中心議題：
- 宇航用電連接器的選材質量要求
- 宇航用電連接器主要零件材料選用
- 宇航用電連接器材料的可靠性篩選試驗
航天電連接器及其組件是航天系統工程重要的配套接口元件，相當于航天飛行器的血液循環和神經系統。散布在各個系統和部位，負責著信號和能量的傳輸。
由電連接器互連組成各種電路，從高頻到低頻、從圓形到矩形、從通過上百安培的大電流連接器到通過微弱信號的高密度連接器、從普通印制板連接器到快速分離、脫落等特種連接器，幾乎所有類型品種的連接器在航天系統工程中，都得到了大量應用。舉世矚目的神舟飛船僅推進艙和電源系統就使用了各類連接器500多套。其連接好不好，直接關系到整個系統的安全可靠運行。
神七宇航員出艙行走成功是我國航天發展史上新的里程碑，它標志著我國己進入“天宮”空間實驗室研制階段。下一步空間實驗室研制所需的宇航級電連接器，不同于一般戰略、戰術導彈或地面設備用航天電連接器。它必須經受真空、輻照、臭氧和溫度交變等十分復雜嚴苛的空間環境。
為經受真空、輻照、原子氧和溫度交變等十分復雜的空間環境，對宇航用電連接器設計材料選用提出的許多特殊要求。為驗證宇宙飛船、空間站上設計所選用的電連接器材料能否經受得往真空、輻照、臭氧等苛嚴特殊的環境條件，宇航級電連接器產品鑒定試驗或周期試驗時，必需進行一系列的材料高真空、臭氧暴露、抗輻照、水解穩定性、撞擊、可燃性、氣味和毒性等可靠性篩選試驗。
目前我國還沒有制定專門的宇航用電連接器標準，基本上都是按國軍標生產驗收。即使少數國軍標(如GJB599)中提到宇航級電連接器類型和要求，也沒有規定宇航級電連接器應具有的全部性能(如輻射、臭氧等)。若按這些標準生產驗收電連接器用于空間實驗室關鍵部位，無疑會降低宇航系統整體可靠性。用戶在實際應用中為提高宇航用電連接器可靠性，只得用補充協議方式對宇航用電連接器增加真空釋氣、輻射、臭氧等試驗。但因各單位考核方法不一，使得我國宇航用電連接器水平不一，限制了研制、生產和使用。因此急需對宇航級電連接器，特別是材料選用進行分析研究。
1 宇航用電連接器的選材質量要求
1) 滿足零件功能要求
接觸件選材應以性能為依據。必須保證插合后接觸可靠。殼體材料首先要保證設計強度和剛度要求,同時還應滿足成型工藝要求。絕緣體材料必須具有優良的電氣性 能和作為結構件所需的機械性能。對于起定位、鎖緊和屏蔽等功能的卡爪、彈簧爪 和卡環等關鍵彈性零件,則應選用具有可靠彈性性能的材料。
2）質量輕
質量是宇航系統工程對電連接器各種基本要求之一，選用高比強度、高比剛度材 料，可節省燃料、增加有效載荷，減少發 射宇航飛行器的成本。采用復合材料金屬化殼體的電連接器比鋁合金殼體的電連接器質量可大大減輕。SAC復合材料圓形電連接器比同類鋁合金殼體電連接器質量輕45%
3）耐環境
由于受真空、輻照、原子氧和溫度沖擊的影響, 宇航用電連接器禁止使用鋰、鎂、汞、純錫等材料及有放射性的材料；金屬材料應是耐腐蝕的，或者應采用電鍍 或進行耐腐蝕處理。不相容金屬在接觸中使用，特別是黃銅、銅或鋼與鋁或鋁合金接觸，往往會引起活性電化學腐蝕，故是不允許的。但允許不相容基體金屬進行涂覆以提供相容的或合適的鄰接表面。不相 容金屬之間合適的絕緣材料隔開使用也是允許的。
禁止使用真空下有害氣體釋放的非金屬材料，一般均不選用PVC塑料；考慮輻射對非金屬材料的損害, 連接器的各個非金屬零件應選用經試驗考核通過的輻射絕緣材料；真空環境中質量損失小，有足夠的強度，環境適應性，耐熱性、耐腐蝕性和耐 霉菌應符合要求。考慮到航天飛行器的安全, 連接器應選用無毒和阻燃的,或燃燒時能迅速自熄,且很少產生煙霧材料。
4) 滿足特殊要求
宇航用電連接器除要求重量輕、體積小、長壽命、高可靠外，必須保證連接器長期貯存后在 沖擊、振動、溫度交變、真空排氣、輻射、氧化、 等離子氣體等復雜特殊的航天環境中仍能可靠使用。
