1、 布 2002 11 20 发布 2003 02 01 实施导弹贮存可靠性设计技术指南 Guideline of design technology for missile storage reliability FL 0111 发国防科学技术工业委员会QJ 3153 2002中华人民共和国航天行业标准QJ 3153 2002 I 目 次 前言 . II 1 范围 1 2 规范性引用文件 1 3 术语和定义 1 4 一般要求 2 4.1 贮存可靠性设计的基本原则 2 4.2 贮存可靠性设计主要内容 2 5 通用要求 3 5.1 贮存环境与环境影响分析 3 5.1.1 贮存环境条件与环境因素 .
2、4 5.1.2 贮存环境因素影响分析 .4 5.1.3 贮存环境应力及其影响分析 .10 5.2 贮存失效模式 .15 5.2.1 贮存失效与故障 15 5.2.2 金属件贮存失效模式 .15 5.2.3 非金属件贮存失效模式 .15 5.2.4 装药贮存失效模式. 16 5.2.5 电子元器件贮存失效模式 .16 5.2.6 导弹系统级产品贮存失效模式示例 .17 5.3 贮存可靠性工程设计准则 18 5.3.1 材料的选择与控制. 18 5.3.2 元器件的选择与控制 .21 5.3.3 防腐蚀、防老化、防霉变设计 .28 5.3.4 贮 存微环境设计 35 5.3.5 防护包装 36 5
3、.3.6 贮存环境工程设计. 40 5.3.7 运输与装卸 42 5.3.8 产品制造缺陷对贮存可靠性的影响 .43 5.4 导弹贮存的维修性与测试性设计 43 5.4.1 贮存状态的维修性与测试性 .44 5.4.2 贮存状态维修性设计 .46 5.4.3 贮存状态测试性设计 .48 附录 A（资料性附录） 贮存状态可靠性、维修性与测试性设计检查项目单 .50 附录 B（资料性附录） 导弹产品贮存失效模式 .53 附录 C（资料性附录） 非金属材料选用示例、塑料防老化措施及霉菌生长条件控制 55 参考文献 60 QJ 3153 2002 II 前言 导弹贮存可靠性设计技术指南是根据 GJB
4、450、 GJB 1181等通用标准的有关要求，进行导弹贮存可靠性设计的指导性技术文件。为型号工程管理和技术人员提供通过规范化的工程与管理途径，改进贮存可靠性设计工作，为保证和提高导弹产品的贮存可靠性水平提供指导。 本指导性技术文件的附录A 、附录B 、附录C 为资料性附录。 本指导性技术文件由中国航天科技集团公司提出。 本指导性技术文件由中国航天标准化研究所归口。 本指导性技术文件起草单位：中国航天标准化研究所 本指导性技术文件主要起草人：伍平洋、李久祥、尚增雨、王大卫。 QJ 3153 2002 1 导弹贮存可靠性设计技术指南 1 范围 本指导性技术文件规定了地地导弹、地（舰）空导弹和飞航
5、导弹等各类导弹（以下简称导弹）贮存可靠性设计的一般原则、主要技术内容，并提供了导弹贮存环境与环境影响分析、贮存失效模式、贮存可靠性工程设计准则、贮存状态维修性与测试性设计等技术指南、相关资料及应用示例。 本指导性技术文件中的相关要求与技术内容主要适用于长期贮存、一次性使用的各类导弹及其组成部分，也适用于导弹武器系统中有贮存可靠性要求的其它产品。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本指导性技术文件的引用而成为本指导性技术文件的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包含勘误的内容）或修订版均不适用于本指导性技术文件，然而，鼓励根据本指导性技术文件达成协议的各方研究是否可使用这些文
6、件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本指导性技术文件。 GJB 145 防护包装规范 GJB 368A 装备维修性通用大纲 GJB 450 装备研制与生产的可靠性通用大纲 GJB 451 1990 可靠性维修性术语 GJB 806.8 地地战略导弹通用规范（标志、包装、贮存、转载、运输） GJB 841 故障报告、分析和纠正措施系统 GJB 1032 电子产品环境应力筛选方法 GJB 1181 军用装备包装、装卸、贮存和运输通用大纲 GJB 1868 武器装备质量与可靠性信息管理要求 GJB 1909.2 装备可靠性维修性参数选择和指标确定要求 导弹武器系统和运载火箭 GJB
