В каких конденсаторах содержится тантал
Фото танталовых конденсаторов. Из открытых источников.
Тантал не относится к числу благородных металлов и стоит на порядок дешевле чем, например золото, платина или палладий. Тем не менее, тантал весьма востребован в скупке и присутствует практически в любой современной или советский радиотехнике. Благодаря обширному количеству и возможности выгодной продажи, заработать на сборе данного металла может практически каждый золотоискатель.
Конденсаторы К52
Цена за килограмм тантала извлеченного из радиодеталей, сегодня варьируется в пределах от 8000 до 17000р. В 90% случаев данный металл встречается в электролитических конденсаторах, некоторые из которых имеют серебряный и даже палладиевый корпус (в корпусе конденсатора К52-1 содержит 1 грамм серебра), ввиду чего ценник таких деталей в приемке может достигать 80 000 – 100 000р за кг.
Чтобы найти тантал в бытовых приборах, следует четко понимать, где и для чего он применяется.
Более 60% годовой добычи металла (порядка 1400 тонн) используется для изготовления небольших электролитических конденсаторов. Их применение находит себя в современных запоминающих устройствах, аппаратах телекоммуникационной связи, вычислительной и сложной радиотехнике. Также тантал применяется в медицине и химической промышленности.
В быту в наибольших количествах танталовые конденсаторы встречаются в таких устройствах советского производства как импульсные источники питания, профессиональная и полупрофессиональная аудио аппаратура, а также устройства связи. Кроме того, практически любая современная или советская «умная» техника, имеющая высокочастотные платы, также содержит элементы, выполненные из тантала.
Фото из открытых источников.
Конкретного перечня бытовых приборов, в конструкции которых задействованы конденсаторы с танталом не существует, ибо их список крайне велик. Однако отличить такие приборы достаточно просто, следует только понять, работает ли устройство с высокими частотами или импульсными источниками питания.
Также крайне важно уметь отличать конденсаторы, содержащие данный металл.
В большинстве случаев, танталовые конденсаторы имеют форму трубчатого бочонка серебристо-алюминиевого цвета. Однако встречаются и другие формы данных радиодеталей.
Чтобы отличить танталовый конденсатор от других, бочонок следует раскусить пассатижами или бокорезами. В танталовом, будет виден плотный стержень напоминающий графит. В остальных случаях внутри корпуса может быть алюминиевая фольга или ниобий.
Информацию о содержании драгоценных металлов в каждом отдельном типе конденсаторов можно найти в справочнике, коих огромное множество в открытых источниках. Достаточно лишь ввести название изделия, например КМ52-1.
Пример фото тантала извлеченного из конденсаторов разных моделей
Важно также понимать, что в большинстве случаев, для продажи танталовых конденсаторов, метал, придется самостоятельно извлекать из корпуса конденсатора. Также не менее важно, прежде чем сдать или вскрыть какой-либо отдельный конденсатор уточнить содержание драгметалла по справочнику, поскольку некоторые серии танталовых изделий имеют корпус из серебра или палладия, стоимость которого сейчас составляет порядка 4500р за грамм.
Из конденсаторов с палладиевым и серебряным корпусом наиболее распространены серии с маркировкой, начинающейся с символов «К52».
В современных же устройствах конденсаторы с содержанием тантала часто выполнены в форме камельки на ножках оранжевого, синего и других цветов. Их принимают только после полной очистки от керамических слоев.
«Палладий в бытовых приборах«
Наверное, у каждого радиолюбителя хоть раз да взрывался танталовый конденсатор из-за неправильной переплюсовки.
В этой статье я расскажу, что такое танталовый конденсатор, зачем он нужен и как вообще с ним работать.
Если после прочтения у вас останутся вопросы – смело задавайте их в комментариях, а я постараюсь ответить.
Содержание статьи
- Что представляют из себя танталовые конденсаторы
- Почему тантал используют для производства конденсаторов
- Для чего нужен танталовый конденсатор
- Конструкция танталовых конденсаторов
- Особенности танталовых конденсаторов
- В каких случаях происходит пробой
- Возможные дефекты танталовых конденсаторов
- Недостатки тантала
- Чем отличаются танталово-полимерные конденсаторы
- Основные параметры танталовых конденсаторов
- Особенности монтажа
- Маркировка танталовых конденсаторов (таблица)
- Обозначение на схеме
- Рекомендации по эксплуатации танталовых конденсаторов
Твердотельные танталовые конденсаторы по большинству параметров соответствуют требованиям к современным электронным устройствам. Они отличаются малыми габаритами, высокой удельной емкостью, надежностью (при соблюдении правил на всех этапах их жизни) и совместимостью с общепринятыми технологиями монтажа. Преимуществом является и то, что важный параметр конденсатора – ESR (эквивалентное последовательное сопротивление) – с ростом частоты не возрастает, а в некоторых случаях даже уменьшается. Чтобы сократить число отказов и продлить рабочий период устройства, необходимо учитывать его индивидуальные особенности при изготовлении, хранении, монтаже и во время работы.
