voj voog nyob ntawm qhov kev ntxhov siab ntawm qhov tawg. Raws li qhov delamination tsim ntev dua, qhov sib txuas ntev yuav luv dua thiab cov shear strain ntawm qhov tawg tshiab nce vim tias tag nrho qhov sib txawv ntawm qhov sib txawv yuav tsum tau nyob rau hauv ib qho luv luv daim ntawv cog lus ntev. Qhov kev tawm tswv yim zoo no ua rau muaj kev nthuav dav ntxiv: kev delamination tsim rau 10% ntawm tag nrho daim ntawv cog lus ntev kev paub txog kev sib tsoo cov kab txiav tawm 10-20% siab dua qhov pib daim ntawv cog lus kawg, ua rau nws nthuav tawm sai dua. Txoj kev thib ob yog kev tawm tsam rau ib puag ncig. Hauv cov kev pabcuam corrosive xws li cov kua qaub da dej, cov tshuaj ntxuav cov tshuaj caustic los yog cov tshuaj chlorine ntub dej qhov nruab nrab hnyav yog ua phem rau hauv qhov sib txawv delamination los ntawm capillary. Cov tshuaj tua kab mob los ntawm kev sib txuas ntawm nws tus kheej los yog qhov chaw ntawm cov tub ntxhais hlau, hloov cov delamination los ntawm cov neeg kho tshuab qaug zog tag nrho mus rau qhov tawg-pab cuam tshuam. Kev soj ntsuam tsis ua haujlwm ntawm PFA cov cua sov siv nyob rau hauv semiconductor ntub lub rooj zaum qhia tau hais tias 70% ntawm delamination tsis ua hauj lwm yog nyob rau ntawm daim ntawv cog lus xaus rau cov txheej txheem kua piv rau 30% ntawm qhuav (sab sauv) daim ntawv cog lus kawg saum cov kua kab. Qhov no qhia tau hais tias ib puag ncig wicking propagates qhov tsis ua hauj lwm los ntawm ib qho ntawm 3-5.

Kev ntsuas hluav taws xob ib ntus yuav tsum tau kuaj xyuas delamination ntawm cov txheej txheem ua ntej kev puas tsuaj loj. Lub peev xwm nruab nrab ntawm cov tub ntxhais hlau thiab sab nrauv hauv av electrode ntawm lub tshuab hluav taws xob PFA tag nrho nrog PFA tsis tu ncua yog nyob ruaj khov txhua lub sijhawm. Hauv cov txheej txheem delamination, qhov sib txawv ntawm huab cua yog tsim los ntawm lub interface. Lub dielectric qhov tsis tu ncua ntawm huab cua yog kwv yees li 1.0, thiab PFA yog 2.1. Yog li, ib feem delaminated yog manifested raws li qis dua -capacitance seem. Ntsuas lub capacitance raws lub rhaub ntev los yog siv ib qho segmented sab nraud electrode los yog los ntawm kev txhais ib qho electrode clamp. Localized delamination yog qhia los ntawm kev hloov pauv ntawm ntau dua 15% ntawm cov seem 5 cm nyob ib sab. Yog tias lub tshuab cua sov muaj lub dav hlau hauv av embedded rau hauv PFA sheath (ntau dua rau kev nyab xeeb- cov qauv ntsuas), ntsuas qhov insulating tsis kam ntawm cov tub ntxhais hlau thiab lub dav hlau hauv av. Cov txiaj ntsig tau poob los ntawm 100-500 MΩ mus rau 10-50 MΩ tshaj 6-12 lub hlis, qhia txog qhov tseem ceeb delamination thiab noo noo infiltration rau hauv qhov sib txawv.

Variations hauv Bonding Layer Design thiab Fatigue Behavior
Tsis yog tag nrho PFA-rau- txoj kev sib khi hlau yog qhov sib npaug ntawm qhov kub thiab txias. Muaj plaub lub tswv yim tsim kho, txhua tus siv cov lus teb sib txawv rau CTE kev ntxhov siab tsis sib haum. Thawj, feem ntau qaug zog tiv taus, txoj hauv kev sib txuas cov chemically etched hlau core nrog ib txheej txheej ntawm hloov PFA nrog cov pab pawg neeg reactive (maleic anhydride lossis zoo sib xws coupling agents). Lub primer chemically reacts nrog cov hlau oxide txheej los tsim ib tug covalent interface, tsis tsuas yog ib tug nplaum. Cov qauv no muab 50,000 mus rau 100,000 cycles ntawm kev sib txuas txheej shear qaug zog lub neej ntawm ΔT=100℃. Qhov thib ob txoj kev koom nrog kev sib cuam tshuam ntawm cov khoom siv, qhov twg cov tub ntxhais hlau yog sandblasted mus rau qhov chaw ntxhib (Ra=3}-5 µm) thiab PFA ncaj qha extruded mus rau qhov ntxhib nto yam tsis muaj cov nplaum ntxiv. PFA nkag mus rau saum npoo asperities ua rau lub tshuab xauv. Txoj hauv kev no ua rau lub neej qaug zog ntawm 20,000-40,000 cycles, tab sis ua tsis tiav los ntawm ib qho kev sib txawv, piv txwv li PFA rips tawm ntawm cov asperities es tsis yog daim ntawv cog lus ua tsis tau zoo. Qhov thib peb txoj kev yog ua raws li cov seem seem compression los ntawm lub shrink haum ntawm lub tshav kub-shrunk PFA raj hla ib tug du hlau core uas tsis muaj kev kho deg. Lub neej qaug zog sib txawv heev, los ntawm 2,000 mus rau 15,000 cycles, nyob ntawm cov nplaum chemistry.

Cov lus hauv qab no qhia txog kev kwv yees lub neej qaug zog ntawm daim ntawv cog lus rau txhua txoj kev tsim khoom raws li kev ua haujlwm ntawm thermal voj voog magnitude (ΔT), qhov siab tshaj plaws ua haujlwm kub thiab qhov hnyav ntawm cov tshuaj ib puag ncig.

Kev tsim kho txoj kev Bonding Max ΔT per Cycle (degree)