7、 2001 火工品包装、运输、贮存安全要求 GJB 2040 液氧规范 GJB 2358 飞航导弹通用规范 GJB 2547 装备测试性大纲 GJB 2645 液氢贮存运输 GJB 2902 导弹弹衣通用规范 GJB 3404 电子元器件选用管理要求 GJB/Z 34 电子设备环境应力筛选指南 QJ 1408A 航天产品可靠性保证要求 QJ 2216 复合固体推进剂贮存运输安全技术规定 QJ 2572 航天火工装置包装运输贮存通用技术条件 QJ 3057 航天用电气、电子和机电（EEE）元器件保证要求 3 术语和定义 GJB 450、 GJB 451、 GJB 1909.2确立的以及下列术语和
8、定义适用于本指导性技术文件。 3.1 贮存可靠性 storage reliability QJ 3153 2002 2 产品在规定的贮存条件下和规定的贮存时间内，保持规定功能的能力。对可维修产品，为贮存可用性。 3.2 贮存寿命 storage life 产品在规定的贮存条件下贮存时，仍能满足规定质量要求的时间长度（引自 GJB451之 2.1.22）。 对可维修产品，指从开始贮存到不能修复为止的贮存时间。 3.3 贮存期 period 产品在规定的贮存条件下，满足规定贮存可靠度要求的时间长度。或称可靠贮存寿命。 4 一般要求 4.1 贮存可靠性设计的基本原则 a） 贮存可靠性设计应依据相关的
9、要求进行。 贮存可靠性设计的主要依据是订购方在合同、研制总要求或研制任务书中规定的贮存可靠性和贮存寿命指标要求以及贮存环境条件， GJB 450、 GJB 1181、 QJ 1408A 及本指导性技术文件的相关要求。 b） 贮存可靠性设计应与其它设计要求及限制条件进行综合权衡，包括： 1） 与导弹研制进度、性能、寿命周期费用等限制条件进行综合权衡； 2） 与其它相关专业（性能、质量、安全性、维修性）的要求及设计进行综合权衡； 3） 与导弹的工作可靠性及其它非工作状态的可靠性要求及设计进行综合权衡。 c） 导弹的贮存失效涉及诸多因素，应通过相似产品的贮存失效模式及贮存失效机理分析和已有工程经验，
10、综合考虑导致贮存失效的各种影响因素。包括： 1） 产品的物理及机械性能； 2） 贮存环境条件； 3） 产品的防护包装； 4） 产品贮存过程中的检测与维修。 其中，产品的物理及机械性能 ，是决定产品本身耐环境性能的最重要因素，应努力提高产品本身的耐环境能力，避免或减少产品的贮存失效。同时，进行贮存环境设计，尽可能为产品创造良好的贮存环境。既不能完全依赖用户提供良好的贮存环境条件，而降低了对产品耐环境能力方面的设计要求；也不能奢望产品本身具有过高的耐环境能力，要求其承受任何条件的自然环境。 d) 导 弹预期的贮存剖面是进行贮存可靠性设计的重要依据和约束条件之一。导弹的贮存剖面是指从交付至作战使用前
11、的这一时间段，通用的导弹的贮存剖面如图 1 所示。图中描述的是定期检测的可修复系统和设备，对于免检测及不修复系统和设备， 则不包含检测和维修。 4.2 贮存可靠性设计主要内容 贮存可靠性设计贯穿从方案阶段到设计定型的整个研制过程。主要内容有： a） 在贮存可靠性指标和贮存环境条件分析的基础上，对提出的多个方案进行选择、比较、优化，确定最佳的贮存可靠性设计技术方案。 b） 贮存环境设计，包括： 1） 坑道、洞库、地面库房等贮存大环境要求； 2） 弹衣、密封包装箱等贮存小环境要求； 3） 对环境条件特别敏感的元器件、组件、设备或系统，局部封装或贮存微环境要求。 QJ 3153 2002 3 图 1
12、 贮存剖面 c） 贮存可靠性分配与预计，贮存可靠性分配可参照 GJB 1305 之 5.3 进行，电子设备的贮存可靠性预计可参照 GJB/Z 108 进行。 d） 新材料、新工艺方案的选择，选择不给贮存可靠性带来不利影响或制造缺陷的工艺方案。 e） 元器件的选择，特别是关键系统、关键功能设备所用元器件的选择。 f） 防腐蚀、防老化、防霉变。 g） 包装与防护。 h） 维修性/ 测试性设计。 i） 贮存可靠性验证方案选择。 j） 贮存可靠性设计结果应纳入系统或设备的阶段设计评审，进行评审和检查，其检查项目可参照附录 A。 k） 贮存可靠性设计验证方案： 1） 贮存可靠性验证可以采用分析、试验、检
