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在现代工业的各个领域，特别是在材料科学和电子产品的研发与生产中，环境试验发挥着至关重要的作用。环境试验模拟了产品在实际使用过程中可能遇到的各种极端条件，从而确保产品设计的可靠性和耐久性。其中，冷热冲击试验和快速温变试验是两种常见的环境试验方法，它们通过模拟极端温度变化，帮助研发团队预见和解决可能的设计缺陷。虽然这两种试验方法在外表上似乎非常相似，都是通过温度的急剧变化来测试材料和产品的耐受性，但它们在目的、方法和应用上有着明显的区别。
本文旨在详细解析冷热冲击试验与快速温变试验的具体差异，通过比较它们的试验目的、测试阶段、测试对象、试验结构以及常见的故障现象，为工程师和产品设计师提供深入的见解，帮助他们选择适合自己产品测试需求的正确方法。
什么是冷热冲击试验？
冷热冲击试验，又称温度冲击试验或高低温冷热冲击试验，是一种用来模拟产品在设计研发、生产、运输、安装及使用过程中可能经受的剧烈温度变化的测试。通过这个试验，我们可以验证产品在快速变化的温度环境中，其结构是否能经受住热胀冷缩带来的应力和应变。
想象一下，一个电子产品在冬天的户外环境中被带入室内，这样的温度变化会对产品造成怎样的影响？冷热冲击试验正是为了回答这个问题而设计的。通过模拟类似的环境变化，我们可以提前发现产品在真实使用中可能遇到的隐患，从而提高产品的可靠性和耐用性。
一定程度上，冷热冲击试验是一种破坏性试验，因为它会暴露并放大产品在极端温度变化下的缺陷。但正是这种破坏性的测试，才能确保产品在实际使用中的稳定性能，避免在消费者手中出现意外故障。
什么是快速温变试验？
快速温变试验是环境应力筛选（ESS）的一部分，旨在通过高效的方式提升产品的可靠性。环境应力筛选，简称ESS，是一个旨在识别和消除由产品工艺和组件引起的早期故障的过程。它主要通过对元器件及更高层次的产品施加合理的环境和电应力，激发内部潜在缺陷变为显性故障，然后通过检测和排除这些故障，以提升产品整体的质量和可靠性。
具体到快速温变试验，它通过在较短时间内对产品进行快速且重复的温度变化，模拟实际使用中可能遇到的环境压力。比如，一个航空电子设备可能需要在飞行过程中快速从寒冷的高空环境调整到地面上的高温环境，快速温变试验就能有效模拟这种条件，及早发现由温度变化引起的潜在故障。
与冷热冲击试验相比，快速温变试验的重点在于快速重复的温度循环，而不仅仅是温度的极端变化。这种试验作为一种非破坏性试验，其目的不在于损坏产品，而是在不影响产品性能的前提下，揭示和解决潜在问题，确保产品在面对真实世界复杂环境时的稳定性和可靠性。
1、试验目的不同
1.1冷热冲击试验
冷热冲击试验主要针对金属、塑料、橡胶和电子等材料行业，是为了测试这些材料在极端高温和极端低温瞬间变化后的耐受性。这种试验能够在短时间内揭示材料因热胀冷缩引起的化学和物理损伤。通常使用的设备是两箱或三箱式冷热冲击试验箱。
1.2快速温变试验
快速温变试验则侧重于通过外加的环境应力，揭示电子产品中由于元器件缺陷、制造工艺不良等原因所导致的早期故障。这种试验通常使用快速温变试验箱（也称ESS环境应力筛选试验箱），目的是筛查可能导致产品过早故障的气候、热力或机械应力。
2、测试阶段的不同
2.1冷热冲击试验
冷热冲击试验一般在产品的研发设计阶段和试制阶段进行，用以评估产品初步设计的稳固性。
2.2快速温变试验
而快速温变试验则主要应用于产品的量产阶段，用以确保量产产品的一致性和可靠性。
3、测试对象的不同
3.1冷热冲击试验
冷热冲击试验通常针对的是材料结构或复合材料，尤其是电子产品中的元器件或组件级（如PCBA，IC）。
3.2快速温变试验
快速温变试验则涵盖了电子产品的元器件级、组件级到设备级，具有更广泛的适用范围。
4、试验结构的不同
4.1冷热冲击试验
