RU2263980C1

RU2263980C1 - Onboard unit for thermal and mechanical protection of object

Info

Publication number: RU2263980C1
Application number: RU2004128273/28A
Authority: RU
Inventors: Е.Ф. Фурмаков (RU); Е.Ф. Фурмаков; О.Ф. Петров (RU); О.Ф. Петров; Ю.В. Маслов (RU); Ю.В. Маслов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Техприбор"
Priority date: 2004-09-21
Filing date: 2004-09-21
Publication date: 2005-11-10

Abstract

FIELD: protection of microelectronic information recorders; protected onboard flight information storage units of aircraft and helicopters.

SUBSTANCE: proposed onboard protective unit consists of layers located in succession: outer shock-and-heat resistant layer made from high-temperature metals, intermediate heat protective layer made from refractory dry porous material and inner heat protective layer made from water-containing material enclosed between outer and inner heat-transfer gaskets. Outer shock-and-heat resistant layer is perforated with through drainage holes whose diameters do not exceed half thickness of outer shock-and-heat resistant layer; heat-transfer gaskets are made from metal foil; outer heat-transfer gasket is perforated and inner heat protective layer is used with at least two crystallohydrates; temperature of dehydration of one of crystallohydrates exceeds temperature of other crystallohydrate by no less than two times.

EFFECT: enhanced efficiency of protection of object.

1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к средствам защиты микроэлектронного оборудования от внешних разрушающих факторов, таких как высокотемпературные огневые воздействия, ударные перегрузки, статические давления, а также от длительного воздействия повышенной температуры, и может быть использовано, например, при создании защищенных бортовых накопителей полетной информации для самолетов и вертолетов, а также защищенных накопителей информации для других транспортных средств: тепловозов, судов, автомобилей и пр.The present invention relates to the protection of microelectronic equipment from external destructive factors, such as high temperature fire, shock loads, static pressures, as well as from prolonged exposure to elevated temperature, and can be used, for example, to create secure on-board flight information storage devices for aircraft and helicopters, as well as secure storage devices for other vehicles: diesel locomotives, ships, cars, etc.

Известно устройство для защиты микроэлектронного оборудования от воздействия высокой температуры (см. патент РФ №2042294, Н 05 К 7/20, 1995 г.).A device is known for protecting microelectronic equipment from high temperatures (see RF patent No. 2042294, H 05 K 7/20, 1995).

В известном устройстве защищаемый микроэлектронный объект размещен в герметичном контейнере, соединенном с системой подачи и циркуляции охлаждающей диэлектрической жидкости, испарение которой на внутренних поверхностях стенок герметичного контейнера и наружных поверхностях микроэлектронного объекта приводит к охлаждению последнего и защищает его от перегрева.In the known device, the protected microelectronic object is placed in an airtight container connected to the supply and circulation system of a cooling dielectric fluid, the evaporation of which on the inner surfaces of the walls of the sealed container and the outer surfaces of the microelectronic object leads to cooling of the latter and protects it from overheating.

Недостатком известного устройства является необходимость использования дополнительной системы подачи и циркуляции охлаждающей жидкости, что увеличивает размеры защитного устройства, снижает его надежность и затрудняет использование в качестве бортовой аппаратуры транспортного средства.A disadvantage of the known device is the need to use an additional system for supplying and circulating coolant, which increases the size of the protective device, reduces its reliability and makes it difficult to use the vehicle as on-board equipment.

Также известно устройство для механической и тепловой защиты микроэлектронного оборудования, представляющее собой блок накопления информации БНИ, входящий в состав системы диагностики и контроля СДК-8, предназначенной для регистрации полетной информации вертолетов (см. Руководство по технической эксплуатации 6Т1.412.001РЭ. Система диагностики и контроля СДК-8, с.32. Изд. ОАО «Техприбор», СПб, 2001 г.).It is also known a device for mechanical and thermal protection of microelectronic equipment, which is a BNI information storage unit that is part of the SDK-8 diagnostic and control system designed to record helicopter flight information (see Technical Manual 6T1.412.001RE. Diagnostic and control SDK-8, p. 32. Publishing house of JSC Techpribor, St. Petersburg, 2001).

Указанное устройство представляет собой защитную слоистую оболочку, окружающую защищаемый объем, в котором размещен сохраняемый микроэлектронный объект - твердотельная карта памяти, предназначенная для регистрации полетной информации вертолета.The specified device is a protective layered shell surrounding the protected volume in which the stored microelectronic object is located - a solid-state memory card designed to record the helicopter flight information.