13、验、演示、评审等方法，贮存可靠性验证方法可参见有关标准； 2） 环境应力筛选（ ESS）主要是用来剔除潜在缺陷，这类缺陷常常是造成产品贮存期间失效的主要原因。ESS 的要求和方法按 GJB 1032、 GJB/Z 34； 3） 加速寿命试验常常用来在一个预期的使用环境中预计电气或机械元件的寿命，或者在一个相对短的时间段内施加超过正常的应力来估算产品的失效率或老化特性； 4） 由于产品的特性所决定，在不可能进行正规试验的情况下，可以采用分析方法来验证和评价产品贮存可靠性。 l） 防止制造工艺可能对贮存可靠性的影响。 m） 贮存 可靠 性信息是可靠性信息系统工程的重要组成部分，贮存可靠性信息的收集
14、、传递、分析与处理应执行 GJB 1868、 GJB 841 的规定。 5 通用要求 5.1 贮存环境与环境影响分析 Yes NoNo Yes 验 收 交 付 运 输 装 卸 使 用 存 放检 测合 格修 理报 废贮 存 剖 面NoYes 使用前测试合格 QJ 3153 2002 4 5.1.1 贮存环境条件与环境因素 贮存环境条件是由各种环境因素和它们的严酷程度构成的。 5.1.1.1 贮存环境条件 贮存环境条件主要包括两部分： a） 气候环境条件，即导弹在贮存过程中所遇到的大气环境条件； b） 其它环境条件，即除气候环境条件外，影响导弹贮存可靠性的其它环境条件（比如：生物条件、化学活性物质
15、、机械活性物质、机械环境条件等）。 导弹的贮存环境条件要求一般在合同、研制总要求或研制任务书中具体规定。导弹及其各组成部分产品的承制单位应以此为依据，参照 GB4798.1、 GJB2770等标准及本指导性技术文件相关要求进行耐环境能力和环境防护设计，以保证符合规定要求。 5.1.1.2 贮存环境因素 贮存环境因素通常分为： a） 自然环境因素，包括：温度、湿度、大气压力、降水、太阳辐射、沙尘、霉菌、盐雾和风等； b） 诱发环境因素，包括： 1） 机械因素：如振动，冲击，加速度； 2） 大气污染：如酸性气体，二氧化硫，臭氧等； 3） 核辐射、电磁辐射和静电等。 表 1列出了这些贮存环境因素及其
16、重要性。 表 1 贮存环境因素 自 然 环 境 因 素 诱 发 环 境 因 素 环境因素 温 度 湿 度 大 气 压 力 太 阳 辐 射 雨 雪、雹等雾 风盐雾霉菌砂尘大气污染振 动 冲 击 加 速 度 电磁辐射核辐射库房贮存 A A C 0 0 0 0 0 C B C C C B 0 0 0 待用贮存 A A C C C 0 0 C B A B C C B 0 0 C 装卸 B B C 0 C 0 C B B 0 C 0 C A C 0 0 注： A 最重要 ； B重要 ； C次要 ；0 不存在 。 环境因素对产品及其材料的影响及由此而诱发引起的失效汇总于表 2。 5.1.2 贮存环境因素影
17、响分析 5.1.2.1 自然环境因素 5.1.2.1.1 温度 温度是导弹贮存可靠性设计必须考虑的因素之一。温度变化引起的不同膨胀在结构内引起应力；温度循环可引起周期性机械应力，导致器件疲劳失效；温度升高促进产品热退化，导致产品失效率增加，使其寿命缩短；温度影响高分子聚合材料老化、影响霉菌生长和对金属材料的腐蚀；同时，温度还会促进其它环境因素对贮存可靠性的影响。 a） 高温使产品内产生机械应力或热应力，加速产品的物理和化学变化或膨胀变形，从而导致产品失效或加速其失效过程： 1） 长期高温作用会引起铝或钽电容器内的短路； QJ 3153 2002 5 表 2 环境因素的影响及典型诱发失效 环 境
18、 因 素 主 要 影 响 典 型 诱 发 失 效 热老化 绝缘失效 金属氧化 接点接触电阻增大，金属表面材料锈蚀 结构变化 橡胶、塑料产生裂纹、断裂、膨胀 设备过热 元件损坏，焊缝开裂，焊点脱开 粘度下降、蒸发 丧失润滑特性 物理膨胀 结构失效，机械应力增大，运动部件磨损增大 高温 材料膨胀 零件咬合，包装变形/ 损坏，密封/ 密封垫失效/ 永久变形， 电路不稳定 粘度增加和固化 失去润滑特性 结冰 电气机械性能变化 脆化 机械强度减弱、裂纹、破裂、龟裂、硬化，电缆损坏，橡胶、玻璃器件变脆，受约束的减震装置硬化 物理 结构失效，运动部件磨损增大，密封性失效，引起泄漏 低温 元件性能改变 铝电解