Так выглядят танталовые конденсаторы
Почему тантал используют для производства конденсаторов
Тантал способен при окислении формировать плотную оксидную пленку, толщину которой можно регулировать с помощью технологических приемов, тем самым изменяя параметры конденсатора.
Помимо тантала конденсаторы делают из керамики, слюды, бумаги и алюминиевой фольги.
Описание и назначение танталовых конденсаторов
Современные танталовые конденсаторы имеют малые размеры и относятся к чип-компонентам, которые предназначены для монтажа на плате. Иначе такие детали называются SMD, что расшифровывается как «компоненты поверхностного монтажа». SMD детали удобны для автоматизированных процессов монтажа и пайки на печатные платы.
Основное назначение электролитических поляризованных танталовых конденсаторов – действовать в комплексе с резистором с целью обработки сигнала и сглаживания его пиков и острых импульсов.
Конденсаторы широко используются в автомобильной, промышленной, цифровой, аэрокосмической технике.
Устройство танталовых твердотельных конденсаторов
Танталовый конденсатор относится к электролитическому типу. В его состав входят 4 основные части: анод, диэлектрик, твердый электролит, катод. Изготовление танталового конденсатора состоит из ряда достаточно сложных технологических операций.
Изготовление анода
Пористую гранулированную структуру получают прессованием из высокоочищенного танталового порошка. В процессе спекания в условиях глубокого вакуума при температурах +1300…+2000°C из порошка образуется губчатая структура с развитой площадью поверхности. Благодаря ей, обеспечивается высокая емкость при небольшом объеме. Танталовый конденсатор при одинаковой с алюминиевым устройством емкости имеет гораздо меньший объем.
Формирование диэлектрического слоя
Диэлектрический оксидный слой выращивают на поверхности анода из пентаоксида тантала в процессе электрохимического окисления. Толщину оксида можно регулировать изменением напряжения. Обычно толщина диэлектрической пленки составляет доли микрометра. Оксидный слой имеет не кристаллическую, а аморфную структуру, которая обладает значительным электросопротивлением.
Получение электролита
Электролитом служит твердотельный полупроводник – диоксид марганца, – который получают термообработкой солей марганца в ходе окислительно-восстановительного процесса. Для этого анодный губчатый слой покрывают солями марганца, а затем нагревают их до получения диоксида марганца. Процесс повторяют несколько раз до полного покрытия анода.
Формирование катодного слоя
Для улучшения контакта электролит покрывают графитовым, а затем металлическим слоем. В качестве металла обычно используют серебро. Сформированный композит запрессовывают в компаунд.
Особенности танталовых конденсаторов
В отличие от электролитических, танталовые конденсаторы при переплюсовке или пробое взрываются. Сила взрыва зависит от размеров конденсатора и может повредить как соседние элементы, так и монтажную плату.
Пробои танталовых конденсаторов
При использовании этих эффективных, но немного капризных устройств, необходимо контролировать появление состояния отказа, поскольку известны случаи их возгорания при отказе. Отказы связаны с тем, что при неправильной эксплуатации пентаоксид тантала меняет аморфную структуру на кристаллическую, то есть из диэлектрика он превращается в проводник. Смена структур может наступить из-за слишком высокого пускового тока. Пробой диэлектрика вызывает повышение токов утечки, которые в свою очередь приводят к пробою самого конденсатора.
Причиной неприятностей, связанных с эксплуатацией танталовых конденсаторов, может быть диоксид марганца. Кислород, который присутствует в этом соединении, вызывает появление локальных очагов возгорания. Пробои с возгоранием характерны для старых моделей. Новые технологии позволяют получать более надежную продукцию.
Пробои, которые произошли при высоких температурах и напряжении, могут вызывать эффект лавины. В этом случае повреждения часто распространяются на большую часть или всю площадь устройства. Если же площадь кристаллизованного пентаоксида тантала небольшая, то часто происходит эффект самовосстановления. Он возможен, благодаря преобразованиям, происходящим в электролите в случае пробоя диэлектрика. В результате всех превращений кристаллизованный участок-проводник оказывается окруженным оксидом марганца, который полностью нейтрализует его проводимость.
