9zip.ru Инструкции Композиционные прецизионные резисторы

Современная технология производства сложных гетерогенных систем позволяет получить резисторы с широким диапазоном значений сопротивлений от десятков ом до нескольких мегаом.

С использованием композиций получают РЭ любой формы — в виде массивного тела или пленки, нанесенной на изоляционное основание. Композиционные высокоомные резисторы с большим сечением РЭ надежно работают в различных режимах и условиях эксплуатации. Технология изготовления композиционных резисторов не требует сложного оборудования и дорогих материалов. Изменяя состав композиций и условия их обработки, можно варьировать сопротивление и значение ТКС РЭ.

Невысокая стоимость композиционных резисторов, простота технологических процессов производства способствовали их широкому применению. Композиционные материалы успешно используются для создания постоянных прецизионных резисторов и потенциометров.

В качестве проводящих компонентов в композициях используются в большинстве случаев порошкообразные проводники — сажа и графит.

Сажа — продукт неполного сгорания или термического разложения углеродистых веществ. Содержание углерода в различных видах саж колеблется от 88,8 до 99,6%, кислорода — от 0,1 до 4,5% и водорода — от 0,1 до 1%. В незначительных количествах в саже содержатся минеральные примеси, водяные пары, газы, адсорбированные поверхностью частиц. Сырьем для получения сажи служат газообразные, жидкие и твердые углеводороды (природные газы, антрацен, нафталин и т. п.). Общей технологической операцией в производстве сажи из различных исходных материалов является сжигание сырья с помощью горелок или форсунок в печах при ограниченном доступе воздуха или его термическое разложение при отсутствии воздушной среды.

В качестве проводящего компонента в композициях также широко используется графит — аллотропная форма углерода. В состав графита входят обычно механические примеси различных минеральных веществ, а также летучие (СО, С02, СН) и др. В технологии производства композиций применяются различные виды коллоидного графита, который является продуктом термохимической переработки натуральных графитов.

Удельное объемное сопротивление коллоидного графита значительно больше, чем кристаллического, причем с возрастанием дисперсности удельное объемное сопротивление графита увеличивается вследствие влияния контактных сопротивлений между отдельными частицами. Графит имеет более высокую термостойкость по сравнению с сажей. Для получения низкоомных композиций часто применяют графит в сочетании с сажей в определенном процентном соотношении. Графит, заполняя ячейки в пространственной структуре, образованной сажей, способствует увеличению проводимости и повышению прочности композиции. Высокая дисперсноcть сажи и графита, большое удельное сопротивление, химическая стойкость и сравнительно высокая термостойкость — все указанные особенности обеспечивают саже и графиту широкое применение в технологии производства композиционных резисторов. Окисление сажи и графита наступает при температурах более 430 К, при этом происходит образование окиси и двуокиси углерода. Высокая дисперсность позволяет частицам сажи и графита образовывать в композиции проводящие цепочки, которые и обусловливают ее электропроводность. Способность различных видов саж создавать в структуре композиции цепные комплексы позволяет их использовать для получения высокоомных резисторов с хорошими электрическими параметрами.

Удельное объемное сопротивление и ТКр сажи зависят от содержания летучих примесей. Летучие примеси в виде пленки кислородных соединений или слоя адсорбированных поверхностью частиц углеводородных молекул образуют слои с повышенным сопротивлением, которые и увеличивают значение удельного объемного сопротивления сажи. Значение удельного объемного сопротивления сажи и ТКр можно изменять прокаливанием при повышенной температуре. У саж с высоким содержанием летучих примесей при термообработке удельное объемное сопротивление изменяется значительно, а у саж с малым содержанием почти не изменяется. Прокаливание сажи проводится обычно при температурах 1200—1600 К в течение нескольких часов; при температурах свыше 700 К разлагаются и улетучиваются поверхностные примеси (в основном кислородные соединения), при температурах свыше 1100 К начинается выделение водорода. Таким образом, изменяя режим прокаливания, получают необходимое значение удельного объемного сопротивления и ТКр сажи.

При изготовлении низкоомных композиций используют сажи с малым содержанием летучих примесей (турбулентные, ацетиленовую взрывную), а сажи с повышенным содержанием летучих примесей прокаливают при температуре свыше 500 К, что способствует почти полному удалению летучих примесей и значительному снижению ее удельного объемного сопротивления. Невысокая дисперсность этих саж не играет существенной роли, так как напряженность поля в низкоомных композициях незначительна.

