GlobeCore / Статті / Виробництво резисторів за допомогою технології вихрового шару

Виробництво резисторів за допомогою технології вихрового шару

Виробництво резисторів є перспективним напрямком електротехнічної промисловості через активне використання цих елементів у сфері електроніки та радіоелектроніки. У схемах електронної та радіоелектронної апаратури резистори можуть складати до 50% використовуваних компонентів, з яких до 40% – це непровідникові види резисторів. Якість і надійність роботи обладнання значною мірою залежить від них.

Саме у процесі виробництва непровідникових композиційних резисторів можна застосувати апарат вихрового шару (АВС) від компанії GlobeCore. Для цього технологічного процесу підходить модель АВСп-150.

Традиційні технології виробництва резисторів – результати випробувань та недоліки

Виробництво резисторів із контрольованими параметрами традиційним способом відрізняється великою кількістю браку через високі вимоги до якості дисперсності подрібнених і змішаних компонентів. Під час контролю якості враховуються електрорушійна сила (ЕРС) власних шумів, плавність ходу, температурний коефіцієнт та інші параметри.

Щоб мінімізувати кількість браку та підвищити якість продукції, збільшують період обробки розмелу та змішування компонентів композиційних сумішей. Для подрібнення використовується середовище етилового спирту. Період обробки матеріалу може перевищувати дві доби, а загалом на технологічний процес з урахуванням супутніх завдань витрачається понад 100 годин.

У класичних лініях виробництва резисторів із композиційних матеріалів зазвичай використовують кульові млини, а іноді й вібраційні. Проаналізувати їхню ефективність можна, порівнявши результати обробки з показниками, яких вдалося досягти на АВС.

Кульові млини – помел композиції на основі легованого оксиду індію

У першому випадку для дослідження використали суміш на основі легованого оксиду індію. Традиційний процес помелу проводився у млині з надміцними алундовими кулями та керамічним покриттям робочої камери. Отримані результати наведені в таблиці 1:

Таблиця 1

Час обробки, год Середнє значення опору струмопровідного елемента R, кОм Середнє значення ЕРС шумів, мкВ/В
0 230 7,7
3 135 7,0
6 ≥ 176 6,0
9 ≥ 105 6,5
15 ≥ 200 7,5
24 ≥ 190 6,4

Для порівняння, при обробці композиції в АВС всього протягом 7 хвилин середній показник опору струмопровідного елемента зріс до 3500 кОм, а ЕРС шумів знизилася до 17 мкВ/В. Це свідчить про низьку ефективність кульових млинів у процесі виробництва композиційних резисторів порівняно з АВС.

Тривалість обробки в традиційному млині практично не відбивається на якості струмопровідних елементів. АВС же дозволяє ефективно збільшити показник номінального опору і зменшити ЕРС шуму. Це досягається за рахунок тонкодисперсного помелу до показника 7500 см2/г і активації частинок матеріалу.

Кульові млини – помел композиції на основі легованого діоксиду олова

У рамках наступного дослідження обробці піддавалася система на основі легованого діоксиду олова. Композицію обробляли у кульовому млині та на АВС. Результати наведені в таблиці 2:

Таблиця 2

Установка Час обробки Питома поверхня, см²/г Середнє значення опору струмопровідного елемента R, кОм Середнє значення ТКС (10⁻⁴ К⁻¹) при 200 ºC Середнє значення ЕРС шумів, мкВ/В
АВС 0 2900 1300 -11,9 5,3
4 хв 6500 1500 -11,8 3,9
9 хв 9700 2500 -12,5 3,2
Кульовий млин 0 4800 300
3 год 5900 370 -13,2 7,3
6 год 440 -13,2 4,0
9 год 6900 340 -13,2 3,1
15 год 6970 900 -13,4 2,3
24 год 7080 840 -13,3 3,0

Як бачимо, результати відповідають тій самій тенденції, що й у попередньому дослідженні. Якщо в АВС максимальне значення питомої поверхні та мінімальна ЕРС спостерігаються після обробки протягом 7 хвилин, то в кульовому млині на це потрібно 15 годин. При цьому відзначається найвища дисперсність часток і однорідність сумішей.

Слід зазначити, що обробка композиції всього протягом 4 хвилин в АВС дозволяє отримати матеріал із середнім показником опору у 3–4 рази вищим, ніж у випадку його помелу в кульовому млині протягом 9 годин. Це вказує на високу ефективність АВС у порівнянні з традиційним млином.

Таким чином, основні недоліки виробництва резисторів на традиційних кульових млинах:

  • тривалість обробки композицій;
  • високі показники ЕРС шуму;
  • великі витрати електроенергії;
  • не найкраща якість помелу та перемішування компонентів;
  • низька однорідність, що призводить до великого розкиду магнітних параметрів.