Другие дефекты танталовых конденсаторов
Кроме пробоя, в результате неправильной производственной технологии и нарушения правил транспортировки и хранения в конденсаторе возникают и другие дефекты:
- Механические. Первый вид таких дефектов может появиться на выращенном диэлектрике в результате его резкого удара о твердую поверхность. Второй – при образовании электролитного слоя из-за совместного действия теплового удара и внутреннего давления газов в порах.
- Примеси и включения. При нарушении производственной технологии на поверхности тантала могут появиться посторонние вещества – углерод, железо, кальций, которые приводят к неравномерности диэлектрического слоя.
- Кристаллизованные участки диэлектрика, которые появились при изготовлении устройства. Кристаллизация может происходить из-за несоответствия состава электролита технологическим требованиям и неправильного температурного режима процесса.
Недостатки танталовых конденсаторов
Танталово-полимерные конденсаторы
Большая часть проблем, характерных для танталовых конденсаторов, решена в танталово-полимерных аналогах. В качестве электролита в танталово-полимерных конденсаторах вместо диоксида марганца используется токопроводящий полимер. Он дает минимальный ESR, что позволяет пропускать гораздо большие токи, по сравнению с танталовыми предшественниками. Танталово-полимерные устройства успешно применяются в качестве сглаживающих конденсаторов в источниках питания и преобразователях напряжения.
Токопроводящий полимер обеспечивает низкую чувствительность к импульсам тока, стойкость к внешним факторам, отсутствие деградации структуры, более высокий срок службы. Высокая стабильность емкости в широком интервале частот и температур позволяет применять танталово-полимерные устройства в промышленной, телекоммуникационной и автомобильной электронике и других областях, для которых характерно колебание рабочих температур.
Основные параметры танталовых конденсаторов
Для определения безопасного режима работы необходимо рассчитать уровни разрешенных значений тока и напряжения. Для расчетов необходимо знать следующие параметры танталовых конденсаторов, которые отражаются в документации:
- Номинальная емкость. Эти устройства имеют высокую удельную емкость, которая может составлять тысячи микрофарад.
- Номинальное напряжение. Современные модели этих устройств в большинстве рассчитаны на напряжения до 75 В. Причем, для нормальной работы в электрической схеме, деталь нужно использовать при напряжениях, которые меньше номинального. Эксплуатация танталовых конденсаторов при напряжениях, составляющих до 50% от номинального, снижает показатель отказов до 5%.
- Импеданс (полное сопротивление). Содержит индуктивную составляющую, параллельное сопротивление, последовательное эквивалентное сопротивление (ESR).
- Максимальная рассеиваемая мощность. При приложении к танталовому устройству переменного напряжения происходит выработка тепла. Допустимое повышение температуры конденсатора за счет выделяемой мощности устанавливается экспериментально.
Особенности проектирования плат и монтажа танталовых конденсаторов
Для этих устройств подходят практически все материалы печатных плат – FR4, FR5, G10, фторопласт, алюминий. Форма, размер посадочного места и способ монтажа указываются производителями деталей. Изменить рекомендуемые параметры монтажа может специалист, имеющий достаточно знаний и навыков, чтобы правильно скорректировать температуру пайки.
Перед монтажом на плату наносят паяльную пасту. Толщина слоя – 0,178+/-0,025 мм. Для того чтобы флюс, находящийся в пасте, эффективно растворил оксиды с мест контакта, подбирают оптимальный температурный режим пайки. Обычно это делают опытным путем.
Монтаж на плату осуществляется вручную или с помощью автоматизированного оборудования любого типа, применяемого сегодня. Пайка производится: вручную, волновым способом, в инфракрасных или конвекционных печах. Температурный режим предподогрева и пайки обычно предоставляют производители конкретной продукции.
Маркировка танталовых конденсаторов
В маркировке конденсаторов указывают стандартные параметры: емкость, номинальное напряжение, полярность. На корпусах типов B, C, D, E, V отображают все параметры, а на корпусе типа A вместо номинала напряжения указывают его буквенный код. В маркировке может указываться дополнительная информация – логотип производителя, код даты производства и другая.
Таблица буквенных кодов напряжения для корпусов типа A
Номинальное напряжение | Код | Номинальное напряжение | Код |
4,0 | G | 20 | D |
6,3 | J | 25 | E |
10 | A | 35 | V |
16 | C | 50 | T |
Типы корпусов танталовых конденсаторов и их размеры
Обозначение танталовых конденсаторов на схеме
На схеме электролитические поляризованные конденсаторы, к которым относится танталовое устройство, обозначаются двумя параллельными линиями, идущими от них выводами и значком «+».