Защитная слоистая оболочка состоит из внешнего кожуха блока и двух защитных слоев: наружного и внутреннего, каждый из которых выполняет определенную защитную функцию. Наружный слой защитной оболочки, выполненный из огнестойкого теплоизолирующего пористого материала, предназначен для пассивной теплозащиты сохраняемого объекта после аварии вертолета, сопровождаемой пожаром, при воздействии на блок внешнего одностороннего теплового потока с температурой пламени до 1100°С.The protective laminate consists of an outer casing of the block and two protective layers: outer and inner, each of which performs a specific protective function. The outer layer of the protective shell made of fire-resistant heat-insulating porous material is intended for passive heat protection of the stored object after a helicopter accident accompanied by a fire when an external one-way heat flow with a flame temperature of up to 1100 ° C is exposed to the unit.

Наружный слой защитной оболочки обеспечивает пассивную теплозащиту сохраняемого объекта путем создания на толщине слоя теплоизолирующего материала перепада температуры, позволяющего поддерживать в течение 30 минут температуру внутренней поверхности слоя, не превышающую 150°С, при температуре внешней поверхности слоя 1100°С.The outer layer of the protective shell provides passive heat protection of the stored object by creating a temperature difference on the thickness of the layer of heat-insulating material, which allows maintaining for 30 minutes the temperature of the inner surface of the layer, not exceeding 150 ° C, at a temperature of the outer surface of the layer of 1100 ° C.

Внутренний слой защитной оболочки представляет собой массивный металлический корпус, выполненный из ударожаропрочных металлических сплавов и предназначенный для защиты сохраняемого объекта в момент аварии от внешних разрушающих механических факторов.The inner layer of the protective shell is a massive metal case made of impact-resistant metal alloys and designed to protect the stored object at the time of the accident from external destructive mechanical factors.

Наружный и внутренний слои защитной слоистой оболочки размещены внутри внешнего тонкостенного металлического кожуха, на внешнюю поверхность которого нанесены опознавательные знаки и предупредительные надписи, облегчающие поисковые работы по обнаружению блока накопления информации (т.н. «черного ящика») после аварии, не сопровождаемой пожаром.The outer and inner layers of the protective laminate are placed inside the outer thin-walled metal casing, on the outer surface of which there are identification marks and warning signs that facilitate search work to detect the information storage unit (the so-called “black box”) after an accident that is not accompanied by a fire.

Известное устройство надежно выполняет защиту размещенной в защищаемом объеме твердотельной микроэлектронной карты памяти от воздействия внешних механических разрушающих факторов, а также от одностороннего, т.е. направленного только на одну из сторон внешнего кожуха, высокотемпературного воздействия, но не в состоянии обеспечить тепловую защиту при всестороннем огневом воздействии на кожух с температурой 1100°С в течение 30 минут.The known device reliably protects a solid-state microelectronic memory card located in a protected volume from external mechanical destructive factors, as well as from one-sided, i.e. aimed at only one side of the outer casing, high-temperature exposure, but not able to provide thermal protection with comprehensive fire exposure to the casing with a temperature of 1100 ° C for 30 minutes.

Указанный недостаток не позволяет использовать известное устройство на новых и модернизированных вертолетах, так как в соответствии с отраслевым стандартом (см. ОСТ 1 01080-95. Устройства регистрации бортовые с защищенными накопителями, п.6.2.11, с.11) тепловое воздействие пламенем на защищенный накопитель информации должно быть всесторонним, т.е. направленным на блок со всех шести сторон.This drawback does not allow the use of the known device on new and modernized helicopters, since in accordance with the industry standard (see OST 1 01080-95. On-board recording devices with protected drives, clause 6.2.11, p.11) the thermal effect of the flame on a secure storage device must be comprehensive, i.e. aimed at the block from all six sides.

Данный недостаток преодолен в наиболее близком к заявленному и принятом за прототип устройстве, основанном на создании вокруг сохраняемого микроэлектронного объекта защитной слоистой оболочки, предохраняющей его от воздействия внешних тепловых и механических разрушающих факторов (см. патент РФ №2162189, F 16 L 59/02, G 12 B 17/06, В 64 С 1/38, B 64 G 1/58, 2001 г.).This drawback is overcome in the closest to the claimed and adopted as a prototype device, based on the creation of a protective laminate around a microelectronic object that protects it from external thermal and mechanical destructive factors (see RF patent No. 2162189, F 16 L 59/02, G 12 B 17/06, B 64 C 1/38, B 64 G 1/58, 2001).

В этом устройстве защитная оболочка сохраняемого объекта сформирована из нескольких последовательно расположенных слоев: наружного ударожаропрочного слоя, изготовленного из жаростойких металлов, промежуточного теплозащитного слоя, выполненного из огнеупорного сухого пористоволокнистого материала, и внутреннего теплозащитного слоя, сформированного из пористого водосодержащего материала, заключенного между теплоотражающими прокладками, изготовленными из металлизированной полимерной пленки.In this device, the protective shell of the stored object is formed of several successively arranged layers: an external shock-resistant layer made of heat-resistant metals, an intermediate heat-protective layer made of refractory dry porous fiber material, and an internal heat-protective layer formed of a porous water-containing material enclosed between heat-reflecting gaskets, made of metallized polymer film.

