Производство резисторов с помощью технологии вихревого слоя

Производство резисторов представляет собой перспективное направление электротехнической промышленности из-за активного использования этих элементов в сфере электроники и радиоэлектроники. В схемах электронной и радиоэлектронной аппаратуры резисторы могут составлять до 50% использованных компонентов. При этом до 40% из них – это непроволочные виды резисторов. Качество и надежность работы оборудования в большой мере зависит от них.

Именно в процессе производства непроволочных композиционных резисторов можно задействовать аппарат вихревого слоя (АВС) от компании GlobeCore. Для этого технологического процесса подходит модель АВСп-150.

Традиционные технологии производства резисторов – результаты испытаний и недостатки

Производство резисторов по контролируемым параметрам традиционным способом отличается большим количеством брака из-за высоких требований к качеству, дисперсности измельченных и смешанных компонентов. При контроле качества учитывается электродвижущая сила (ЭДС) собственных шумов, плавность хода, температурный коэффициент и другие параметры.

Чтобы минимизировать количество брака и повысить качество продукции, увеличивают период обработки, размола и смешивания компонентов композиционных смесей. Для измельчения используется среда этилового спирта. Период обработки материала может превышать двое суток, а в целом на технологический процесс с учетом сопутствующих задач уходит более 100 часов.

В классических линиях производства резисторов из композиционных материалов в основном используют шаровые мельницы, а иногда задействуют и вибрационные. Проанализировать их эффективность можно, сравнив результаты обработки с показателями, которых удалось достичь на АВС.

Шаровые мельницы – помол композиции на основе легированной окиси индия

В первом случае для исследования использовали смесь на основе легированной окиси индия. Традиционный процесс помола проводился в мельнице со сверхпрочными алундовыми шарами и керамическим покрытием рабочей камеры. Получены следующие результаты (таблица 1):

Таблица 1

Время обработки, ч Средний показатель сопротивления токопроводящего элемента R, кОм Средний показатель ЭДС шумов, 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 сравнения, при обработке композиции в АВС всего на протяжении 7 минут средний показатель сопротивления токопроводящего элемента вырос до 3500 кОм, а ЭДС шумов снизилось до 1,7 мкВ/В. Это свидетельствует о низкой эффективности шаровых мельниц в процессе производства композиционных резисторов по сравнению с АВС.

Продолжительность обработки в традиционной мельнице практически не отражается на качестве токопроводящих элементов. АВС же позволяет эффективно увеличить показатель номинального сопротивления и уменьшить ЭДС шума. Это достигается за счет тонкодисперсного помола до показателя 7500 см2/г и активации частиц материала.

Шаровые мельницы – помол композиции на основе легированной двуокиси олова

В рамках следующего исследования обработке поддавали системы на основе легированной двуокиси олова. Композицию обрабатывали в шаровой мельнице и на АВС. Результаты приведены в таблице 2:

Таблица 2

Установка Время обработки Удельная поверхность, см2/г Средний показатель сопротивления токопроводящего элемента R, кОм Средний показатель ТКС 10-4, К-1, при 200ºС Среднее значение ЭДС шумов, мкВ/В
АВС 0 2900 1300 -11,9 5,3
4 мин 6500 1500 -11,8 3,9
9 мин 9700 2500 -12,5 3,2
Шаровая мельница 0 4800 300
3 ч 5900 370 -13,2 7,3
6 ч 440 -13,2 4,0
9 ч 6900 340 -13,2 3,1
15 ч 6970 900 -13,4 2,3
24 ч 7080 840 -13,3 3,0

Как видим, результаты соответствуют той же тенденции, что и в предыдущем исследовании. Если в АВС максимальное значение удельной поверхности и минимальная ЭДС наблюдается после обработки на протяжении 7 минут, то в шаровой мельнице на это нужно 15 часов. При этом отмечается самая высокая дисперсность частиц и однородность смесей.

Отметим, что обработка композиции всего на протяжении 4 минут в АВС позволяет получить материал со средним показателем сопротивления в 3-4 раза выше, чем в случае его помола на шаровой мельнице в течение 9 часов. Это указывает на высокую эффективность АВС по сравнению с традиционной мельницей.

Таким образом, основные недостатки производства резисторов на традиционных шаровых мельницах:

  • длительность обработки композиций;
  • высокие показатели ЭДС шума;
  • большой расход электричества;
  • не самое лучшее качество помола и перемешивания компонентов;
  • низкая однородность, что влечет большой разброс магнитных параметров.