Обозначение конденсаторов на схеме (по ГОСТу)
Особенности хранения
Танталовые конденсаторы способны сохранять рабочие характеристики в течение длительного времени. При соблюдении нужного режима (температура до +40°, относительная влажность 60%) конденсатор при длительном хранении теряет способность к пайке, сохраняя другие рабочие характеристики.
Общие рекомендации по продлению срока службы танталового конденсатора и повышению безопасности его эксплуатации:
- Соблюдение требований техпроцессов;
- Многоступенчатый контроль качества продукции;
- Соблюдение условий хранения;
- Выполнение требований к организации рабочего места для монтажа устройств на плату;
- Соблюдение рекомендуемого температурного режима пайки;
- Правильный выбор безопасных рабочих режимов;
- Соблюдение требований по эксплуатации.
Заключение
Постарался подробно объяснить, что представляет из себя танталовый конденсатор и для чего он нужен.
Если у вас есть какие-либо замечания или вопросы по теме – смело задавайте их в комментариях, постараюсь ответить!
Была ли статья полезна?
Да
Нет
Оцените статью
| (0) |
Что вам не понравилось?
Другие материалы по теме
Виды и аналоги конденсаторов
Маркировка конденсаторов
Конвертер единиц емкости конденсатора
Анатолий Мельник
Специалист в области радиоэлектроники и электронных компонентов. Консультант по подбору деталей в компании РадиоЭлемент.
Лом тантала – редкий вид вторичного сырья, поэтому статья будет посвящена больше самому металлу, его свойствам и области применения, нежели лому тантала.
⇓ Посмотреть средние цены на тантал ⇓
⇓ Посмотреть видео “Танталовые конденсаторы” ⇓
Важная информация:
На территории СНГ существует ЕДИНСТВЕННОЕ и одно из крупнейших в мире предприятий с полным циклом производства тантала (от переработки танталниобийсодержащего сырья до готовой продукции) – это АО “Ульбинский металлургический завод” (сайт).
Тантал относится к виду «стратегических» металлов, в силу ряда причин. Одна из них использование этого элемента для оборонной, аэрокосмической отрасли промышленности. Тантал эксплуатируется разнопланово, в частности для оборонки он применяется как:
- металлическая облицовка зарядов;
- внутри конденсаторов электронных приборов.
Конденсаторы с танталом
Еще один фактор отнесения этого металла к разряду «стратегический» – его применение для теплообменников ядерно-энергетических систем. Это связано с высокой степенью устойчивости материала к высоким температурам и парам цезия.
Особенности сдачи лома титана
Во-первых, это ограниченный выбор пунктов приема (а в некоторых городах и вовсе их отсутствие). Большинство из них не работают с некоторыми видами редких металлов, к которым относится тантал.
Второй ограничительный фактор – возможность проверки сдаваемой партии на законность сделки. Конечно, это больше относится к металлическим отходам в форме прутьев, листов или слитков.
Например, в городе Усть-Каменогорске (Республика Казахстан), где расположен упомянутый выше крупнейший металлургический комбинат “УМЗ” с производством тантала – все пункты приема лома оповещены о том, что при первом же случаи обнаружения лома тантала следует сообщать в полицию.
Территория завода “УМЗ” (ULBA) г. Усть-Каменогорск Казахстан
к содержанию ↑
Останавливаясь на элементе, как источнике вторичного редкого металла, можно определить несколько видов танталосодержащих отходов:
- кусковой лом, включает прутья, листы, трубки, проволоку и прочее;
Так выглядит тантал – темный металлический цвет, на фото лист танталовый
- сплавы с другими редкими металлами;
- конденсаторы.
Дополнительно, элемент содержится в сплавах вольфрам-титан-тантал, однако его содержание внутри соединения не превышает 14%. Еще один потенциальный источник обнаружить тантал – пылевые отходы. Они образуются при работе с твердосплавными материалами:
- обработка пластин алмазным инструментом;
- производство смесей.
Для первого случая процентная концентрация тантала составляет 2 – 6%, во втором варианте не более 1.5. Следует добавить, что подобные пылеобразные отходы принимаются, как лом вольфрама, поэтому сдать тантал подобным образом крайне проблематично.
к содержанию ↑
Много прибыли из небольших деталей
Интересный факт заключается в том, что практически треть производимого тантала уходит под изготовление конденсаторов на основе этого материала. Элемент используется как анод радиоэлектронных емкостей, имеющий форму высокопористой гранулированной таблетки. Преимущество танталовых конденсаторов – продолжительность срока эксплуатации. Однако даже более стойкие изделия со временем приходят к непригодному состоянию.