Наружный слой защитной оболочки обеспечивает защиту сохраняемого объекта от внешних разрушающих механических и огневых воздействий за счет ударожаропрочности материала слоя. Промежуточный теплозащитный слой обеспечивает пассивную теплозащиту сохраняемого объекта за счет низкой теплопроводности сухого пористоволокнистого материала слоя. Внутренний теплозащитный слой обеспечивает активную теплозащиту сохраняемого объекта за счет поглощения теплоты при кипении воды, находящейся в порах водосодержащего материала. Активная теплозащита позволяет поддерживать температуру защищаемого объема не выше точки кипения воды 100°С в течение всего времени выкипания. Теплоотражающие прокладки способствуют дополнительному понижению температуры защищаемого объема за счет частичного отражения внешнего теплового потока теплоотражающими поверхностями прокладок.The outer layer of the protective shell protects the stored object from external destructive mechanical and fire effects due to the shock and heat resistance of the material of the layer. An intermediate heat-protective layer provides passive thermal protection of the stored object due to the low thermal conductivity of the dry porous fiber material of the layer. The inner heat-protective layer provides active thermal protection of the stored object due to the absorption of heat during boiling of water located in the pores of the water-containing material. Active thermal protection allows maintaining the temperature of the protected volume not higher than the boiling point of water 100 ° C during the whole boiling time. Heat-reflecting gaskets contribute to an additional decrease in the temperature of the protected volume due to the partial reflection of the external heat flux by the heat-reflecting surfaces of the gaskets.

Известное устройство эффективно решает задачу защиты сохраняемого объекта от разрушающих механических факторов и высокотемпературных воздействий, обеспечивая защиту микроэлектронного оборудования при внешнем всестороннем огневом воздействии с температурой до 1100°С в течение 30 минут, ударных перегрузках до 3400 g и статических давлениях до 600 атм.The known device effectively solves the problem of protecting the stored object from destructive mechanical factors and high temperature influences, providing protection for microelectronic equipment with external comprehensive fire exposure with a temperature of up to 1100 ° C for 30 minutes, shock overloads up to 3400 g and static pressures up to 600 atm.

Однако в соответствии с международными требованиями TSO (см. «Technical Standart Order», TSO-C124a, Washington, DC; 8/1/96) к бортовым защищенным накопителям полетной информации самолетов и вертолетов сохраняемый объект, помимо вышеперечисленных разрушающих механических факторов и высокотемпературных воздействий, должен выдерживать также и длительное всестороннее воздействие повышенной температуры 260°С в течение 10 часов. Кроме того, согласно требованиям TSO время всестороннего высокотемпературного воздействия 1100°С должно составлять не менее 1 часа.However, in accordance with the international requirements of TSO (see "Technical Standart Order", TSO-C124a, Washington, DC; 8/1/96) for on-board protected storage devices for flight information of aircraft and helicopters, a stored object, in addition to the above destructive mechanical factors and high temperature effects , must also withstand prolonged and comprehensive exposure to elevated temperatures of 260 ° C for 10 hours. In addition, according to TSO requirements, a comprehensive high-temperature exposure time of 1100 ° C should be at least 1 hour.

Для выполнения известным устройством требования TSO по длительности всестороннего высокотемпературного воздействия не менее 1 часа необходимо значительное увеличение толщин промежуточного и внутреннего слоев, т.е. существенное увеличение объема защитной оболочки, что приводит к недопустимому для бортового оборудования возрастанию ее габаритных размеров. Для выполнения требования TSO по стойкости к длительному, до 10 часов, всестороннему воздействию повышенной температуры 260°С известное устройство малоэффективно.To fulfill the TSO requirements for a comprehensive high-temperature exposure for at least 1 hour, a significant increase in the thicknesses of the intermediate and inner layers, i.e. a significant increase in the volume of the protective shell, which leads to an increase in its overall dimensions that is unacceptable for on-board equipment. To meet the TSO requirements for resistance to long-term, up to 10 hours, comprehensive exposure to elevated temperatures of 260 ° C, the known device is ineffective.

В основу предлагаемого изобретения поставлена задача обеспечения защиты сохраняемого микроэлектронного объекта при воздействии на него механических и тепловых перегрузок, в том числе при всестороннем воздействии высокой температуры 1100°С в течение 1 часа, а также при длительном всестороннем воздействии повышенной температуры 260°С в течение 10 часов.The basis of the invention is the task of protecting the stored microelectronic object when exposed to mechanical and thermal overloads, including the comprehensive exposure to high temperature 1100 ° C for 1 hour, as well as long-term comprehensive exposure to elevated temperature 260 ° C for 10 hours.

Для эффективной защиты сохраняемого объекта предлагаются следующие новые технические решения.The following new technical solutions are proposed for the effective protection of the stored property.