В качестве связующих материалов в композициях применяются органические и неорганические вещества. Основными связующими органическими материалами, широко применяемыми в различных композиционных резисторах, являются термореактивные смолы: фенольные, алкидные и силиконовые.

В исходном состоянии термореактивные смолы — это полимеры с низкой степенью конденсации и небольшим молекулярным весом, хорошо смешивающиеся с проводящими компонентами — сажей и графитом. При термообработке происходит полимеризация смол, сопровождающаяся переходом в твердое состояние: после проведения процесса полимеризации смола представляет собой пространственный полимер с большой молекулярной массой, обладающий хорошими механическими свойствами, влагостойкостью и химической стойкостью. В процессе полимеризации происходит увеличение проводимости композиционного материала, конечное значение проводимости зависит от вида смолы и проводящих компонентов, режима полимеризации, а также от исходного состояния смолы, т. е. степени ее конденсации.

Наполнители — это, как правило, неорганические материалы, вводимые в композицию с целью улучшения ее свойств; наполнители повышают термостойкость и влагостойкость, теплопроводность и механическую прочность композиции, обеспечивают постоянство ее механических свойств, в частности коэффициента теплового расширения, повышают стойкость композиции к истиранию, что важно при выполнении потенциометров.

В качестве наполнителей в технологии производства РЭ обычно применяют корундовые микропорошки КВ, КВК, К-1, двуокись титана, сернокислый барий, тальк, кварцевый песок и т. п.

Итак, композиции, используемые для выполнения РЭ, получают смешиванием и помолом проводящих компонентов со связующим и наполнителем. В процессе смешивания и помола происходит образование однородной суспензии.

Для получения низкоомных суспензий сажу, графит, связующий материал смешивают в определенном процентном соотношении, добавляют растворитель и подвергают измельчению на шаровых мельницах или с помощью специального помольного оборудования. В процессе помола происходит образование суспензии. При получении высокоомных суспензий предварительно осуществляют помол наполнителя с растворителем, затем добавляются проводящие компоненты (сажа, графит), связка и помол продолжается. Приготовление высокоомных композиций затруднено тем, что с уменьшением содержания проводящего компонента в композиции ее электрические характеристики, как правило, ухудшаются. В производстве высокоомных РЭ приходится применять композиции с малым содержанием сажи, что приводит к неоднородности композиции, нарушению линейности вольт-амперной характеристики, или использовать сажи с большим содержанием летучих примесей, что вызывает увеличение ТКС.

Повысить удельное сопротивление композиции с сохранением небольшого значения ТКС можно путем обработки сажи раствором стойкого поверхностно-активного вещества, например нигрозином или урзолом. Улучшение электрических параметров РЭ достигается проведением дополнительной термообработки лаковой основы перед нанесением композиции на изоляционное основание. Предварительная термообработка снижает усадку лаковой основы, позволяет получить высокоомные РЭ с лучшими электрическими параметрами.

При получении высокоомных композиций важную роль играет выбор связующих компонентов. Высокоомные композиции, полученные на основе фенольных смол, имеют сравнительно низкую термостойкость и влагостойкость; применение эфирных смол не позволяет получить стабильных высокоомных композиций из-за плохой смачиваемости ими дисперсного углерода. Использование смеси фенольных и эфирных смол не дает желаемого результата, так как улучшения смачиваемости при малом количестве фенольных смол не происходит, а при значительном увеличении процентного содержания в смеси фенольной смолы снижаются термостойкость и влагостойкость композиции. Повысить стабильность и термостойкость композиции можно предварительным смешиванием фенольной смолы и проводящего компонента с последующим дополнительным введением в качестве связующего компонента эфирной смолы.

Предварительное перемешивание проводящего компонента с наиболее полярным, хорошо смачивающим связующим компонентом повышает стабильность электрических характеристик композиции, а высокое содержание в композиции эфирной смолы обеспечивает им высокую термостойкость и влагостойкость.

Для получения РЭ со средним значением сопротивления используют производные суспензии, представляющие собой смеси низкоомных и высокоомных суспензий. Перед составлением производных суспензий основные суспензии тщательно перемешиваются. Приготовленная для получения РЭ суспензия должна обладать определенной вязкостью (вязкость суспензии определяется с помощью стандартного вискозиметра). Значение вязкости суспензии корректируют добавлением растворителя или его испарением.