Решить эти проблемы традиционных методов производства резисторов позволяет аппарат вихревого слоя от компании GlobeCore.

производство резисторов в аппарате вихревого слоя

Аппарат вихревого слоя АВСп-150 (с блоком управления) для производства резисторов

Производство резисторов с применением аппарата вихревого слоя

Производство резисторов на аппарате вихревого слоя представляет собой обработку композиционной смеси в среде электромагнитного поля с использованием ферромагнитных частиц.

Как это работает?

Индуктор создает в камере электромагнитное поле, под воздействием которого ферромагнитные иголки и обрабатываемый материал начинают перемещаться по емкости.

Ферромагнитные частицы сталкиваются с веществом, соударяются, бьются о стенки камеры и интенсивно вращаются – создается вихревой слой. В нем наблюдаются процессы диспергирования, перемешивания под воздействием электромагнитной обработки, высоких локальных давлений, акустических колебаний, электролиза. Дополнительная обработка обусловлена тем, что в модели АВСп-150 предусмотрена камера c возвратно-поступательным движением, которая позволяет измельчать и перемешивать материалы более тщательно.

В результате получаем композиционную смесь из тонкодисперсных материалов, на основе которой дальше изготавливают непроволочные резисторы высокого качества.

Результаты исследований

Для определения эффективности измельчения и перемешивания композиции использовали систему на основе ZrWC и стеклосвязки. Обработку проводили на протяжении разного времени и получили результаты, показанные в таблице 3:

Таблица 3

Время обработки, мин Удельная поверхность, см2 Средний размер частиц, мкм
0 1150 5,5
2 2700 2,36
4 2120 2,25
6 2150 2,97
8 2140 2,28
12 1940 3,29

Видим, что порошок имеет самую большую удельную поверхность после обработки на протяжении 2-4 минут. Дальнейшая обработка приводит к соединению частиц. Вещество одновременно измельчается и агрегирует.

При исследовании значений номиналов сопротивлений выявлено, что максимальные показатели сопротивления имеют резисторы из порошков, измельченных до наиболее тонкодисперсного состояния. Таким образом, чем выше тонкость помола, тем больше сопротивление. Изменять этот параметр на АВС элементарно просто – достаточно менять время обработки материала.

Кроме того, при производстве резисторов на аппарате вихревого слоя достаточно просто контролировать и регулировать другие параметры этих изделий – ТКС и электродвижущую силу шумов. Для этого также изменяют время обработки материала. Зависимость ТКС от продолжительности обработки композиций с разным содержанием токопроводящей фазы ZrWC показа в таблице 4:

Таблица 4

Время обработки, мин Значение ТКС 10-6, К-2, при +200ºС при содержании 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

В следующей таблице 5 показана зависимость значения ЭДС шумов резисторов с ZrWC 45% от времени обработки композиции в аппарате вихревого слоя:

Таблица 5

Время обработки, мин 2 4 8 12
ЭДС шумов, мкВ/В 20 10 7 13

Таким образом, чтобы производить на АВС резисторы с определенными характеристиками, достаточно менять два параметра – содержание токопроводящей фазы и время обработки композиции.

Преимущества технологии производства резисторов на аппарате вихревого слоя

АВС позволяет оптимизировать и интенсифицировать процесс производства резисторов за счет следующих преимуществ:

  • Сокращение времени обработки композиции
    На приготовление тонкодисперсного композиционного порошка тратится всего несколько минут вместо десятков часов, что наблюдается в традиционных производственных линиях. Скорость производства продукции возрастает в 50-150 раз.
  • Упрощение производственной линии
    Ряд второстепенных задач и процессов становится ненужным, за счет чего производство резисторов упрощается, становится доступнее и выгоднее.
  • Экономичность
    Затраты электричества, времени и других ресурсов при использовании аппарата вихревого слоя снижаются в десятки раз по сравнению с применением традиционных шаровых или вибрационных установок.
  • Компактность
    Установка весит 560 кг. Она не занимает много места – 1,9 метра в высоту, 1 метр в ширину и 1,5 метра в длину. Легко перемещается на колесиках. Под нее не нужен фундамент или дополнительные конструкции. Значительно проще в использовании по сравнению с классическим оборудованием.

Кроме того, технология открывает возможности для создания новых типов резисторов. Таким образом, аппарат вихревого слоя АВСп-150 – это высокоэффективное оборудование с достаточным уровнем производительности для обустройства как компактного, так и крупного предприятия по производству электротехнической продукции. Проконсультироваться и заказать установку можно у менеджеров компании GlobeCore.