Во-первых, внутренний теплозащитный водосодержащий слой предлагается формировать из материалов, содержащих воду не в свободном состоянии, в порах пористо-волокнистого материала, как это осуществлено в известном устройстве, а в кристаллически связанном состоянии в структуре кристаллической решетки кристаллогидратов - кристаллических соединений, содержащих связанную, т.н. «кристаллизационную» воду. Использование кристаллогидратов для формирования внутреннего теплозащитного слоя позволяет существенно повысить эффективность активной теплозащиты внутреннего слоя, поскольку для испарения кристаллизационной воды, входящей в состав кристаллогидрата, требуется значительно большее количество тепла, чем для испарения эквивалентной массы свободной воды, находящейся в порах пористо-волокнистого материала.Firstly, it is proposed to form an internal heat-protective water-containing layer from materials containing water not in a free state, in the pores of a porous-fibrous material, as is done in a known device, but in a crystalline bound state in the structure of the crystal lattice of crystalline hydrates - crystalline compounds containing bound , so-called "Crystallization" water. The use of crystalline hydrates to form the inner heat-shielding layer can significantly increase the efficiency of active heat shielding of the inner layer, since the evaporation of crystallization water, which is part of the crystalline hydrate, requires significantly more heat than the evaporation of an equivalent mass of free water located in the pores of a porous-fibrous material.

Во-вторых, в предлагаемом устройстве для обеспечения эффективного режима охлаждения промежуточного теплозащитного слоя водяным паром, образующимся при обезвоживании кристаллогидратов, предлагается перфорировать в наружном ударожаропрочном слое дренажные отверстия с определенным соотношением длины и диаметра каждого отверстия, обеспечивающим эффективное охлаждение внутреннего теплозащитного слоя водяным паром за счет создания внутри защитной слоистой оболочки избыточного давления водяного пара.Secondly, in the proposed device for providing an effective cooling mode of the intermediate heat-shielding layer with water vapor formed during dehydration of crystalline hydrates, it is proposed to perforate drainage holes in the outer shock-resistant layer with a certain ratio of the length and diameter of each hole, which ensures effective cooling of the inner heat-shielding layer with water vapor due to creating inside the protective laminate an excessive pressure of water vapor.

Кроме того, в изобретении предлагается изготавливать теплоотражающие прокладки не из металлизированного полимера, как в известном устройстве, а из металлической фольги, обладающей принципиально более высокой термостойкостью по сравнению с полимерным материалом. Для дренирования водяных паров, образующихся при тепловом разложении кристаллогидратов, предлагается перфорировать в металлической фольге наружной теплоотражающей прокладки дренажные отверстия. Для повышения отражательной способности теплоотражающих прокладок предлагается полировать их теплоотражающие поверхности.In addition, the invention proposes to produce heat-reflecting gaskets not from a metallized polymer, as in the known device, but from a metal foil having a fundamentally higher heat resistance compared to a polymer material. To drain the water vapor generated by the thermal decomposition of crystalline hydrates, it is proposed to perforate drainage holes in the metal foil of the outer heat-reflecting pad. To increase the reflectivity of heat-reflecting gaskets, it is proposed to polish their heat-reflecting surfaces.

Таким образом, с целью выполнения поставленной задачи в бортовом устройстве для тепловой и механической защиты объекта, состоящем из последовательно расположенных слоев: наружного ударожаропрочного слоя, изготовленного из жаростойких металлов, промежуточного теплозащитного слоя, выполненного из огнеупорного сухого пористого материала, и внутреннего теплозащитного слоя, сформированного из водосодержащего материала, заключенного между наружной и внутренней теплоотражающими прокладками, новым согласно изобретению является то, что наружный ударожаропрочный слой перфорирован сквозными дренажными отверстиями, диаметр каждого из которых не превышает половины толщины наружного ударожаропрочного слоя, теплоотражающие прокладки изготовлены из металлической фольги, причем наружная теплоотражающая прокладка перфорирована, а внутренний теплозащитный слой образован с использованием не менее чем двух кристаллогидратов, таких что температура обезвоживания одного из них превосходит температуру обезвоживания другого не менее чем в два раза.Thus, in order to fulfill the task in the on-board device for thermal and mechanical protection of the object, consisting of sequentially arranged layers: an external shock-resistant layer made of heat-resistant metals, an intermediate heat-protective layer made of refractory dry porous material, and an internal heat-protective layer formed of a water-containing material enclosed between the outer and inner heat-reflecting gaskets, new according to the invention is that the shock-resistant outer layer is perforated through the drainage holes, the diameter of each of which does not exceed half the thickness of the outer shock-resistant layer, heat-reflecting gaskets are made of metal foil, the outer heat-reflecting gasket is perforated, and the inner heat-reflecting layer is formed using at least two crystalline hydrates, such that the dehydration temperature one of them exceeds the dehydration temperature of the other by at least two times.

Для более полного раскрытия сущности изобретения на чертеже представлено сечение предложенного устройства.For a more complete disclosure of the invention, the drawing shows a section of the proposed device.

