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Arrhenius(阿倫紐斯)模型計算以及通過Arrhenius模型反推Ea激活能

Arrhenius加速模型及Ea活化能參數

Arrhenius模型得到的以溫度應力為加速度變量的加速方程。

其中Lnormal為正常使用壽命,Lstress為高溫下壽命,Tnormal為室溫絕對溫度,Tstress為高溫下的絕對溫度。

Ea為反應活化能參數(eV), k為玻爾茲曼常數8.62E-05。

一般電子產品在早夭期失效的Ea為


一般電子產品在早夭期失效的Ea為0.2~0.6eV,正常使用期的Ea趨近于1。Ea是機臺所有零件Ea的平均值,一般新機種無法計算Ea值時,講Ea設為0.67eV。

Arrhenius加速模型及Ea活化能參數

舉例:

取24個電子器件,分為3組,分別在60度,80度,100度的條件下進行測試,測試最多進行到250h截止,若中間有失效也不返回修復。通過上圖,可得出產品平均壽命(Mean Life)如下:

60度時平均壽命=(68+127+186+205+250+250+250+250)/4=396.5 h;——-①

80度時平均壽命=(55+63+80+126+137+192+240+250)/7=163.2857 h;—②

100度時產品平均壽命=(13+15+30+31+47+73+95+98)/8=50.25 h.——-③

假設產品符合Arrhenius指數模型,則對應溫度下產品的壽命特征方程為:

Life=Aexp{Ea/(kT)},這里A為常量,T為開爾文溫度,k為Boltzmann常數=8.617×10-5ev/k,對兩邊取自然對數得到如下公式:

Ln(Life)=LnA+Ea/(kT),—–④

假設Ln(Life)為Y,(1/T)為X,則X,Y構成了斜率為Ea/k的一條直線;

將①②③代入如上公式④,得出如下公式:

Ln(396.5)=LnA+(Ea/k)*(1/333);———⑤

Ln(163.2857)=LnA+(Ea/k)*(1/353);—-⑥

Ln(50.25)=LnA+(Ea/k)*(1/373);———⑦

這里有個疑問,⑤⑥⑦三個公式,任意兩個公式相減都能計算出Ea的值;例如式⑤⑥得出Ea=0.449,式⑥⑦得出Ea=0.668, 式⑤⑦得出Ea=0.553;個人認為這里的數據并未完全符合同一個斜率下的線性關系,因為60度和80度在250h 8個產品并未全部失效,也未繼續測試,所以在平均壽命計算時會有一定的誤差,若有不同的見解歡迎提出討論。

相對精確的做法是采用取點法進行線性擬合,這也是論壇看到的經常采用的做法,由⑤⑥⑦得出X,Y坐標軸的三個點{(1/333),Ln(396.5)},{(1/353),Ln(163.2857)},{(1/373),Ln(50.25)},三個點計算化為小數形式為(0.003003,,5.982676),(0.002833,5.095501),(0.002681,3.917011);用Excel表格進行線性擬合如下圖所示:這里得到斜率為6390.4,則Ea=6390.4*8.617×10-5=0.55


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