Розв’язати ці проблеми традиційних методів виробництва резисторів дозволяє апарат вихрового шару від компанії GlobeCore.
Виробництво резисторів за допомогою технології вихрового шару

Апарат вихрового шару АВСп-150 (з блоком управління) для виробництва резисторів

Виробництво резисторів із застосуванням апарата вихрового шару

Виробництво резисторів на апараті вихрового шару являє собою обробку композиційної суміші в середовищі електромагнітного поля з використанням феромагнітних частинок.

Як це працює?

Індуктор створює в камері електромагнітне поле, під впливом якого феромагнітні голки та оброблюваний матеріал починають переміщуватися по ємності. Феромагнітні частинки зіштовхуються з речовиною, б’ються об стінки камери й інтенсивно обертаються, утворюючи вихровий шар. У ньому відбуваються процеси диспергування, перемішування під впливом електромагнітної обробки, високих локальних тисків, акустичних коливань, електролізу. Додаткова обробка зумовлена тим, що в моделі АВСп-150 передбачена камера з зворотно-поступальним рухом, яка дозволяє подрібнювати та перемішувати матеріали більш ретельно.

У результаті отримуємо композиційну суміш із тонкодисперсних матеріалів, на основі якої далі виготовляють непровідникові резистори високої якості.

Результати досліджень

Для визначення ефективності подрібнення та перемішування композиції використовували систему на основі ZrWC та склозв’язки. Обробку проводили протягом різного часу, і отримані результати наведено в таблиці 3:

Таблиця 3

Час обробки, хв Питома поверхня, см²/г Середній розмір часток, мкм
0 1150 5,5
2 2700 23,6
4 2120 22,5
6 2150 29,7
8 2140 22,8
12 1940 32,9

Бачимо, що порошок має найбільшу питому поверхню після обробки протягом 2–4 хвилин. Подальша обробка призводить до з’єднання часток. Речовина одночасно подрібнюється і агрегує.

Під час дослідження значень номіналів опорів було виявлено, що максимальні показники опорів мають резистори з порошків, подрібнених до найбільш тонкодисперсного стану. Таким чином, чим вища тонкість помелу, тим більший опір. Змінювати цей параметр на АВС елементарно просто – достатньо змінювати час обробки матеріалу.

Крім того, при виробництві резисторів на апараті вихрового шару достатньо просто контролювати і регулювати інші параметри цих виробів – ТКС та електрорушійну силу шумів. Для цього також змінюють час обробки матеріалу. Залежність ТКС від тривалості обробки композицій із різним вмістом струмопровідної фази ZrWC наведено в таблиці 4:

Таблиця 4

Час обробки, хв Значення ТКС (10⁻⁶ К⁻²) при +200 ºC при вмісті ZrWC %
45 50 55 60 65 70
0 28 24 21 15 14 14
2 25 24 18 17 16 16
4 29 21 20 16 17 16
6 20 17 18 15 15 16
8 21 20 17 14 14 15
12 24 19 16 14 14 11

У наступній таблиці 5 показано залежність значення ЕРС шумів резисторів з вмістом ZrWC 45% від часу обробки композиції в апараті вихрового шару:

Таблиця 5

Час обробки, хв 2 4 8 12
ЕРС шумів, мкВ/В 20 10 7 13

Таким чином, щоб виробляти на АВС резистори з певними характеристиками, достатньо змінювати два параметри – вміст струмопровідної фази та час обробки композиції.

Переваги технології виробництва резисторів на апараті вихрового шару

АВС дозволяє оптимізувати та інтенсифікувати процес виробництва резисторів завдяки наступним перевагам:

  1. Скорочення часу обробки композиції. На приготування тонкодисперсного композиційного порошку витрачається всього кілька хвилин замість десятків годин, як це спостерігається у традиційних виробничих лініях. Швидкість виробництва продукції зростає у 50–150 разів.
  2. Спрощення виробничої лінії. Ряд другорядних завдань та процесів стає непотрібним, що робить виробництво резисторів простішим, доступнішим та вигіднішим.
  3. Економічність. Витрати електроенергії, часу та інших ресурсів при використанні апарата вихрового шару знижуються в десятки разів у порівнянні з застосуванням традиційних кульових або вібраційних установок.
  4. Компактність. Установка важить 560 кг. Вона не займає багато місця – 1,9 метра у висоту, 1 метр у ширину та 1,5 метра у довжину. Легко переміщується на коліщатах. Для її монтажу не потрібен фундамент чи додаткові конструкції. Значно простіша у використанні порівняно з класичним обладнанням.

Крім того, технологія відкриває можливості для створення нових типів резисторів. Таким чином, апарат вихрового шару АВСп-150 – це високоефективне обладнання з достатнім рівнем продуктивності для оснащення як компактного, так і великого підприємства з виробництва електротехнічної продукції. Проконсультуватися та замовити установку можна у менеджерів компанії GlobeCore.