19、电容器损坏，蓄电池容量降低 吸收潮气 物理性能下降，电强度降低，绝缘电阻降低 电介常数增大 包装箱膨胀，破裂 腐蚀 电性能下降 电解 绝缘器件的导电率增大，有机覆盖层损坏 通过玻璃或塑料元件的传输图像减弱 高湿度 氧化 生物活性加速干燥剂变质 干燥 机械强度降低 脆化 结构毁坏 低相对湿度 粉碎 电性能变化，“粉化” 高气压 压缩 结构毁坏，密封穿透，干扰功能 膨胀 容器破裂，爆裂性膨胀，气体或燃料泄漏，低密度材料的物理/化学性能变化，润滑剂挥发干燥 漏气 电性能变化，机械强度下降 空气绝缘强度下降 绝缘击穿及电弧放电，电晕放电和形成臭氧 低气压 散热不良 设备温度升高 光化学和物理化学反应
20、表面特性损坏、膨胀、龟裂、折皱，橡胶和塑料变质 机械强度下降，电性能变化 脆化 绝缘失效，密封失效，材料失色，产生臭氧 粘结/ 焊缝削弱 强度和弹性变化，密封完整性下降 太阳辐射 合成橡胶和聚合物特性变化 密封性下降，灌封化合物变软 磨损 磨损增大，表面磨蚀，机械卡死，轴承损坏 堵塞 干扰功能，电特性变化，通道和空气过滤器堵塞 沙尘 化学反应 吸附水分，降低绝缘性能，腐蚀 化学反应 磨损增大，机械强度下降，电性能变化 盐雾 锈蚀和腐蚀 干扰功能，绝缘材料腐蚀 QJ 3153 2002 6 表 2（续） 环 境 因 素 主 要 影 响 典 型 诱 发 失 效 电解 电化腐蚀，结构强度降低，表面变
21、质，导电性增大 生成导电覆盖层 风力作用 结构毁坏，干扰功能，机械强度降低 物质沉积 机械干扰和堵塞，磨损加速 风 热损失（低速） 加速低温影响 热增加（高速） 加速高温影响 物理应力 结构失效，增加重量 吸收和浸渍水份 增加重量，增大失热量，结构损坏，电气失效 吸收水份/ 结冰 零件膨胀和破裂造成损坏/ 故障 锈蚀 破坏防护层，表面特性下降，结构强度下降 雨 腐蚀 加速化学反应，促使霉菌增长 温度冲击 机械应力 结构失效和强度下降，密封破坏，元器件封装损坏，玻璃 /光学仪器破碎 高速粒子 （核辐射） 加热 电离和蜕变 热老化，氧化，产生气体和次级粒子 化学、物理和电性能改变 化学反应 加速氧
22、化 破裂，裂纹 电气和机械性能变化 脆化 机械强度下降 粉碎 干扰功能 臭氧 空气绝缘强度下降 绝缘性能下降，电弧放电 2） 电器开关触点和接地之间的绝缘电阻随温度升高而降低，高温还会使触点和开关机构的腐蚀速度加快； 3） 高温造成电连接器绝缘破坏或导电性破坏而导致连接器失效； 4） 电缆/ 导线随着温度的升高绝缘体变软，抗剪强度降低，如果绝缘体被挤压，有可能发生塑变直至导体外露，最终酿成短路； 5） 高温会引起机电装置绕组绝缘失效； 6） 高温促进其它环境因素对贮存可靠性的影响（如，高温能提高湿气的浸透速度，增大盐雾所造成锈蚀的速度等）。 b） 低温在产品内引起机械应力： 1） 微电路因热膨
23、胀系数差异形成的应力会激化材料的裂纹、孔隙和导致机械断裂、接头断开等； 2） 暴露于低温下的电器开关可以使某些材料发生收缩，造成裂纹，导致湿气或其它外界污染物进入开关，造成短路、电压击穿或电晕； 3） 电连接器金属和非金属以不同的速率变脆和收缩，使密封带开绽；在低温下如果导线或电缆受到剧烈弯曲或冲击，绝缘体就会破裂； 4） 低温也能促进其它因素对贮存可靠性的影响（如，低温会造成湿气汽凝，出现霜冻和结冰；低温和低气压组合，会加速密封处的漏气等）。 5.1.2.1.2 湿度 QJ 3153 2002 7 潮湿是影响产品贮存可靠性的重要因素，是产品耐环境设计的关键要素。例如，金属材料构件贮存主要失效
24、模式是锈蚀，而导致金属锈蚀的主要环境因素就是湿度。同样导致电子电气设备贮存失效的主要环境因素也是湿度，如果相对湿度大于 90%，电阻器表面湿气会形成泄漏路径而降低阻值，也可能引起线绕电阻旁路、线圈间短路或造成线头腐蚀；电容器吸收潮气会引起性能参数变化，缩短工作寿命；潮湿会使继电器金属件出现腐蚀、导线及电缆绝缘体退化。 5.1.2.1.3 低气压 产品在高海拔地区贮存会遇到低气压环境。低气压下电气设备的电压击穿是经常发生的危险；低气压会给接缝和端面密封造成附加压力，导致密封破裂；某些绝缘材料在低气压下会释放出气体，对其它部件带来不利影响；在低气压环境下，如果电器开关的间隙不够大，就可能产生飞弧或