Сохраняемый объект 1 размещен в защищаемом объеме 2, расположенном внутри защитной слоистой оболочки, включающей:The stored object 1 is placed in a protected volume 2 located inside the protective laminate, including:

- наружный ударожаропрочный слой 3, изготовленный из жаростойких металлов и перфорированный дренажными отверстиями 4, диаметр каждого из которых выбран не превышающим половины толщины наружного ударожаропрочного слоя 3;- outer shock-resistant layer 3 made of heat-resistant metals and perforated by drainage holes 4, the diameter of each of which is chosen not exceeding half the thickness of the outer shock-resistant layer 3;

- промежуточный теплозащитный слой 5, предназначенный для пассивной теплозащиты сохраняемого объекта 1 и выполненный из огнеупорного сухого пористого материала;- an intermediate heat-protective layer 5, intended for passive heat protection of the stored object 1 and made of refractory dry porous material;

- внутренний теплозащитный слой 6, предназначенный для активной теплозащиты сохраняемого объекта 1 и образованный из материала, в состав которого входят кристаллогидраты: кристаллические соединения, содержащие кристаллизационную воду;- the inner heat-protective layer 6, designed for active thermal protection of the stored object 1 and formed from a material that includes crystalline hydrates: crystalline compounds containing crystallization water;

- внутренний теплозащитный слой 7 составлен не менее чем из двух различных кристаллогидратов с отличающимися между собой температурами обезвоживания: у одного из кристаллогидратов эта температура превосходит температуру обезвоживания другого кристаллогидрата не менее чем в два раза.- the inner heat-shielding layer 7 is composed of at least two different crystalline hydrates with different dehydration temperatures: in one of the crystalline hydrates this temperature exceeds the dehydration temperature of the other crystalline hydrate by at least two times.

На наружной и внутренней поверхностях внутреннего теплозащитного слоя 6 расположены соответственно наружная 7 и внутренняя 8 теплоотражающие прокладки, изготовленные из металлической, например алюминиевой, фольги и предназначенные для отражения внешнего теплового потока, причем наружная теплоотражающая прокладка 7 перфорирована для возможности дренирования сквозь ее отверстия водяных паров.On the outer and inner surfaces of the inner heat-shielding layer 6 there are respectively outer 7 and inner 8 heat-reflecting gaskets made of metal, for example aluminum, foil and designed to reflect the external heat flux, and the external heat-reflecting gasket 7 is perforated to allow drainage of water vapor through its openings.

Геометрическая форма предлагаемого устройства может быть сферической, цилиндрической, призматической и т.п. Представленное на чертеже устройство со сферической геометрией является наиболее компактным и теплоударостойким из перечисленных.The geometric shape of the proposed device can be spherical, cylindrical, prismatic, etc. The device with spherical geometry shown in the drawing is the most compact and heat-shock resistant of these.

Наружный ударожаропрочный слой 3 устройства может быть составлен из полусфер 9, соединенных между собой, например, посредством сварного шва 10, допускающего возможность разъединения полусфер 9 для доступа к сохраняемому объекту 1 после аварии, например, путем удаления шва 10.The outer shock-resistant layer 3 of the device can be composed of hemispheres 9, interconnected, for example, by means of a weld 10, which allows the hemispheres 9 to be separated to access the stored object 1 after an accident, for example, by removing the seam 10.

В случае, когда в результате аварии возникает пожар, возможны предусмотренные нормативами TSO аварийные ситуации: ситуация с активным всесторонним огневым воздействием на сохраняемый объект пламени с температурой 1100°С в течение 1 часа и ситуация с тлеющим всесторонним огневым воздействием на сохраняемый объект при температуре тления 260°С в течение 10 часов.In the event that a fire occurs as a result of an accident, emergency situations provided for by TSO standards are possible: a situation with active comprehensive fire exposure to a stored flame object with a temperature of 1100 ° C for 1 hour and a situation with smoldering comprehensive fire exposure to a stored object at a smoldering temperature of 260 ° C for 10 hours.

При высокотемпературном воздействии на наружный ударожаропрочный слой 3 внешнего теплового потока с температурой 1100°С происходит постепенное нагревание промежуточного теплозащитного слоя 6, сформированного из огнеупорного сухого пористого материала с высокими теплоизоляционными свойствами.When high-temperature impact on the external shock-resistant layer 3 of the external heat flux with a temperature of 1100 ° C, the intermediate heat-protective layer 6 is formed gradually, formed from a refractory dry porous material with high thermal insulation properties.

Из-за низкой теплопроводности материала промежуточного теплозащитного слоя 5 его прогревание до температуры 120°С происходит в течение 5-10 минут.Due to the low thermal conductivity of the material of the intermediate heat-protective layer 5, it is heated to a temperature of 120 ° C for 5-10 minutes.