對航天器非金屬材料空間出氣污染性能判斷和相應的材料篩選。一般要求被測材料在空間真空環境下的總質量損失(TML)平均值不大于1%,收集到的可凝揮發物平均值不大于0.1%。超出上述規定的材料不得用于航天器。用于飛船生命保障系統的連接器應阻燃無毒，無異味。
5) 高壽命
航天電連接器的長壽命是指在規定工作環境下，在額定值范圍內，其使用壽命達到較長的年限。如按航天電子元器件貯存和超期復驗規定；在中等環境溫濕度控制的庫房內，連接器可貯存8年。在使用中，經安裝、調試、試驗后隨衛星上天完成運行壽命的過程約需10年以上，故必須考慮長期貯存后的電連接器在運載火箭飛行段的動力學環境與空間輻射環境中工作的可靠性。
[page]
6) 良好的工藝成型性能
在滿足設計預定的零件功能要求之同時,必須考慮材料的工藝性能,應盡可能選用適合于成熟生產工藝、效率高和相對成本低的材料。
例如宇航用電連接器標準規定；壓接接觸件的絕緣安裝板中的接觸件固定卡爪應能保持在硬質絕緣安裝板中，應能固定接觸件并符合標準規定的接觸件固定性要求。目前一種與絕緣安裝板材料一體化的卡爪精密注塑新工藝，正在逐步替代原卡爪采用鈹青銅帶沖壓成型再嵌入硬質絕緣安裝板中的老工藝。
2 宇航用電連接器主要零件材料選用
G類：宇航級
墻式和螺母安裝固定電連接器和自由端電連接器，外殼為鋁合金導電鍍層。
H類：宇航級
氣密封固定電連接器，鈍化不銹鋼外殼。
M類：耐環境耐蝕的復合材料化學鍍鎳導電外殼。
上述三類電連接器工作溫度均為-65℃～200℃。
J類：耐環境耐蝕的復合材料鍍鎘成軍綠色導電外殼。電連接器工作溫度為-65℃～175℃。
1）接觸件
G類、J類和M類宇航用電連接器一般均選用鈹青銅制作接觸件，因鈹青銅具有比一般青銅和黃銅更高的強度水平。鈹青銅接觸件承受高應力時能無屈服變形或斷裂,維持長期的高應力狀態而不松弛,在有限的空間內能提供最大的力。并且具有高的導電率和導熱率、優良的抗腐蝕性、良好的工藝性能。退火或冷軋狀態帶材任何方向都能沖壓成形。鈹青銅材料隨冷作硬化程度的不同,規格直徑越細,強度越高,而塑性下降。冷作硬化狀態比退火狀態強度高,經時效硬化熱處理后可進一步提高強度。
對于宇航用毫微米連接器，也有用金合金制作接觸件。例如Clenain毫微米連接器接觸件間距僅0.635mm，使用ASTM-B-417和ASTM-B-541貴重的金合金制作絞線式彈性插針和插孔。解決了在毫微米插針和插孔上使用金屬鍍層所產生的電阻和侵蝕等問題。特別適用于宇航員生命保障系統等嚴格的空間環境。
H類宇航級電連接器接觸件選用52鎳鐵合金或等效材料，以保證和玻璃燒結絕緣體有良好的熔接浸潤界面，保證熱應力作用下良好的尺寸穩定性和氣密性。
2）絕緣體
G類、J類和M類宇航用電連接器常選用纖維增強熱塑性聚酯樹脂制作絕緣體。該材料熱撓曲溫度高、剛度大、吸水率低、尺寸穩定、自熄性和優良的電性能。具有玻璃纖維增強尼龍相同高的熱撓曲溫度,但沒有玻璃纖維增強尼龍的高吸水性和尺寸穩定性差等缺點。熱塑性聚酯樹脂的電性能不受長期濕氣暴露的影響。玻璃纖維增強熱塑性聚酯樹脂的優點在于能保持介電強度、尺寸穩定性和抗蠕變性。聚苯醚樹脂密度低,具有較大范圍的耐溫能力、高度的尺寸穩定性,突出的水解穩定性和優良的機械性能,非常適合作為宇航用電連接器的絕緣體材料。
H類宇航級電連接器常選用針座用燒結玻璃材料，孔座用燒結玻璃密封或硬質絕緣材料；燒結玻璃絕緣體材料與低膨脹合金殼體材料具有較低的膨脹系數，在熱應力作用下能保證尺寸穩定和良好的氣密性。
3）殼體
G類宇航級電連接器殼體按成型方法不同,可選用硬鋁板(棒)機械加工或用鍛鋁冷擠壓成型。冷擠壓成型方法生產效率較高、 成本較低。殼體常用材料為硬鋁(LY12)和鍛鋁(LD2) (LD10)等牌號。
H類宇航級氣密封固定電連接器殼體可選用1Cr18Ni9Ti不銹鋼棒或4J29低膨脹合金棒車制。以保證與玻璃絕緣體燒結后，具有較低的膨脹系數，在熱應力作用下能保證尺寸穩定和良好的氣密性。
