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标题:
导线和电缆的失效
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作者:
Clap3hame3
时间:
2022-2-15 09:20
标题:
导线和电缆的失效
1.导线介绍：
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铜线材经过一系列的硬膜进行冷拉丝至合适的直径，在这个冷拉处理过程中会引入应力并使晶粒结构拉长。高导电性无氧铜（OFHC）是将优质的铜阴极进行感应熔炼而成，加热在无氧环境中进行，纯度至少99.99%。高强度铜合金（HSCA）通常是镉-铜或镉-铬-铜合金。
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某些设备上使用的铜线外电镀一层金属以改进保护及连接性能。如银，镍， 锡。多股绞合以提供柔韧性。
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导线所用的绝缘材料主要是芳香族的聚酰亚胺，聚四氟乙烯（PTFE）和交联乙烯基四氟乙烯。
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2.连接线主要是由三个因素引起失效： 即电， 热，机械。常见的失效特征有：
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再结晶:
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冷拉铜丝的过程使晶粒尺寸减小和晶粒结构沿着铜丝轴线方向伸长，如果随后铜丝被加热到再结晶温度，则晶粒结构将发生变化。这种变化与时间和温度有关。再结晶与温度和时间有关。
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珠状连接线末端：
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当导线处于电弧中时，就可能造成局部加热，导致导线熔化并在线股末端形成熔珠。熔珠状是电弧现象的特征，并且是温度远远超过熔点的标志。电弧可以在直流或交流电路中发生，交流电路中的电弧经常受助于断断续续的接触，磨损或污物。导体直接接触引起的电弧会被过流保护装置中断。
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当两个导体之间形成电弧时便会发生金属转移。电弧通常伴随着金属熔滴从一种材料到另一种材料的转移。一般熔点最低的材料损坏更严重，一般用SEM和EDX来确定材料转移的程度。
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杯形-锥形断裂：
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这种形貌是拉力超负荷的表现，在拉力初期导线被拉长，这种拉长伴随着颈缩现象，一旦发生颈缩便在中心形成若干气孔，并且由于径向形成裂缝而出现刃口。伸展的裂缝在靠近表面处形成45度的切变裂痕，特有的杯体由一个带有凹坑的平坦中心区和外面的45度切变裂痕构成，相对的一侧则形成圆锥体。失效机理包括疲劳， 超应力腐蚀开裂，扭曲等。
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绝缘体故障：
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电击穿可能导致绝缘材料的碳化，被碳化的绝缘材料是导电的。从绝缘材料被机械磨损开始，可能要经过一段时间发生，也可能突然发生。跳火是突然的使绝缘材料碳化。由于电缆头工艺不良使水分侵入电缆内部，或电缆内护层破损而使水分进入。疲劳龟裂，由于长期震动而产生疲劳龟裂。过电压，由于过电压引起绝缘层被击穿，尤其是系统内部过电压会造成多根电缆同时被击穿。绝缘老化、电缆在长期的运行中，由于散热不良或过负荷，导致绝缘材料的电气性能和机械性能劣化， 使绝缘层变脆或断裂。外皮腐蚀，电缆外皮受腐蚀而产生空洞。环境因素如紫外线，湿气，油等可以加速绝缘体退化。
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绝缘的热损坏：
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导线的绝缘体在高温下容易损坏，主要表现在颜色变化，失去柔韧性，溶化或破裂，失去电阻性。单靠目检是不能确定绝缘体承受的最高温度的，热损坏取决于温度和时间，仅仅外表面被破坏，是受到外部热源影响，只有内表面损坏则是导体本身的热源造成。正常导线的绝缘电阻大于100兆欧，热损坏之后可能在1兆欧以下。
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一些材料的熔化温度：
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聚乙烯100~150 ℃；
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聚氯乙烯105 ℃；
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尼龙200~250 ℃；
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聚四氟乙烯327 ℃；
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乙稀基四氟乙烯267 ℃；
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硅树脂260 ℃；
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聚酰亚胺260~315 ℃
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导体变色是由热暴露引起的，并且是被氧化和镀附材料被吸收到铜中的结果。颜色一般会无光泽。 镀镍导线铜与镍相互扩散，失去光泽变黑。镀银导线互相扩散成为暗褐色。当基底材料暴露于湿气环境中则形成绿色铜基化合物。
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铜导线腐蚀反应：
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镀银或镀锡的铜线在遇到水和氧时会发生反应生成氧化亚铜， 呈红色， 也能够生成氧化铜， 它是黑色的。如果还有其他离子存在，还可以形成碳酸盐和卤化物，镀锡情况下形成绿色产物。原因是当镀层受损或存在针孔时，就会发生腐蚀。
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导体熔化的原因
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火灾的温度通常不超过815 ℃， 而铜的熔化温度在1093 ℃，所以熔化的铜一般认为是电弧造成的。如果铜熔化出现在导线一小段，则为电弧所致。但另外 一种情况是形成铜合金， 合金的熔点低于其任一组分，它的熔点要低得多。
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3.为了深入研究需要分析导线的晶粒结构要做断面分析，五个步骤 ：
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1 用环氧化合物浇铸，固化
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2 切割要用AL2O3 切割轮来切割
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3 碳化硅砂纸研磨 （240G-600G）
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4 先使用1um 金刚砂磨料， 再用氯化铁(即三氯化铁)抛光60s
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5. 为了做镜检，推荐最后一步使用氧化铁抛光，但是会留下一层雾活性的薄膜，对刻蚀是惰性的，在氧化铝抛光布上少许旋转一下可以去除这层膜， 可以用用0.05um的氧化铝最终氧化铝抛光。加几滴由氢氧化铵和过氧化氢组成的混合液（50ml/5ml）更容易抛光。
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6 刻蚀：氢氧化铵/过氧化氢（30%）/水=（50ml/5ml/50ml, 可以调节水的比例以控制刻蚀速度），为区分Cu2O 和CuS，可用偏振光检查， Cu2O呈现红色，而CuS为黑色。但在明场下都是灰暗的。
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作者:
wushy32
时间:
2022-2-15 10:21
导体变色是由热暴露引起
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