Таким образом, примерно через 30 минут после аварии, сопровождаемой внешним всесторонним воздействием пламенем с температурой 1100°С, температура наружной поверхности внутреннего теплозащитного слоя 6 может достигнуть критического значения 120°С.Thus, approximately 30 minutes after the accident, accompanied by an external comprehensive exposure to a flame with a temperature of 1100 ° C, the temperature of the outer surface of the inner heat-protective layer 6 can reach a critical value of 120 ° C.

При воздействии на наружный ударожаропрочный слой 3 внешнего теплового потока с температурой 260°С происходит постепенное нагревание промежуточного теплозащитного слоя 5 в течение 25-35 минут до температуры 120°С.When exposed to the external impact-resistant layer 3 of an external heat flux with a temperature of 260 ° C, the intermediate heat-protective layer 5 is gradually heated to a temperature of 120 ° C for 25-35 minutes.

Таким образом, примерно через 2,5 часа после аварии, сопровождаемой тлеющим огневым воздействием с температурой 260°С, температура на наружной поверхности внутреннего теплозащитного слоя 6 может достигнуть значения 120°С.Thus, approximately 2.5 hours after the accident, accompanied by smoldering fire with a temperature of 260 ° C, the temperature on the outer surface of the inner heat-shielding layer 6 can reach 120 ° C.

В качестве кристаллогидратов, образующих внутренний теплозащитный слой 6, могут быть использованы, например, гидросульфаты металлов, в том числе - никеля, меди и железа, гидросульфаты двойных металлов, в том числе - калия и алюминия, кристаллогидраты двойных солей, в том числе сульфата калия и хрома, сульфата калия и алюминия, гидроксилы металлов, в том числе алюминия, гидротированные силикаты щелочных металлов, в том числе натрия, калия и лития.As crystalline hydrates forming the inner heat-shielding layer 6, for example, metal hydrosulfates, including nickel, copper and iron, hydrosulfates of double metals, including potassium and aluminum, crystalline hydrates of double salts, including potassium sulfate, can be used and chromium, potassium sulfate and aluminum, hydroxides of metals, including aluminum, hydrated silicates of alkali metals, including sodium, potassium and lithium.

Температуры Т_о обезвоживания указанных кристаллогидратов лежат в пределах от 105 до 400°С. Так, например, для наименее термостойкого из перечисленных кристаллогидратов - додекагидросульфата калия - алюминия KA

(SO₄)₂·12H₂O температура обезвоживания составляет Т_о=105°С; для наиболее термостойкого кристаллогидрата - декагидротетрабората натрия Na₂B₄O₇·10H₂O Т_о=400°С; для кристаллогидрата с промежуточной термостойкостью - гептогидросульфата железа FeSO₄·7H₂O T_о=300°C.The temperature T _o dehydration of these crystalline hydrates are in the range from 105 to 400 ° C. So, for example, for the least heat-resistant of the listed crystalline hydrates - potassium dodecahydrosulfate - aluminum KA

(SO ₄ ) ₂ · 12H ₂ O dehydration temperature is T _o = 105 ° C; for the most heat-resistant crystalline hydrate - sodium decahydrotetraborate Na ₂ B ₄ O ₇ · 10H ₂ O T _o = 400 ° C; for crystalline hydrate with intermediate heat resistance - iron heptahydrosulfate FeSO ₄ · 7H ₂ OT _о = 300 ° C.

Внутренний теплозащитный слой 6 образован не менее чем их двух кристаллогидратов с различными температурами обезвоживания Т_о, например с температурой обезвоживания относительно менее термостойкого кристаллогидрата T_о1=120°С и температурой обезвоживания относительно более термостойкого кристаллогидрата Т_о2=400°С. Внутренний теплозащитный слой 6 состоит из смеси указанных кристаллогидратов.The inner heat-protective layer 6 is formed of at least two crystalline hydrates with different dehydration temperatures T _о , for example, with a dehydration temperature of a relatively less heat-resistant crystalline hydrate T _о1 = 120 ° С and a dehydration temperature of a relatively more heat-resistant crystalline hydrate Т _о2 = 400 ° С. The inner heat-protective layer 6 consists of a mixture of these crystalline hydrates.

При воздействии на защитную оболочку всестороннего теплового потока с температурой 1100°С температура наружной поверхности внутреннего теплозащитного слоя 6 приблизительно через 30 минут после начала воздействия достигает значения T_о1=120°С и относительно менее термостойкий кристаллогидрат начинает обезвоживаться. Т.к. теплота обезвоживания кристаллогидрата включает две составляющие: теплоту дегидратации кристаллогидрата и теплоту испарения воды, то количество тепла, необходимое для обезвоживания кристаллогидрата, почти в 1,5 раза превышает теплоту выкипания свободной воды.When exposed to a protective shell of a comprehensive heat flux with a temperature of 1100 ° C, the temperature of the outer surface of the inner heat-shielding layer 6 approximately 30 minutes after the start of exposure reaches a value of T _o1 = 120 ° C and a relatively less heat-resistant crystalline hydrate begins to dehydrate. Because Since the heat of dehydration of crystalline hydrate includes two components: the heat of dehydration of crystalline hydrate and the heat of evaporation of water, the amount of heat required for dehydration of crystalline hydrate is almost 1.5 times higher than the heat of boiling free water.