冷热冲击试验箱用来进行冷热冲击试验，其内部构造与快速温变试验箱不同，冷热冲击试验箱箱体内有两个温区，高温区和低温区。
冷热冲击试验箱分为两箱式和三箱式，两箱式冷热冲击试验箱主要采用上下吊索（或螺纹轴承）移动的方式，在高温区和低温区来回移动，形成冷热冲击的效果；
三箱式的冷热冲击试验箱则采用的是三箱体的设计，分为高温区、低温区和测试区，试验时将试验物品放置于测试区，通过高温区和低温区的温度气流来对测试区的试验物品进行交替冲击，形成冷热冲击效果。
4.2快速温变试验
快速温变试验箱与冷热冲击试验箱不同，它内部只有一个箱体，只能在某一时间内存在高温或低温，温度的变化都需要升温、降温来实现，因为温度上升或下降的速率较快，所以也叫做快速温变试验箱，在温变的速率上来说，达不到冷热冲击试验箱的效果。
5、温度变化速率要求不同
5.1冷热冲击试验
冷热冲击试验的温度变化极为迅速，通常在5分钟内完成从高温到低温的急剧切换，因此也称为温度冲击试验箱。这种试验要求产品表面的温度恢复时间需在15分钟以内，且变化过程是非线性的。其工作原理是：当需要进行高温测试时，高温区的温度通过自动控制系统迅速传递到测试区，达到高温冲击的效果；低温冲击同理，主要目的是检测材料在极端温度切换下的响应。
5.2快速温变试验
快速温变试验则在规定时间内完成温度的升高和降低，可以是非线性或线性变化。例如，一个设定温度范围为-40℃至80℃的设备，在线性模式下可能需要24分钟从80℃降到-40℃，温变速率约为每分钟5℃，显著快于传统的高低温试验箱。此外，有些设备的温变速率可达每分钟10℃至30℃，允许在非常短的时间内完成快速升温或降温，使其具有可控的测试灵活性。
6、样品失效模式的不同
6.1冷热冲击试验
冷热冲击试验主要导致材料的蠕变和疲劳损伤，这种损伤通常表现为脆性失败，如材料的破裂或结构失效。
6.2快速温变试验
相比之下，快速温变试验引发的失败主要是由材料疲劳导致，通常涉及到材料或结构的微小裂纹逐渐扩大而引发的问题。
7、常见故障现象不同
7.1冷热冲击试验
在冷热冲击试验中，常见的故障包括零部件的变形或破裂、绝缘保护层失效、机械部件的卡紧或松动，以及由快速冷凝水或结霜引起的电子或机械故障。
7.2快速温变试验
而在快速温变试验中，常见故障则表现为涂层、材料或线头上的微裂纹扩大；粘结不良的接头松弛；螺钉连接或铆接不当的接头松弛；由于材料热膨胀系数不同导致的变形和应力；以及使密封材料绝缘下降、机械张力不足的压配接头松弛，还有质差的焊接接触电阻加大或造成开路的问题。
8、两者常见标准参考
8.1冷热冲击试验
冷热冲击试验的常见参考标准包括：
GB/T 2423.22-2012
IEC 60068-2-14:2009
GJB 150.5A-2009
GB/T 28046.4-2011
8.2快速温变试验
快速温变试验的参考标准则包括：
GB/T 2423.22
IEC 60068-2-14
GJB 150.5
有些客户在日常使用中会认为冷热冲击试验箱（三箱式冷热冲击箱）与快速温变箱可考虑共用，如：温度冲击范围是-40℃~85℃，温度恢复时5min以内，高低温驻留时间30min。如果快速温变箱的温变速率能达到25℃/min以上，可以考虑代替冷热冲击箱，因为三箱式冷热冲击工作原理与常见快速温变箱接近。但对于提篮式冷热冲击箱，严格上来讲，不建议用快速温变箱代替，因为提篮式冷热冲击箱的瞬间温变速率一定大于25℃/min，相比较三箱式冷热冲击箱，会更严苛，如果代替，可能造成不一样的失效模式。
HASS高加速应力筛选（热应力）也是ESS的一种测试方法，只是温变速率要求达到40℃/min以上，是以HALT高低温极限试验完后，经裁剪而得出的HASS试验条件，测试理念是在基于早期的ESS方法，只是施加更强的应力，来帮助客户更快捷，更有效的筛选产品早期故障。
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