25、跳火。 5.1.2.1.4 盐雾 盐雾对产品贮存可靠性的影响，主要是加速湿气对金属的腐蚀。微电路如果密封不良，会造成严重的腐蚀/ 污染。 5.1.2.1.5 霉菌 霉菌与温度和相对湿度直接相关。霉菌的理想生长条件为：温度 20 40，相对湿度 85100，污染物会为霉菌提供营养。霉菌会引起电子器件短路和材料变质。 5.1.2.1.6 沙尘 沙尘堵塞过滤器、小孔，在接触面或运动件聚积沙尘会降低产品战备完好性；沙尘与湿气综合作用时，会导致腐蚀或霉菌生长；沙尘会造成湿气集聚并引入污染物，从而加速腐蚀。 5.1.2.2 诱发环境因素 5.1.2.2.1 机械环境因素 机械环境因素主要是指振动、冲击和加
26、速度。它一是来源于贮存阶段搬运过程中的装卸、运输，二是在贮存过程中因地震而引起，三是在战争期间核爆炸冲击引起。 a） 振动： 贮存阶段遇到的振动是在运输和装卸过程中所产生的。振动可以是周期性的，也可以是随机的。振动对导弹系统产品的影响一般可归入下列的一种或几种方式： 1） 灵敏的电气、电子及机械装置发生故障； 2） 对静止的和运动的结构产生机械的和/ 或结构的损坏； 3） 容器中的液体产生泡沫或晃动而造成危害。 b） 冲击： 冲击是振动的一种特殊情况。运输行进间的颠簸、急刹车和启动，装卸中可能遇到的跌落，以及堆码操作中由于叉车移动和由其它包装件碰撞而产生。冲击对产品的影响与振动对产品的影响相同
27、。 c） 加速度： 产品贮存状态长时间承受加速度作用，将会产生与其在冲击和振动环境中同样的损坏，只是损坏频数和严重程度要低得多。表 3 综合了加速度对装备的影响。 5.1.2.2.2 核辐射 反应堆、同位素动力源以及核武器辐射源中的核辐射，能在各种装备中产生暂时的和永久的破坏作用。在空间中存在的各种能级的辐射，如 X射线、射线和中子流是重要的核辐射。必须考虑这些环境。 QJ 3153 2002 8 表 3 加速度对装备的影响 产 品 影 响 机械产品：运动零件、结构件、减震件、紧固件 销子可能弯曲或剪断；销子和簧片倾斜；减震装置可从安装座上脱落；配合面和表面处理层可能被擦伤；紧固件可能松动。
28、电子和电气产品 灯丝线圈折断；仪表仅用导线连接，可能脱开；正常闭合的压力触点可能被打开；正常开启的压力触点可能闭合；间距小的两件可能短路。 电磁产品 转动或滑动可能变位；铰接件可能暂时啮合或脱开；绕组和铁芯可能变位。 电热产品 加热丝可能折断，双金属片可能变形弯曲，精度可能变化 表面涂层 可能产生裂纹和爆皮 5.1.2.2.3 电磁辐射（包括静电放电） 雷电电磁辐射（ EMR）比电磁脉冲更具破坏性。 EMR对一般电子器件并无直接影响，但是，微电路（特别是MOS 器件）对静电放电造成的电压瞬变或闪电造成的电压瞬变敏感。 5.1.2.2.4 大气污染 大气污染为足够量的以固体粒子、液滴、气体形式或
29、这些形式的组合悬浮在空气中的夹杂物使空气的物理、化学或生物特性产生不良的变化。表 4列出了一些材料由于大气污染而受到的影响，以及所涉及的污染物。 表 4 空气污染对材料的影响 材料 典型表现 测 量 主要污染物 其它环境因素金属 表面破坏，生锈 锈蚀生成物增加，降低实际强度，改变了反射率和传导率 二氧化硫（SO2） 、酸性气体 温度 湿气 合成材料 变色 渗出 一般不进行定量测量 二氧化硫（SO2） ，酸性气体 粘性粒子 湿气 冷冻 油漆 褪色 涂层软化 一般不测量 二氧化硫（SO2） 硫化氢（H2S）粘性粒子 湿气 霉菌 皮革 表面出现粉状物 变软 观察，抗拉强度降低 二氧化硫（SO2） 酸
30、性气体 实际磨损 纸 脆裂 耐折叠性降低 二氧化硫（SO2） ，酸性气体 阳光 纺织品 抗拉强度降低，出现斑点 抗拉强度降低，改变了液流度 二氧化硫（SO2） 酸性气体 湿气，阳光 霉菌 染料 变色 通过反射测量变色 二氧化氮（NO2） ，氧化剂 二氧化硫 阳光 湿气 橡胶 裂缝，变软 拉张时，弹性下降，裂纹深度增加 氧化剂，臭氧（O5） 阳光 陶瓷 外观改变 反射率改变的测量 酸性气体 湿气 大气污染对材料损坏的严重程度随地点和气候而变化，侵蚀率受相对湿度、污染程度、降雨次数和雨量、空气运动特性、雾发生次数和持续时间、与海的接近程度、太阳辐射量以及温度范围的影响。 湿气对大气污染影响很敏感，
31、在大多数已污染但无湿气的大气环境中，大气侵蚀非常小。 温度影响那些引起材料性能变坏的化学反应速度。若这些材料表面温度降低到露点以下，则表面变得潮湿，腐蚀污染物浓集，导致金属损坏；各种金属对大气污染的敏感程度很不相同，铝、不锈钢和铜一般能抵抗大气污染的不良作用。 半导体器件、集成电路、继电器、开关等对空气污染敏感（例如继电器和开关上的电触点对颗粒状物质、硫化氢和二氧化硫敏感）。 QJ 3153 2002 9 5.1.2.3 组合环境因素 处于贮存状态的产品所遇到的环境因素大多是以组合形式出现的，比如温度和湿度、温度和冲击或振动、湿度和霉菌等。这里仅分析若干成对环境因素之间的相互影响。 a） 高温