В соответствии с этим время обезвоживания относительно менее термостойкого кристаллогидрата также превышает время выкипания эквивалентной массы воды не менее чем в 1,5 раза.Accordingly, the dehydration time of a relatively less heat-resistant crystalline hydrate also exceeds the boiling time of an equivalent mass of water by at least 1.5 times.

Однако по мере теплового разложения менее термостойкого кристаллогидрата наружная часть внутреннего теплозащитного слоя 6 постепенно прогревается внешним теплом, ее температура поднимается до значения Т_о>120°С и начинается обезвоживание более термостойкого кристаллогидрата.However, as the thermal decomposition of the less heat-resistant crystalline hydrate is thermally decomposed, the outer part of the inner heat-shielding layer 6 is gradually warmed up by external heat, its temperature rises to a value of Т _о > 120 ° С and dehydration of the more heat-resistant crystalline hydrate begins.

Т.к. количество тепла, необходимое для обезвоживания этого кристаллогидрата, почти в 2 раза превышает теплоту выкипания свободной воды, время обезвоживания существенно превышает время выкипания эквивалентного количества воды.Because the amount of heat required for dehydration of this crystalline hydrate is almost 2 times higher than the heat of boiling free water, the dehydration time significantly exceeds the boiling time of an equivalent amount of water.

Таким образом, в процессе теплового обезвоживания материала внутреннего теплозащитного слоя 6 в области, прилегающей к его наружной поверхности, поддерживается температура не выше 400°С, а в области, близкой к внутренней поверхности, - не выше 120°С, причем по мере прогревания внутреннего теплозащитного слоя 6 граница между этими областями постепенно смещается внутрь внутреннего теплозащитного слоя 6, достигая защищаемого объема не менее чем через 50 минут после начала внешнего воздействия пламенем с температурой 1100. Это дает возможность в течение 50-60 минут с момента аварии поддерживать в защищаемом объеме температуру не выше 150°С, что позволяет полностью сохранить работоспособность сохраняемого объекта.Thus, in the process of thermal dehydration of the material of the inner heat-protective layer 6 in the region adjacent to its outer surface, the temperature is maintained no higher than 400 ° C, and in the region close to the inner surface, no higher than 120 ° C, and as the internal heat-protective layer 6, the boundary between these regions is gradually shifted into the inner heat-protective layer 6, reaching the protected volume not less than 50 minutes after the start of external exposure to a flame with a temperature of 1100. This makes it possible to chenie 50-60 minutes after the accident in a protected screen maintain a temperature no higher than 150 ° C, which allows to preserve the performance of the stored object.

При воздействии на защитную оболочку всестороннего теплового потока с температурой 260°С температура внешней поверхности внутреннего теплозащитного слоя 6 приблизительно через 2,5 часа после начала воздействия достигает значения T_о1=120°С и относительно менее термостойкий кристаллогидрат начинает обезвоживаться.When exposed to a protective shell of a comprehensive heat flux with a temperature of 260 ° C, the temperature of the outer surface of the inner heat-shielding layer 6 approximately 2.5 hours after the start of exposure reaches a value of T _o1 = 120 ° C and a relatively less heat-resistant crystalline hydrate begins to dehydrate.

В процессе прогревания внутреннего теплозащитного слоя 6 температура обезвоживаемой области слоя не превосходит T_о1=120°С, а температура области, где уже произошло тепловое разложение, не превышает 260°С.In the process of heating the inner heat-shielding layer 6, the temperature of the dehydrated region of the layer does not exceed T _о1 = 120 ° С, and the temperature of the region where thermal decomposition has already occurred does not exceed 260 ° С.

При этом более термостойкий кристаллогидрат, температура обезвоживания которого составляет Т_о2>260°С, не подвергается тепловому разложению и играет роль пассивного теплоизолирующего материала. Приблизительно в течение 10 часов после начала тлеющего огневого воздействия с температурой 260°С температура внутри защищаемого объема не превышает 150°С.Moreover, a more heat-resistant crystalline hydrate, the dehydration temperature of which is Т _о2 > 260 ° С, does not undergo thermal decomposition and plays the role of a passive heat-insulating material. For approximately 10 hours after the start of smoldering fire with a temperature of 260 ° C, the temperature inside the protected volume does not exceed 150 ° C.

Это дает возможность в течение 10 часов с момента аварии обеспечивать полную работоспособность сохраняемого микроэлектронного объекта.This makes it possible within 10 hours from the time of the accident to ensure the full operability of the stored microelectronic object.

