温度冲击试验基础知识详解

温度冲击试验基础知识详解

温度冲击试验是评估产品在快速温度变化环境下性能稳定性的关键测试方法。本文将为您详细介绍温度冲击试验的基础知识，包括其定义、目的、应用领域、可能产生的效应，以及具体的测试方法类型。

温度冲击的定义

热冲击试验（Thermal Shock Testing）常被称作温度冲击试验（Temperature Shock Testing）或者温度循环（Temperature Cycling），高低温冷热冲击试验。根据GJB 150.5A-2009 3.1的定义，当装备周围大气温度的变化率大于10度/分钟时，即可认为是温度冲击。这一定义与MIL-STD-810F 503.4(2001)的观点相一致。

温度冲击测试的目的

温度冲击试验的主要目的是：

• 在工程研制阶段发现产品的设计和工艺缺陷
• 在产品定型或设计鉴定阶段验证产品对温度冲击环境的适应性
• 作为环境应力筛选应用时，用于剔除产品的早期故障

温度冲击的应用

在电子设备和元器件中，温度变化是一个普遍现象。当设备未通电时，内部零件的温度变化速度通常慢于外表面上的零件。以下情况可能会导致快速的温度变化：

• 设备从温暖的室内环境转移到寒冷的户外环境，或相反
• 设备遇到淋雨或浸入冷水中而突然冷却
• 安装于外部的机载设备
• 某些运输和贮存条件

通电后，设备内部会产生高温梯度，元器件会因温度变化而承受应力。例如，在大功率电阻器附近，辐射会导致邻近元器件表面温度升高，而其他部分保持低温。冷却系统通电时，人工冷却的元器件会经历快速的温度变化。制造过程中也可能引起元器件的快速温度变化。温度变化的次数、幅度和时间间隔都是重要的考量因素。

温度冲击的效应

温度冲击对装备的影响程度与其距离外表面的远近有关。通常，靠近外表面的部分受影响更严重，而远离外表面的部分则因温度变化较慢而影响较小。运输箱和包装等防护措施可以减小温度冲击对封闭装备的影响。急剧的温度变化可能会导致装备暂时或永久性故障。以下是可能引发的一些问题：

典型物理效应

1. 玻璃容器和光学仪器的碎裂
2. 运动部件的卡紧或松弛
3. 爆炸物中固态药丸或药柱产生裂纹
4. 不同材料的收缩或膨胀率不同，诱发应变速率不同
5. 零部件的变形或破裂
6. 表面涂层开裂
7. 密封舱泄漏
8. 绝缘保护失效

典型化学效应

1. 各组分分离
2. 化学试剂保护失效

典型电效应

1. 电气和电子元器件的变化
2. 快速冷凝水或结霜引起电子或机械故障
3. 静电过量

冷热冲击测试方法的类型

根据IEC和国家标准，冷热冲击测试方法主要分为三种类型：

1. 试验Na：规定转换时间的快速温度变化（空气介质）

• 国际标准：IEC 60068-2-14：2009《环境试验第2-14部分：试验方法试验N：温度变化》
• 国内对应标准：GB/T 2423.22-2012《环境试验第2部分：试验方法试验N：温度变化》
• 适用范围：元器件、部件、设备等各个组装等级
• 转换时间：3分钟以内或更长

2. 试验Nb：规定变化速率的温度变化（空气介质）

• 国际标准：MIL-STD-810F 方法503.4：温度冲击试验
• 国内对应标准：GJB 150.5A-2009《军用装备实验室环境试验方法第5部分：温度冲击试验》
• 适用范围：设备
• 转换时间：1分钟

3. 试验Nc：两液槽法快速温度变化（液体介质）

• 国际标准：MIL-STD-202G 方法107G：热冲击试验
• 国内对应标准：GJB 360B-2009《电子及电气元件试验方法》中的方法107温度冲击试验
• 适用范围：元器件
• 转换时间：短

通过上述介绍，我们可以看到温度冲击试验在评估产品环境适应性方面的重要性。不同类型的测试方法适用于不同的产品和应用场景，选择合适的测试方法对于确保产品质量至关重要。