32、和湿度：高温将提高湿气浸透速度，提高湿度的锈蚀影响； b） 高温和低压：这两种环境因素互相依赖将有相互强化影响的作用（例如，当压力降低时，材料的脱气现象增强，温度升高，脱气速度增大）； c） 高温和盐雾：高温将增大盐雾所造成锈蚀的速度； d） 高温和霉化：霉化或生长微生物需要一定程度的高温，但是在 71以上，霉菌和微生物有机物不能生存； e） 高温和冲击及振动：由于这两种环境因素会影响到相同的材料性能，所以，它们之间相互强化对方的影响，被强化的程度，取决于该因素在组合中的大小，塑料和聚合物要比金属更加易受这种组合的影响； f） 低温和湿度：低温会造成湿气汽凝，如果温度更低还会出现霜冻和结冰现象
33、； g） 低温和低气压：这种组合会加速密封等的漏气； h） 低温和盐雾：低温可以减小盐雾的侵蚀速度； i） 低温和冲击及振动：在非常低的温度下低温会强化冲击和振动影响； j） 湿度和低气压：湿度可以增大低气压影响，特别对电子或电气设备更是如此，这种组合的实际效能在很大程度上由温度决定； k） 湿度和盐雾：高湿度可以冲淡盐雾浓度，但是它对盐的侵蚀作用没有影响； l） 湿度和霉化：湿度有助于霉化和微生物的生长，但对它们的影响无促进作用； m） 湿度和振动：这种组合将增大电气材料的分解速度； n） 湿度和臭氧：臭氧与湿气反应生成过氧化氢，后者对塑料和弹性材料的侵蚀作用比湿度和臭氧的迭加影响要大； o
34、） 低气压和振动：这种组合对所有设备都会起到强化影响的作用，对电子和电气设备的影响最为明显。 一种因素对其它因素的影响趋势列于表5 。 表 5 环境因素组合 综 合 环 境 因 素 组 合 影 响 趋 势 湿度 提高湿气浸透速度，加速湿气的锈蚀影响 低气压 强化低气压因素的影响 盐雾 增大盐雾所造成的锈蚀速度 霉化 温度能促进霉化或微生物的生长，但温度高于 71，则反而使其不能发展 高温 冲击或振动 强化冲击或振动的影响 湿度 造成湿气汽凝，甚至出现霜冻或结冰 低气压 加速因低气压造成的密封等的漏气 盐雾 减小盐雾的浸蚀速度 低温 冲击或振动 强化冲击或振动的影响 低气压 增大低气压的影响 盐
35、雾 高湿度可以冲淡盐雾浓度 霉化 有助于霉化和微生物的生长 湿度 臭氧 加大对塑料和弹性材料的侵蚀性作用 QJ 3153 2002 10 5.1.3 贮存环境应力及其影响分析 5.1.3.1 贮存环境应力 贮存环境对产品引起的环境应力主要是机械应力、化学应力和热应力三种，在某些情况下（如贮存期内定期检测与维修产品的通电检测时段）也有电应力作用，但因其作用时间短暂，并且已在进行工作状态的设计分析中予以考虑，故这里不再分析。 5.1.3.1.1 机械应力 机械应力主要是热机械应力、周期性机械应力和惯性力。 热机械应力是由于温度变化导致结构内部不同膨胀引起的应力。如对有约束的结构，在不同材料的界面上
36、，由于材料的热胀系数不同，可产生热机械应力。在微电路结构中，由于元件密集，空间窄小，易受约束，而且使用材料的线胀系数差别较大，即使在较低的、均匀的温度变化下，也可能产生较大的热机械应力。 周期性的机械应力由温度循环引起，可使器件疲劳失效。长期在无防护或无控制的环境中贮存，可能产生这种应力。 惯性力由振动产生的周期性加速度和冲击产生的瞬时加速度引起。在产品贮存状态，冲击来自倒库或运输时的振动和跌落、碰撞。 此外，微电路结构还可能产生如下机械应力： a） 由于在薄沉积层生长时各向膨胀不一致，或位错、点缺陷等导致的薄沉积层内的机械应力； b） 由于晶格参数错配、杂质和粘合不完全而导致的界面微应力。
37、5.1.3.1.2 化学应力 化学应力是产品结构中潜在的相互化学作用引起的应力。包括： a） 外界污染物（指周围的氯离子、碱金属离子或残余的加工化合物、氢、氧以及各种大气污染物和水份等）引起电化和化学腐蚀加剧，从而导致器件失效。化学应力腐蚀源有： 1） 微电路结构内的浓度差； 2） 制造过程留下的化学物质； 3） 器件材料放出的气体； 4） 包括水气在内的污染物； 5） 通过封装缺陷进入的气体； 6） 加速化学反应应力； 7） 原电池。 b） 固固相的传质作用：在固固相结构中，由于两相的化学势不同，物质必然从化学势较大的一相向化学势较小一相传递，直至两相化学势相等，达到平衡；由于微电路的结构尺