Как в первой (при внешней температуре 1100°С), так и во второй (при внешней температуре 260°С) предусмотренных TSO аварийных ситуациях пары воды, образующиеся во внутреннем теплозащитном слое 6 в результате ее испарения в процессе дегидратации кристаллогидратов, проходят через перфорации в наружной теплоотражающей прокладке 7, затем - сквозь поры в материале промежуточного теплозащитного слоя 5, охлаждая этот материал до температуры водяного пара, и далее через дренажные отверстия 4 в наружном ударожаропрочном слое 3 поступают за пределы устройства.Both in the first (at an external temperature of 1100 ° С) and in the second (at an external temperature of 260 ° С) emergency situations provided by TSO, water vapor generated in the inner heat-shielding layer 6 as a result of its evaporation during dehydration of crystalline hydrates passes through perforations in external heat-reflecting gasket 7, then through the pores in the material of the intermediate heat-protective layer 5, cooling this material to the temperature of water vapor, and then through the drain holes 4 in the outer shock-resistant layer 3 go beyond the device state.

Для создания условий наиболее эффективного охлаждения промежуточного теплозащитного слоя 5 парами воды необходимо поддерживать избыточное давление паров внутри наружного ударожаропрочного слоя 3, что обеспечивается выбором определенного соотношения между диаметром дренажного отверстия 4 и толщиной наружного ударожаропрочного слоя 3.To create conditions for the most efficient cooling of the intermediate heat-shielding layer with 5 water vapor, it is necessary to maintain an excessive vapor pressure inside the outer shock-resistant layer 3, which is ensured by the choice of a certain ratio between the diameter of the drainage hole 4 and the thickness of the outer shock-resistant layer 3.

При отношении диаметра дренажного отверстия 4 к толщине наружного ударожаропрочного слоя 3, превышающем величину 0,5, происходит свободное истечение водяного пара сквозь дренажные отверстия 4 и внутри наружного ударожаропрочного слоя 3 не создается избыточное давление. В случае, когда указанное отношение не превышает значения 0,5, наблюдается эффект дросселирования водяного пара сквозь дренажные отверстия 4, вызывающий внутри наружного ударожаропрочного слоя 3 избыточное давление, тем большее, чем меньше значение указанного отношения.When the ratio of the diameter of the drainage hole 4 to the thickness of the outer shockproof layer 3 exceeds 0.5, free flow of water vapor through the drainage holes 4 occurs and no excess pressure is created inside the outer shockproof layer 3. In the case when the specified ratio does not exceed a value of 0.5, the effect of throttling of water vapor through the drainage holes 4 is observed, causing excessive pressure inside the outer shock-resistant layer 3, the greater the smaller the value of the specified ratio.

Однако при существенном уменьшении отношения до значения 0,1 возможно закупоривание дренажных отверстий 4 продуктами теплового разрушения промежуточного теплозащитного слоя 6, внутреннего теплозащитного слоя 6 и, как следствие, понижение эффективности охлаждения промежуточного теплозащитного слоя 6 водяным паром. Поэтому отношение диаметра дренажного отверстия 4 к толщине наружного ударожаропрочного слоя 3 выбрано большим значения 0,1 и не превышающим значения 0,5.However, with a significant reduction in the ratio to a value of 0.1, it is possible to clog the drainage holes 4 with the products of thermal destruction of the intermediate heat-protective layer 6, the internal heat-protective layer 6 and, as a result, decrease the cooling efficiency of the intermediate heat-protective layer 6 with water vapor. Therefore, the ratio of the diameter of the drainage hole 4 to the thickness of the outer shock-resistant layer 3 is chosen to be greater than 0.1 and not exceeding 0.5.

Таким образом, новые существенные признаки обеспечивают защиту сохраняемого микроэлектронного объекта при воздействии на него механических и тепловых перегрузок, в том числе при всестороннем воздействии высокой температуры 1100°С в течение 1 часа, а также при длительном всестороннем воздействии повышенной температуры 260°С в течение 10 часов.Thus, new significant features provide protection of the stored microelectronic object when exposed to mechanical and thermal overloads, including the comprehensive exposure to high temperature of 1100 ° C for 1 hour, as well as long-term comprehensive exposure to elevated temperature of 260 ° C for 10 hours.

Claims

An on-board device for thermal and mechanical protection of an object, consisting of successively arranged layers: an external shock-resistant layer made of heat-resistant metals, an intermediate heat-protective layer made of refractory dry porous material, and an internal heat-protective layer formed of a water-containing material enclosed between the outer and inner heat-reflecting gaskets, characterized in that the outer shock-resistant layer is perforated through the drainage holes, the diameter of each of which does not exceed half the thickness of the outer shock-resistant layer, the heat-reflecting gaskets are made of metal foil, the outer heat-reflecting gasket is perforated, and the inner heat-shielding layer is formed using at least two crystalline hydrates such that the dehydration temperature of one of them exceeds the dehydration temperature of the other not less than twice.