采用復合材料有質量輕、強度高、耐腐蝕等優點。J類和M類宇航用電連接器選用復合材料(有或無增強纖維的耐腐蝕高性能樹脂) 制作殼體，有足夠強度和環境適應性。用高強度工程塑料代替金屬制作連接器外殼，表面再金屬化，有效介決了宇航用連接器防腐蝕問題。
4）彈性零件
起鎖緊定位功能彈簧爪、卡環、卡釘等關鍵彈性零件,如。常選用經熱處理的鈹青銅或不銹鋼制作。零件材料性能是否符合標準非常重要。不少連接器失效是由彈性零件失效引起的。而彈性零件失效原因往往是由于材料質量問題。
5）橡膠零件
密封圈、封線體及界面密封墊采用硅橡膠、氟硅橡膠或耐油橡膠等制作，硅橡膠RTV一般具有優良的熱和化學穩定性，且在極寬的溫度范圍 內有高而較恒定的柔軟性。
[page]
6）灌封材料
如果尾端的封線體的結構不能與外殼體內壁之間完全緊密接觸，則絕緣體與外殼體之間 形成的間隙要采用符合規定的硅橡膠RTV或等效材料給以填充。
7）鍍層材料
殼體、接觸件等零件，為保證常閉合狀態下低電平電路接觸件能可靠工作,對表面均需進行電鍍。宇航用電連接器禁止采用底層鍍銀的電鍍工藝，禁止采用表面鍍鋅工藝。
G類宇航級電連接器殼體和尾部附件按相應涂覆標準規定化學鍍鎳，導電的，應能耐受48h鹽霧試驗。允許使用適當的底鍍層。
H類宇航級電連接器不銹鋼殼體和尾部附件鈍化處理，且表面層導電。
J類適當底鍍層上鍍鎘，可經受2000h 鹽霧試驗，表面導電。
M類適當底鍍層上化學鍍鎳，也可經受2000h鹽霧試驗，表面導電。
由于鍍金接觸件具有優良的耐蝕、耐磨性能和低的接觸電阻,鍍金層對氧幾乎不吸附。電連接器接觸件表面鍍金是防止腐蝕 導致接觸電阻升高的重要保證。高質量的 鍍金層不僅取決于厚度，還取決于鍍層是 否具有牢固的與基體材料的結合力、耐磨 損和低的孔隙率。故鍍金接觸件廣泛應用 于可靠性要求高的宇航級電連接器。宇航 級電連接器技術標準中通常都規定；鍍金 層厚度應大于1.27μm。
3 宇航用電連接器材料的可靠性篩選試驗
宇航電連接器技術標準中通常都規定；宇航用電連接器的全部材料，在產品鑒定 試驗時需進行高真空(真空釋氣、真空烘烤、真空溫升) 、臭氧暴露和抗輻照等環境試驗。用于外殼、連接帽、鎖緊螺母和絕緣體等零件的復合材料或高性能樹脂還需進行水 解穩定性和撞擊等試驗。宇航級柔軟和半硬電纜用高可靠射頻同軸連接器產品鑒定試驗時需進行可燃性、氣味和毒性（廢氣）等試驗。
3.1高真空環境試驗
3.1.1 釋氣試驗
在低壓下，當未反應的添加劑、填充或封裝材料、硅橡膠密封墊、雜質、吸收的氣體或 潮氣蒸發時，會出現釋氣，它冷凝到器件表面 引起性能下降。釋氣材料也可能變得更硬或更 脆。對于可居住的環境，釋出的有害氣體還可 能影響人的生命安全。為防止釋氣，宇航用的電連接器或可能會釋氣的部件必須進行釋氣(烘干)處理。電連接器中使用的所有材料失重應不大于1.0%，可收集的揮發冷凝物質應不大于0.1%。
3.1.2 真空烘烤試驗
壓接式樣品為不帶接觸件的連接器或固定式電連接器放在真空箱里。真空箱壓力 低于1.33×10-3pa，溫度125℃，烘烤24h。
試驗結束后應檢查外觀符合規定要求：
1）按產品相應規范規定檢查連接器標志， 應完整、正確、牢固、清晰，位置正確；
2）電連接器的零部件、附件應齊套、正確，應符合產品相應規范的規定；
3) 外殼內、外表面應無劃傷、壓痕、毛刺、裂紋、銹蝕和其它影響機械或電性能的損 傷，涂層應光潔、色澤均勻，無氣泡、起皮、 漏鍍、污跡；應無可見多余物；
4) 鍍金接觸件色澤為金黃色，鍍層應均勻光亮、整齊不變形，無起皮、漏鍍和銹斑；
5) 絕緣體表面應平整、色澤均勻、無氣泡、無裂紋、無缺損；密封電連接器的玻璃燒結 絕緣體應無放射狀裂紋。
3.1.3真空溫升試驗