38、寸很小，固固相的传质作用显得特别重要。 5.1.3.1.3 热应力 热应力是由于温度变化产生的产品内力。当环境温度提高时，外界热量使产品温度升高，热应力增大，从而加速产品退化、失效的化学反应和物理变化过程，诸如腐蚀、老化等物化过程。 5.1.3.2 环境应力影响分析 在分析产品失效机理时，应进行环境应力影响分析，以便控制环境应力，降低产品失效率，提高贮存可靠性。 5.1.3.2.1 机械失效过程 在机械应力或机械应力与化学、热应力共同作用下产生机械性失效过程。包括： a） 高温环境下热机械应力可能引起的失效： 1） 不同材料膨胀不一致致使零件粘在一起； 2） 润滑剂粘度降低，润滑剂外流使连接处
39、损失润滑能力； QJ 3153 2002 11 3） 构件全部或局部变形； 4） 构件的包装、衬垫、密封、轴承和轴发生变形、粘结和失效，引起机械性的故障或破坏其完整性； 5） 衬垫出现永久性变形； 6） 充填物和密封条损坏； 7） 固定电阻阻值变化； 8） 可能使变压器和机电组件过热； 9） 浇铸的固体装药在其壳体内膨胀； 10） 有机材料退色、裂开或出现裂纹。 b） 低温环境下热机械应力可能引起的失效: 1） 构件材料发硬发脆，在振动或冲击条件下易出现裂纹或断裂； 2） 在温度瞬变过程中，会因各种材料收缩不一和不同零件膨胀率的差异使零件互相咬死； 3） 润滑剂粘度增加，流动能力降低，润滑作用
40、减小； 4） 电子元器件（晶体管、电容器等）的性能发生变化； 5） 变压器和机电组件的性能变坏； 6） 减震支架刚性增加，影响其减震性能； 7） 固体装药产生裂纹； 8） 构件产生开裂、脆裂和冲击强度改变、强度降低； 9） 玻璃产生静疲劳； 10） 水冷凝和结冰，导致构件变形或破裂； 11） 固体推进剂装药燃烧率发生变化。 c） 温度冲击产生的热机械应力可能引起的失效： 1） 玻璃、玻璃器皿和光学设备碎裂； 2） 运动部件粘结或运动减慢； 3） 电子零部件性能发生变化； 4） 产品中的水汽快速凝水或结霜从而导致机械故障； 5） 爆炸物中固体药球或药柱产生裂纹； 6） 零部件变形或破裂； 7）
41、表面涂层开裂； 8） 密封部件泄漏。 d） 惯性力对机械结构件可能造成的失效： 1） 结构变形从而影响设备的正常运行； 2） 产生永久性变形和破坏，导致设备失灵或破坏； 3） 执行机构或其它活动构件卡死； 4） 紧固件松动； 5） 构件加速疲劳，从而导致裂纹和断裂； 6） 配合面和表面处理层擦伤； 7） 密封泄漏； 8） 粘接缝或焊缝裂开等。 e） 惯性力对电子和电气器件可能造成的失效： 1） 电路板短路和电路断开； 2） 灯丝或线圈折断； 3） 焊点脱开导致开路； QJ 3153 2002 12 4） 常闭触点被打开，反之常开触点闭合； 5） 间距小的两元件造成短路等。 f）惯性力对电磁器件
42、可能造成的失效： 1） 铰接件暂时啮合或脱开； 2） 绕组和铁芯变位； 3） 磁场和静电场强变化。 g） 惯性力对电热器件可能造成的失效： 1） 加热丝折断； 2） 双金属片变形弯曲从而导致精度下降。 h） 周期性机械应力可能造成的失效： 1） 导致部件疲劳损伤，对大多数金属和高聚物材料来说，应力越大疲劳失效周期越短，疲劳失效对微结构更具有重要意义； 2） 构件暴露在化学腐蚀环境疲劳失效会产生所谓的“应力蚀断裂” ； 3） 使塑料件更容易变形，疲劳寿命更短； 4） 引起封装裂纹生长，导致封装局部失封，以至潮气和污物侵入，产生退化腐蚀过程； 5） 使脆性材料如陶瓷、硅芯片、玻璃覆盖层、氧化层、氮
43、化层等存在的微裂纹扩大，导致破裂； 6） 对集成电路或其它器件的引线键合有较大的影响，有些器件有相当大数量的键合失效； 7） 在长时间的振动情况下会产生疲劳损伤，从而引起焊接开裂、封装失封，也可能引起固体推进剂裂纹和防护层脱粘；对于发动机装置和控制系统的可卸连接、焊接和胶合处，振动可能引起失封、电路接点破坏和个别仪器的损坏。 5.1.3.2.2 化学失效过程 化学失效过程包括由水分、有害气体和其它化学污染物的化学应力影响和由固固相传质作用引起的失效过程，包括： a） 水分的影响：水分对产品的影响最为突出，能够引起材料变质所需的水分量很小，甚至小到单分子层；水分能引起和加速金属件的电化腐蚀和化学