Несомненно, рынок использованных танталовых конденсаторов не переполнен продукцией, поступающей из военного комплекса, вследствие сложности их реализации. Но изъять емкости из бытовых приборов, для рядового охотника за редкими металлами не проблема.
Танталовые конденсаторы. На самом деле добыча тантала из радиодеталей очень сомнительна
Марок конденсаторов, содержащих танталовые аноды, насчитывается более трех десятков, однако серий при этом, только две: К52 и К53. Следует отметить, что содержание тантала в емкостях варьируется достаточно широко. Нижний предел составляет 80 грамм, тогда как максимальный вес достигает 40 килограмм, обе величины приведены из расчета на тысячу единиц использованной продукции.
Наиболее танталовосодержащими емкостями оказываются изделия марок К52-5 4 и К52-7А. В целом, вся серия конденсаторов К52 содержит более грамма тантала на единицу продукции, за исключением нескольких габаритных моделей. Единственная белая ворона – марка К52-10. В этом изделии отсутствие тантала компенсируется высоким содержанием палладия.
к содержанию ↑
Сколько стоит килограмм тантала
Если мы говорим про лом тантала, то цена его относительно невысокая. Т.к. в России мало пунктов приема, кто занимается скупкой тантала и обращаться стоит к тем, кто принимает лом радиодеталей.
Средняя цена на лом тантала составляет – 400-500$ за 1 килограмм.
Средняя цена на деловой лом из тантала (листы, проволока и прочий прокат) составляет – 1000$ за 1 килограмм.
Отсюда можно сделать вывод, что разбирая радиодетали на лом тантала громадной выгоды получить не удастся.
Цена на танталовые конденсаторы составляет порядка 9000 рублей за килограмм.
к содержанию ↑
Трубная продукция
Отдельной отраслью, использующей танталовые трубки, теплообменники выступает атомная энергетика. Обладая высокой жаропрочностью, низким сечением захвата нейтронов, элемент долгое время занимал основную долю в конструкционном материале ядерных установок.
Теплообменник из танталовых труб на одной из АЭС
Сегодня, тантал вытесняется из этой отрасли ниобием. Однако сдавать, списанные из атомно-энергетической сферы, танталовые изделия вряд ли получится в силу комплекса препятствий:
- запрет на реализацию;
- невозможность достать этот вид вторичного металла;
- угроза для здоровья.
Напротив, исключительная инертность тантала относительно кислот находит применение редкому металлу в химической и лабораторной целях. Из танталовых трубок изготавливаются змеевики, магистрали для подачи соляной кислоты, мешалки. Некоторые разновидности лабораторной посуды также исполнены из этого материала. Несмотря на долгие термины службы, окупающие высокую стоимость танталовой продукции, изделия со временем изнашиваются и подлежат замене. Некоторая часть списанной трубной продукции успевает просочиться на пункты приема металлолома.
Изделия из тантала
Остается добавить, что не все трубы изготовлены из марки высокочистого тантала ТВЧ. Существенный процент этих изделий исполнен из сплава этого металла с вольфрамом. Марки этих жаропрочных соединений ТВ-5 (10,15) содержат тантала на уровне 95 – 85%.
к содержанию ↑
Марки высокочистого тантала используются в производстве слитков и различных разновидностях металлопроката:
- листовые изделия, включая пластины, диски, ленты;
- фольга;
- трубные конструкции;
- прутки;
- проволока.
Изделия из танталовой проволоки
Область эксплуатации танталовых трубок достаточно широка. Они используются для транспортировки жидкого металла, в качестве трубопроводов под кислотные среды.
Металлургическое использование тантала широко реализовано при получении редкоземельных элементов, а также иттрия, скандия, когда танталовые тигли применяются для плавки и литья. Особенность металла уживаться с тканями человеческого организма без негативных последствий широко реализована в протезировании. Дополнительно, танталовые скобы выступают, как материл при закреплении шва.
С одной стороны, отходы металлического тантала, включая его сплавы, характеризуются широким разнообразием:
- Кускового лома слитков. Образуются обломки корон при вакуумно-дуговом переплаве.
- Обрезью листовых полуфабрикатов.
- Браком штабиков.
- Стружкой.
- Отсевами порошка.
С другого ракурса, сдача вторичного тантала остается существенно ограниченной из-за особенностей сфер его использования: оборонная промышленность, атомная энергетика, химическое производство, лабораторные цели.
к содержанию ↑
Видео – как извлекают тантал из радиодеталей
ЧАСТЬ 1
ЧАСТЬ 2