سیلیکونهای هوافضا
سیلیکونهای هوافضا: راهنمای انتخاب برای صنایع اویونیک، دفاعی و هوافضا
وقتی یک مجموعه الکترونیکی در حین سرویس دهی از کار میافتد، علت اصلی اغلب سیلیکون روی برد مدار چاپی نیست، بلکه چیزی است که آن را احاطه کرده است: آب بندی که اجازه ورود رطوبت را میدهد، خط اتصالی که نمیتواند ارتعاش را تحمل کند، یا مادهای که با چرخههای حرارتی مکرر کنار نمیآید. اینجاست که سیلیکونهای هوافضا جایگاه خود را پیدا میکنند و آب بندی، چسبندگی، کاهش تنش و محافظت را در وظایف دشوار به ارمغان میآورند. برخی شرکتهای تولیدکننده قطعات هوافضا ازجمله شرکت داو از سال ۱۹۴۳ در حال توسعه سیلیکونها برای هوانوردی است و همچنان به عرضه خانوادههای مواد سیلیکونی مورد استفاده در کاربردهای هوافضا، دفاعی و اویونیک ادامه میدهد.
چرا سیلیکونها برای مونتاژهای هوافضا انتخاب میشوند؟
مواد سیلیکونی به عنوان موادی مقاوم در برابر ازن و به طور طبیعی پایدار در طیف وسیعی از دما و رطوبت، با محدوده دمایی مفید از 115- تا 260 درجه سانتیگراد توصیف میشوند . آنها همچنین به عنوان موادی با قابلیت تنش زدایی بالا توصیف میشوند؛ با مدولی که معمولا از 0.01 تا 10 مگاپاسکال متغیر است. از نظر عملی، این ترکیب در هر جایی که زیرلایههای غیرمشابه به هم میرسند، جایی که ارتعاش مداوم است، یا جایی که عدم تطابق انبساط حرارتی باعث خستگی در سطوح مشترک میشود، ارزشمند است.
معنای کاهش استرس در طراحی روزمره چیست؟
کاهش استرس به معنای تحمل بهتر چرخه حرارتی در سراسر مجموعهها با مواد مخلوط، ارتعاش و شوک مکانیکی که به مفاصل منتقل میشود و کرنش موضعی در اطراف قطعات حساس، کانکتورها و نواحی لحیم شده است. همچنین از استراتژیهای آب بندی و اتصال قویتر پشتیبانی میکند، جایی که اتصال بایستی به جای شکننده شدن در طول زمان، شکل خود را حفظ کند.
محلولهای سیلیکونی دقیقا چه هستند؟
1. چسبها، درزگیرها و فومها: این محلولهای سیلیکونی به گونهای طراحی شدهاند که در شرایط سخت، عملکرد بهتری نسبت به مواد آلی داشته باشند، در محدوده دمایی وسیع انعطاف پذیر باقی بمانند، به طور قابل اعتمادی به انواع زیرلایهها چسبیده و درنهایت، از وزن سبک و آب بندی پشتیبانی کنند.
2. پوششها، ژلها و کپسولها: این نوع محلولها برای محافظت در برابر رطوبت، آلودگی، ضربه، لرزش و شار حرارتی، با قابلیت تنش زدایی، پایداری ابعادی و حداقل انقباض کاربرد دارند.
3. لاستیکهای سیلیکونی مایع (LSRS): این محلولها به دلیل سهولت پردازش، خواص مکانیکی خوب و مقاومت در برابر دماهای شدید و پیری شناخته شدهاند.
4. مواد شفاف نوری: برای عملکرد بالا در شرایط سخت، این نوع محلولها از مواد غیر ضروری تا قالب گیری متغیر هستند و از انعطاف پذیری طراحی برای روشنایی، الکترونیک و نمایشگرها پشتیبانی میکنند.
5. رابط حرارتی و مواد رسانای الکتریکی: برای مدیریت حرارتی، پر کردن شکاف، انتخاب رسانش حرارتی و اثربخشی محافظ EMI با گزینههای رسانای الکتریکی قرار داده شده است.
در میان این دستهها، سیلیکونهای هوافضا کمتر به یک نوع محصول واحد و بیشتر به انتخاب قالب سیلیکونی مناسب برای کار مربوط میشوند: درزگیر، چسب، پوشش، ژل، کپسوله کننده، رابط حرارتی یا ماده رسانا. اینجا جایی است که سیلیکونهای هوافضا معمولا در ساخت هواپیما یا پهپاد مورد استفاده قرار میگیرند. هواپیماهای بال ثابت، هواپیماهای بال چرخان و پهپادها نیاز به آب بندی، اتصال چسبی، مدیریت حرارتی و محافظت در برابر تداخل الکترومغناطیسی (EMI) دارند. چه یک هواپیما با سوخت کار کند و چه با باتری، مهندسان انتظار دارند مواد به آنها در حل چالشهای طراحی کمک کنند و در عین حال، استانداردهای سختگیرانه ایمنی را نیز رعایت کنند.