44、腐蚀，非金属的水解、霉变和热分解，使火炸药 /火 工品吸湿、潮解，丧失其功能。在微电路封装中，即使是微量的水分也是极其有害的，可能导致下述失效： 1） 在封装内形成三种腐蚀电池（即原电池、浓差电池和电解电池），引起不同类型的电化腐蚀，使金属涂层产生凹坑，大规模集成电路电极反向，生长各种金属晶须，使金属间的焊接变质，产生电迁移过程； 2） 水分能与玻璃钝化层中的磷化物生成磷酸，导致铅薄膜相当快地被磷酸腐蚀变质；不含磷的玻璃钝化层虽无磷酸腐蚀问题，但易生成裂纹，使裂纹下的铝薄膜受到潮气腐蚀； 3） 由于在接点边缘层的氧化物上的离子漂移，使半导体器件表面污染和吸附水分，会影响器件的稳定性、性能和可靠
45、性；在热氧化和扩散的硅接点上会缓慢引起反向电流； 4） 潮气能诱发金迁移失效过程，导致邻接金涂层条的电阻短路； 5） 水分能降低氧化层表面的强度，使氧化层易产生裂纹并加速扩展。 b） 大气对金属腐蚀的影响：大气中的水分和化合物对金属产生电化学腐蚀，是金属腐蚀的主要形式。大气中有害气体成分，特别是氯离子、硫化氢、硫的氧化物等，也对金属产生化学腐蚀。暴露于大气环境中的金属材料产生的腐蚀主要受如下因素影响： 1） 润湿时间（年相对湿度80的时数）； 2） 气温； QJ 3153 2002 13 3） 有害气体成分浓度； 4） 降尘量，落在产品上的尘粒会增大表面吸湿性，与尘埃中的化学腐蚀性物质一起加剧
46、腐蚀过程； 5） 盐雾，使金属腐蚀加快，因为雾促进污垢凝结，金属材料表面的水膜增厚，这些会增强电化腐蚀和化学腐蚀的过程； 6） 霉菌，有极强的吸收水分的能力，会使电子元器件表面生成导电层，降低绝缘电阻，增大电流，加快腐蚀，降低元器件性能；霉还能分离出有机物（乙酸、柠檬酸）引起防护层的腐蚀破坏，使透镜或玻璃制品昏暗和产生斑点。 c） 化学和物理作用对非金属材料腐蚀的影响：非金属材料一般不产生电化学腐蚀，而是产生化学和物理作用。化学作用主要是指化学药剂酸、碱、盐等对非金属的腐蚀作用；物理作用主要是指溶剂（包括水）对非金属的溶解和溶胀作用。 1） 对塑料的影响见表 6。 表 6 塑料耐腐蚀性 塑料名
47、称 耐酸、碱、盐性 耐溶剂性 耐 热 性 酚醛树脂 对非氧化性酸（盐酸、稀硫酸、磷酸等） 、盐类溶液有良好的耐蚀性；不耐碱和氧化性酸（硝酸、铬酸）腐蚀 耐水性良好 对一些有机溶剂的抗蚀力不好 最高耐 120150 环氧树脂 对稀酸、碱、盐溶液稳定，不耐强氧化剂如硝酸、浓硫酸等的腐蚀 耐水性很好，对多种有机溶剂都稳定 最高应用温度 90 100，耐热型为 150 聚酯树脂 对稀的非氧化性和有机酸、盐溶液、油类有良好的耐蚀性，不耐氧化性酸腐蚀，一般型和异酞型不耐碱，双酚 A 型对碱较稳定 不耐多种有机溶剂卤代烃、酮、醛等的腐蚀 最高应用温度 150（一般型） ， 177（耐热型）聚乙烯 对非氧化性
48、酸、稀硝酸、碱和盐溶液都有良好的耐蚀性，但不耐浓硫酸和其它强氧化剂的腐蚀 常温下对有机溶剂耐蚀性良好，高密度更好些，但有些溶液能使其溶胀，有些挥发性液体或蒸汽可使其产生应力腐蚀破裂，耐水性很好 长期使用一般不超过 65聚丙烯 耐蚀性较聚乙烯稍优，除浓硝酸发烟硫酸、氯磺酸和强氧化性酸外，能耐大多数有机和无机酸、碱和盐，抗应力腐蚀破裂易被某些强有机溶液破坏，耐水性良好 应用温度范围 14120 聚氯乙烯 耐酸、碱、盐腐蚀，只有浓硝酸、发烟硫酸对其有腐蚀作用 耐水和溶剂，但醋酐、 酮、醚、卤代烃、芳胺对之有腐蚀作用 应用温度一般不超过 6065 ，作设备和管子衬里可高到 80100氯化聚氯乙烯 与聚
49、氯乙烯相似 比聚氯乙烯更易溶于酯、酮、芳烃等溶剂，具有良好的耐候、防霉、抗盐雾性能 最高应用温度 100 聚四氟乙烯 耐蚀性优良，除熔融的锂、钾、钠、三氟化氯、高温下的三氟化氧、高流速的液氟外，几乎可抗所有的化学介质 耐溶剂性优良 应用温度范围 200 260，分解温度 415 聚苯乙烯 耐稀酸、碱、盐的腐蚀，但不耐强氧化性酸的腐蚀 耐水和醇，但不耐有机溶剂如烃、卤代烃、酮、酯，能使之软化或溶解 最高应用温度 7075有机玻璃 对稀的无机酸、碱、盐都有良好的抗力 耐水和大气，但不耐酯、芳烃卤代烃和其它强有机溶剂的腐蚀 最高应用温度 6580尼龙 （聚酰胺） 对稀酸、碱和盐耐蚀，但不耐强酸和氧化性酸的腐蚀，对烃、酮、醚酯、油类抗蚀能力良好，不耐酚和甲酸的腐蚀 耐水和溶剂，无腐蚀 最高应用温度 80 120，