試驗時,應將常有導線并貼上熱敏電阻器的組裝好的連接器安裝在試驗箱內并使 箱中壓力降至1.33×10-3pa，且保持2h。并連續施加于每種號碼的接觸件上一規定 電流值(規定值=額定電負載×多芯接觸件電流下降率0.64(真空下降率))，連續加電2h，測量電連接器的溫升應小于45 ℃。
3.2 臭氧暴露試驗
宇航環境中，大氧中的臭氧、飛行器內的自由氧原子因飛行器高速運行而高速撞擊， 會使氧化過程加快。為此接好線插合好的宇 航用電連接器應按GJB1217-91方法1007規定進行臭氧暴露試驗。
試驗后應無出現絕緣材料裂紋或對性能產生有害影響的其他損壞(如零件松動破裂、橡膠變質、絕緣體粘接失效、彈性材料過分膨 脹、界面密封件損壞等)。
3.3 抗輻照試驗
宇航環境中由于地球或其它星體磁場發射的強烈電磁輻射、太陽光的強烈照射、大 氣中帶電粒子碰撞形成的等離子氣體等影 響，會使連接器性能、可靠性、壽命降低。 為此需根據不同應用部位進行抗輻照試驗。
[page]
可采用鈷60γ射線源或回轉粒子加速器二種方法進行輻照試驗。試驗后外觀、耐壓和絕緣電阻檢驗應符合有關標準規定。
3.4 水解穩定性試驗
用復合材料制作殼體等零件的J類和M類宇航用電連接器產品鑒定試驗和質量一致性C組檢驗時需進行水解穩定性試驗。
電連接器應進行下列吸水性試驗。試樣增量百分數按下式計算(精確到0.01%)：
M%=(M1-M0 / M0 )×100%
式中：M---增量；
M1 ---試樣吸濕后重量，單位為克(g)；
M0 ---試樣重量，單位為克(g)。
試驗后，電連接器應無有害于機械性能的缺陷。電連接器重量增加應不大于0.75%。當承受標準規定數值1.5倍過扭矩時，零件應無裂紋、破裂或松動。
3.5 撞擊試驗
用復合材料制作殼體等零件的J類和M 類宇航用電連接器產品鑒定試驗和質量一致性C組檢驗時需進行撞擊試驗。
按GJB1217-1991電連接器試驗方法進行撞擊試驗，電連接器絕緣體或外殼應 無裂紋或開裂，也應不出現妨礙電連接器插合或分離的接觸件彎曲或損傷。
3.6 可燃性試驗
宇航環境中氣壓極低，絕緣材料絕緣性能會迅速下降，由于接觸件接觸不良或其它原因會引 起起火或打火現象。可燃性試驗目的是確定材料在受到標準火源作用時，是否能自熄，燃燒的碎屑不應轉移(這些碎屑能夠引燃鄰近的材料。
試樣應是標準體積的樣品且數量至少為3 個，其燃燒長度不能超過15cm。此外，被點燃的試樣燃燒碎屑不應轉移火焰。任何一個試樣失效將構成材料的失效。這些試驗應在最壞條件厚度的試樣上和最惡劣的環境下進行。
3.7 氣味評定試驗
試驗目的是確定材料或組裝成品是否會發出不好的或令人討厭的氣味。試驗選定材料或組裝 成品應符合試驗判據，質量至少為45.4Kg。召集氣味專家組至少有5名合格成員，處理取自試樣容器的至少30cm3氣體。每個氣味專家組時對取自試樣容器的氣體應給定一個氣味等級：
察覺不到的氣味------0級
勉強察覺的氣味------1級
容易察覺的氣味------2級
不好的氣味----------3級
討厭的氣味----------4級
在試驗后2h至4h之間，應對專家組成員進行鼻炎或其它狀況的醫學檢查，并應記錄該項檢查結果。每個專家組成員每48h只能經受一個氣味試樣的作用。
材料或組裝成品根據試驗得出的平均氣味等級應小于2.5。試驗得出的平均氣味等級大于等于2.5，則材料或組裝成品發出的氣味是不好的或令人討厭的。
3.8 廢氣生成物的確定試驗
試驗目的是確定來自材料或組裝成品的揮發性廢氣生成物的特性和數量。
SMAC (載人宇宙飛船允許的廢氣最大濃度值) 是指規定飛行期間的宇宙飛船居住面積允許的最大廢氣濃度。
T (毒性危險指數)是指各種廢氣生成物與SMAC值之比，并且這是未分毒性類別的所有廢氣生成物總和的比值。某一元件或材料的所有揮發性廢氣生成物總的毒性有害指數T值應小于0.5。