Для получения РЭ суспензия наносится на изоляционное основание. В зависимости от конструкции резистора применяются различные методы нанесения проводящих пленок: окунание, нанесение из контейнера, пульверизация и т. п. В технологии производства прецизионных резисторов в последние годы все шире используются «керметные» композиции, в которых основным проводящим компонентом является окись палладия, образующаяся в процессе термообработки материала. Поскольку размеры частиц стекла значительно превышают размеры металлических частиц, при спекании происходит дополнительное образование проводящих цепочек из частиц металла в промежутках между частицами стекла, при этом цепная проводящая структура закрепляется. Способность к образованию проводящих цепочек в структуре характерна и для самой окиси палладия, образующейся при спекании.

Для использования в качестве проводящих компонентов композиций перспективны также окислы олова, кадмия, индия, таллия, карбид вольфрама, силициды некоторых металлов.

Промышленностью выпускаются потенциометры с РЭ на основе проводящих пластмасс (потенциометры типа СП4).

Технология производства потенциометров СП4 включает следующие основные операции:

подготовка исходных проводящих и изолирующих материалов;

получение проводящих пресс-порошков; выполнение проводящих заготовок и изоляционных оснований;

прессование РЭ;

термическая тренировка элементов; контроль параметров элементов; шлифовка, измерение параметров элемента; установка элементов в конструкцию; герметизация конструкций; измерение параметров резисторов.

Основными проводящими материалами пластмасс, используемых в производстве резисторов типа СП4, являются различные марки сажи и графита (диффузионные газовые сажи ДГ-100, турбулентные сажи ТМ-15 и ТМ-30, коллоидный графит). При получении низкоомных композиций для снижения их удельного сопротивления и ТКр сажи, содержащие высокий процент газообразных примесей, прокаливают при температуре 1300 — 1600 К. Аналогичной термообработке подвергается графит, при этом его удельное объемное сопротивление снижается с 1—2 до 0,35—0,5 Ом*м.

В композициях с самым низким удельным сопротивлением в качестве проводящего компонента наряду с сажей и графитом используется мелкодисперсное серебро. Кроме связующего компонента — смолы, в состав композиции входят в определенных процентных соотношениях обожженный тальк, стеарат кальция, уротропин. Вместо талька в композициях используется также каолин, позволяющий повысить устойчивость композиции к воздействию влаги и электрической нагрузки. Перед получением пресс-порошков смолу подвергают помолу, чтобы максимальный размер ее зерен не превышал 1 — 2 мм, далее производится вальцевание смесей в течение 5—6 мин при температуре 340—360 К.

Для получения пресс-порошков исходные компоненты смесей засыпают в барабаны шаровой мельницы и перемешивают более 2 ч. После вальцевания материал дробят, подвергают термообработке при температуре 380±5 К, а затем измельчают и просеивают. Далее на опытных заготовках контролируют и соответственно корректируют текучесть масс и их удельное сопротивление. Массы с пониженной текучестью забраковывают, а при повышенной текучести довальцовывают или подвергают термообработке.

Выполнение подковообразных проводящих заготовок и изоляционных оснований проводится на специальных пресс-формах. Загрузка пресс-формы, используемой для получения проводящих заготовок, состоит из устройств, в которое входят 5—6 бункеров. В бункера засыпают гранулированный композиционный пресс-порошок; в крайние бункера засыпают контактный пресс-порошок, выполняемый с мелкодисперсным серебром. При вращении регулирующей ручки устройства бункера поочередно надвигаются на пресс-форму, заполняя ее пресс-порошком. Далее производится прессование заготовок, значение давления и выдержка определяются их размерами. Таблетирование изоляционного основания производится из специальных порошков в пресс-форме при температуре около 490 К в течение 5—10 с.

Следующая технологическая операция — прессование РЭ: в отверстия изоляционных оснований вставляют проволочные выводы, а в соответствующие гнезда оснований помещают РЭ. Образцы загружают в нагретую обойму, устанавливаемую под пресс. Давление и продолжительность прессования определяются размерами РЭ, составом используемых композиций.

Для термической тренировки элементы укрепляют на металлических или пластмасовых подставках и помещают в термостат с температурой 420—440 К.

После термообработки измеряется сопротивление РЭ и контролируется его функциональная характеристика. Корректировка функциональной характеристики РЭ осуществляется путем создания в РЭ системы изолирующих прорезей — тем самым обеспечивается высокая точность ФХ резистора.

Понравилась статья? Робот Вертер говорит: поделись с друзьями!