از درزگیرها و فومها در آب بندی، واشرسازی و پشتیبانی تعمیر در اطراف سیستمهای سوخت رسانی استفاده میشود. در واقع، در کارکردهای داخلی و خارجی استفاده میشوند و به عنوان واشر برای کمپرسورها، جعبه دندهها و پمپها کاربرد دارند. اینها مناطقی هستند که لرزش، گرما و قرار گرفتن در معرض سیال میتوانند در آنها همگرا شوند و همچنین آب بندی مطابق با استاندارد به محافظت از سیستم کمک میکند. علاوه براین، از درزگیرهای چند منظوره به دلیل انعطاف پذیری از 60- تا 180 درجه سانتیگراد با پیکهای کوتاه تا 205 درجه سانتیگراد برای نیازهای گسترده آب بندی استفاده میشود.
با این حال، این محصولات و دیگر محصولات مشابه نشان میدهند که چگونه میتوان سیلیکونهای هوافضا را نه تنها بر اساس عملکرد نهایی، بلکه بر اساس نحوه رفتار آنها در طول مونتاژ نیز انتخاب کرد. درزگیرهای مقاوم در برابر حلال و سوخت از مونتاژ و تعمیر سیستمهای سوخت و مخازن، جایی که قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی یک محدودیت تعیین کننده است، پشتیبانی میکنند. همچنین سیلیکون پیشرفته در ماژولهای انتقال، قدرت و تبدیل از عملکردهایی مانند اتصال زیرلایهها به هیت سینکها، اتصال زیرلایههای مدار مجتمع، اتصال هیت سینکها و چسباندن دربها، محفظهها و صفحات پایه پشتیبانی میکند. اینها رابطهای معمولی هستند که در آنها مسیرهای حرارتی و انطباق مکانیکی باید متعادل باشند.
برای هواپیماهای برقی، همچنین به راه حلهای مدیریت حرارتی برای باتریها و سیستم باتریها نیاز است. با افزایش چگالی حرارتی در اثر برقی سازی، سیلیکونهای هوافضا به طور فزایندهای بخشی از گزینههای طراحی حرارتی میشوند، نه صرفاً کمکی برای مونتاژ. تولید این قطعات از کاربردهای دفاعی در ماموریتهای هوایی، زمینی و دریایی، جایی که تجهیزات باید در گرمای بیابان، سرمای قطب شمال و باران شدید عمل کنند، پشتیبانی میکند. این پوششها، ژلها و کپسولها بایستی به گونهای طراحی و تولید شوند که نه تنها بتوانند در برابر ضربه و فشار مقاومت کنند، بلکه لرزش را کاهش داده و در برابر شعله مقاوم باشند.
چگونه پوششها، ژلها و کپسولها از قطعات الکترونیکی محافظت میکنند؟
برای الکترونیک دفاعی، محافظت به ندرت یک تهدید واحد محسوب میشود که معمولا ترکیبی از رطوبت، آلایندهها، شوک مکانیکی، ارتعاش مداوم و شار حرارتی است. برهمین اساس، از پوششها، ژلها و کپسوله کنندههای تطبیقی برای مقابله با این بارهای ترکیبی، با انتخاب موادی که از کاهش تنش و پایداری طولانی مدت پشتیبانی میکنند، استفاده میشود. این یکی از دلایلی است که چرا سیلیکونهای هوافضا همچنان یک انتخاب رایج برای قطعات الکترونیکی مقاوم هستند: محافظت سازگار که حول محور چگونگی شکست قطعات در میدان طراحی شده است.
مهم ترین هدف سیستمهای اویونیک و کابین خلبان نیاز خلبانان برای مشاهده سطح سوخت، ترافیک هوایی و دادههای کنترل پرواز است که با شلوغتر شدن آسمان، اهمیت روزافزون دستگاههای ضبط پرواز و سیستمهای جلوگیری از برخورد نیز محسوستر میشود. برای پشتیبانی از این الزامات، به راه حلهای مقاومی برای نمایشگرها و روشنایی، در کنار مواد رسانای حرارتی جهت اتلاف گرما و مواد رسانای الکتریکی برای محافظت در برابر تشعشعات الکترومغناطیسی نیاز است. امروزه، برای حل این مسئله از مواد شفاف نوری که در برابر دما و رطوبت شدید مقاوم هستند و از نمایشگرهای پرواز گرفته تا روشنایی ابزار و کابین استفاده میشود. برخی سیلیکونهای قالب گیری شده بسیار شفاف، سریع خشک شونده، روان و با چسبندگی بالا هستند که به عنوان یک عامل اتصال نوری شفاف مایع برای نمایشگرها و روشنایی کاملا مناسب خواهند بود.
در صنایع هوایی، سیلیکونهای هوافضا در قالبهای شفاف نوری به حفظ عملکرد نوری ثابت کمک کرده و در عین حال، از انطباق مکانیکی در برابر تغییرات دمای سرویس پشتیبانی میکنند. البته در مواردی که گرما محدودیت ایجاد میکند، این نوع سیلیکونها توسط مهندسان هوافضا برای بستن شکافها، بهبود تماس حرارتی و حفظ انطباق ارزیابی میشوند. درمجموع، از مواد رسانای الکتریکی به منظور محافظت در برابر تداخل الکترومغناطیسی و همچنین اطمینان از اثربخشی بالای محافظت در برابر تداخل الکترومغناطیسی در طیف وسیعی از فرکانسها استفاده میشود.