Модель электрохимического процесса отказа изоляции

Быстрый процесс прорастания металлической перемычки через зазор стимулируют три фактора: градиент концентрации раствора у фронта кристаллизации, разогрев раствора в этой области (плотность тока здесь достигает 1 А/мм, а выделяемая близ вершины растущего кристалла мощность 10 Вт/мм3) (рис. 3.20). Растущий кристалл, как насос, выкачивает ионы металла из цилиндрической области электролита, диаметр которой примерно в 5 раз больше диамегра кристалла. Причем на субмикронном расстоянии от поверхности растущего кристалла концентрация раствора падает почти до нуля, и именно на этот слой приходится почти все падение напряжения электрохимической цепи. В этом случае пространство между проводниками как бы пронизывается разрозненными иглами, вытягивающимися в направлении доставки питающей среды. В дальнейшем кристалл растет по градиенту концентрации с такой скоростью, с какой к нему успевают поступать ионы металла. Процесс развития единичных кристаллов в дендрит связан с обеднением концентрации в направлении роста кристалла, приводящим к росту зародышей на боковых гранях кристаллов в сторону большего градиента концентраций. В результате кристаллы начинают ветвиться, образуя древоподобную структуру («дендрит»), как показано на рис. 3.21.

Скорость образования проводящих перемычек определяется материалом проводников, относительной влажностью среды, смачиваемостью, водо- и влагостойкостью изоляции, величиной намряжения. Если изоляционный зазор загрязнен водорастворимыми или слаборастворимыми примесями, часть ионов металла, не достигнув катода, восстанавливается анионами диссоциированных примесей до металлического состояния, образуя беспорядочное заполнение зазора металлом.

Схема процесса дендритообразования

Рис. 3.20. Схема процесса дендритообразования

При напряжении более 25 В растущие проводящие перемычки разрушаются мощными газовыделениями на электродах, при этом изоляционный промежуток заполняется высокодиснерсным мета- лическим порошком.

В общей случае последовательность формирования токопроводящих мостиков электрохимического происхождения состоит из следующих стадий:

  • - электрохимическое растворение анодного проводника;
  • - перенос ионов в среду, заполняющую электроизоляционный зазор (электрохимическая миграция, диффузия, конвекция);
  • - электрохимическое восстановление ионов на катодном проводнике.

Поэтому скорость образования токопроводящих мостиков определяется природой материала проводников и металлопокрытий, т.е. их способностью к формированию процессов на каждой из трех стадий формирования токопроводящих мостиков, относительной влажностью среды: смачиваемостью, водо- и влагостойкостью изоляции, степенью загрязненности изоляции, величиной напряжения. Для меди, например, характер катодных процессов проявляется следующим образом: ровные поверхностные отложения - при напряжении менее 0,2 В; рыхлые приповерхностные отложения в диапазоне от 0,2 до 0,5 В, дендритные отложения, завершающиеся образованием мостика - при напряжении более 0,5 В. Критическое напряжение смещения, при котором процесс отказа развивается наиболее уверенно, находится в диапазоне 0,6...0,8 В. При напряжениях более 24 В процессу образования мостиков предшествует обильное газовыделение на проводниках-электродах и испарение пленки влаги за счег джоулевого тепла. Поэтому для больших рабочих напряжений этот вид отказа не характерен [130].

При переменном напряжении отказ изоляции электрохимического происхождения хотя и затруднен, но процесс протекает и в этом случае. Это явление можно объяснить, если учесть наличие вентильного эффекта при электролизе ряда металлов, в том числе серебра, меди, никеля и др. Вентильный эффект возникает, когда катодная и анодная поляризации неодинаковы, и поэтому сопротивления на границе фаз металл-электролит при прохождении электрического тока в прямом и обратном направлениях будут различны.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >