高分子封装材料中空穴不稳定增长的分析与研究

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空穴生成现象是在一定的环境和载荷条件下,非线性材料中突然出现空穴,致使材料可能发生破坏的情况。由于高聚物电子封装件在回流焊接过程中常常发生“爆米花”式的爆裂,经过前人的研究,由于高聚物材料的微孔性和吸湿性促使高聚物电子封装件在异地储存和运输过程中从周围环境中吸收大量的潮气,这些潮气或以气相或以液相的形式被压缩在高聚物材料中的微孔中。在电子封装回流焊接的过程中,整个电子封装件暴露在温度高达220℃的环境中,微孔中的潮气迅速汽化并产生一定的蒸汽压力。在这样的条件下,蒸汽压力能达到足够高的水平以至于使微孔不稳定增长、合并直到破裂,从而导致电子封装件产生分层,当裂纹达到材料外部时,水蒸汽迅速释放并产生可听得见的类似“爆米花”式的爆裂,从而引起封装的失效。所以研究高聚物材料的破坏行为有重要意义。 本文基于有限变形理论,对高分子电子封装材料中的空穴生成与增长的不稳定性问题进行了系统的理论分析和数值模拟,获得了一些新的理论结果和数值计算结果。主要的工作如下: 分别研究了组成电子封装的不可压超弹性材料和热超弹性材料中空穴的不稳定增长的问题。对两种蒸汽压力模型进行了研究:第一种是饱和的蒸汽压力,也就是随着封装中空穴的增大,空穴内表面受到的单位面积上的蒸汽压力是不变的。第二种是不饱和的蒸汽压力,也就是随着封装中空穴的增大,空穴内表面受到的总的蒸汽压力是不变的。从这两方面我们分别得到了使空穴不稳定增长的临界载荷的大小。同时我们还发现,对于不可压超弹性材料来说,预存微孔越大,导致预存微孔不稳定增长的临界载荷就越小;而且这个临界载荷会随着剪切模量μ的减小而减小。而对于热超弹性材料来说,除了有上面的特征,还发现温度的改变对空穴生成及失稳的临界应力有显著影响,温度改变量越大,其空穴生成及失稳的临界应力将会越低;而温度的改变对空穴失稳时的临界孔穴率影响甚微。
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