1. מבוא
כבל תקשורת בהעברת אותות בתדר גבוה, מוליכים מייצרים אפקט עור, וככל שעולה תדירות האות המשודר, אפקט העור הולך וגובר. אפקט העור, המכונה "אפקט עור", מתייחס להעברת אותות לאורך המשטח החיצוני של המוליך הפנימי והמשטח הפנימי של המוליך החיצוני של כבל קואקסיאלי כאשר תדר האות המשודר מגיע לכמה קילו-הרץ או עשרות אלפי הרץ.
בפרט, עם עליית מחירי הנחושת הבינלאומיים והמשאבים הטבעיים הנחושים הופכים לנדירים יותר ויותר, השימוש בפלדה מצופה נחושת או בחוטי אלומיניום מצופים נחושת כדי להחליף מוליכי נחושת הפך למשימה חשובה עבור תעשיית ייצור החוטים והכבלים, אך גם לקידומה באמצעות ניצול מרחב שוק גדול.
אבל חוט בציפוי נחושת, עקב טיפול מקדים, ציפוי מקדים של ניקל ותהליכים אחרים, כמו גם השפעת תמיסת הציפוי, קל לייצר את הבעיות והפגמים הבאים: השחרת החוט, ציפוי מקדים לא טוב, שכבת הציפוי העיקרית נשמטת מהעור, וכתוצאה מכך נוצר חוט פסולת וחומר פסולת, מה שגורם לעלויות ייצור המוצר לעלות. לכן, חשוב ביותר להבטיח את איכות הציפוי. מאמר זה דן בעיקר בעקרונות התהליך ובהליכים לייצור חוט פלדה מצופה נחושת באמצעות ציפוי אלקטרוליטי, כמו גם בסיבות הנפוצות לבעיות איכות ושיטות פתרון. 1. תהליך ציפוי חוט פלדה מצופה נחושת וסיבותיו.
1. 1 טיפול מקדים של החוט
ראשית, חוט טובל בתמיסה אלקלית ותמיסת כבישה, ומתח מסוים מופעל על חוט (אנודה) ועל לוח (קתודה), מה שהופך את האנודה למשקע כמות גדולה של חמצן. התפקיד העיקרי של גזים אלה הוא: ראשית, בועות אלימות על פני חוט הפלדה והאלקטרוליט הסמוך לו ממלאות אפקט מכני של ערבוב והסרת שמן, ובכך מקדמות את יציאת השמן מפני השטח של חוט הפלדה, מאיצות את תהליך הספאוניפיקציה והתחליב של השמן והשומן; שנית, בגלל הבועות הזעירות המחוברות לממשק שבין המתכת לתמיסה, כאשר הבועות וחוט הפלדה יוצאים החוצה, הבועות יידבקו לחוט הפלדה עם הרבה שמן לפני השטח של התמיסה, לכן, הבועות יביאו הרבה שמן שנדבק לחוט הפלדה לפני השטח של התמיסה, ובכך יקדמו את הסרת השמן, ובמקביל, לא קל לייצר שבירות מימן של האנודה, כך שניתן להשיג ציפוי טוב.
1. 2 ציפוי החוט
ראשית, החוט עובר טיפול מקדים ומצופה מראש בניקל על ידי טבילתו בתמיסת הציפוי והפעלת מתח מסוים על החוט (קתודה) ועל לוח הנחושת (אנודה). באנודה, לוח הנחושת מאבד אלקטרונים ויוצר יוני נחושת דו-ערכיים חופשיים באמבט האלקטרוליטי (ציפוי):
נחושת – 2e→Cu2+
בקתודה, חוט הפלדה עובר אלקטרוליזציה מחדש ויוני הנחושת הדו-ערכיים מושקעים על החוט ליצירת חוט פלדה מצופה נחושת:
Cu2 + + 2e→ Cu
Cu2 + + e→ Cu +
נחושת + + e→ נחושת
2H + + 2e→ H2
כאשר כמות החומצה בתמיסת הציפוי אינה מספקת, נחושת סולפט מתפרקת בקלות להידרוליזה ליצירת תחמוצת נחושת. תחמוצת הנחושת נלכדת בשכבת הציפוי, מה שהופך אותה לרופפת. Cu2SO4 + H2O [Cu2O + H2SO4
א. רכיבים מרכזיים
כבלים אופטיים לשימוש חיצוני מורכבים בדרך כלל מסיבים חשופים, צינור רופף, חומרים חוסמים מים, אלמנטים מחזקים ומעטה חיצוני. הם מגיעים במבנים שונים כגון עיצוב צינור מרכזי, שכבה משולבת ומבנה שלד.
סיבים חשופים מתייחסים לסיבים אופטיים מקוריים בקוטר של 250 מיקרומטר. הם כוללים בדרך כלל את שכבת הליבה, שכבת החיפוי ושכבת הציפוי. לסוגים שונים של סיבים חשופים יש גדלי שכבת ליבה שונים. לדוגמה, סיבי OS2 חד-מצביים הם בדרך כלל 9 מיקרומטר, בעוד שסיבי OM2/OM3/OM4/OM5 מרובי-מצביים הם 50 מיקרומטר, וסיבים מרובי-מצביים OM1 הם 62.5 מיקרומטר. סיבים חשופים מקודדים לעתים קרובות בצבע כדי להבדיל בין סיבים מרובי-ליבות.
צינורות רופפים עשויים בדרך כלל מפלסטיק הנדסי PBT בעל חוזק גבוה ומשמשים להרכבת הסיבים החשופים. הם מספקים הגנה ומלאים בג'ל חוסם מים כדי למנוע חדירת מים שעלולה לפגוע בסיבים. הג'ל משמש גם כחיץ למניעת נזק לסיבים כתוצאה מפגיעות. תהליך הייצור של צינורות רופפים הוא קריטי להבטחת אורך עודף של הסיבים.
חומרים לחסימת מים כוללים גריז לחסימת מים לכבלים, חוט חסימת מים או אבקה לחסימת מים. כדי לשפר עוד יותר את יכולת חסימת המים הכוללת של הכבל, הגישה הרווחת היא שימוש בגריז לחסימת מים.
אלמנטים לחיזוק מגיעים בסוגים מתכתיים ולא מתכתיים. אלמנטים מתכתיים עשויים לרוב מחוטי פלדה פוספטיים, סרטי אלומיניום או סרטי פלדה. אלמנטים לא מתכתיים עשויים בעיקר מחומרים FRP. ללא קשר לחומר בו נעשה שימוש, אלמנטים אלה חייבים לספק את החוזק המכני הדרוש כדי לעמוד בדרישות הסטנדרטיות, כולל עמידות בפני מתח, כיפוף, פגיעות ופיתול.
יש לקחת בחשבון את סביבת השימוש במעטפות חיצוניות, כולל עמידות לאיטום, עמידות לקרינת UV ועמידות בפני מזג אוויר. לכן, חומר PE שחור נמצא בשימוש נפוץ, שכן תכונותיו הפיזיקליות והכימיות המצוינות מבטיחות התאמה להתקנה חיצונית.
2 הגורמים לבעיות איכות בתהליך ציפוי הנחושת ופתרונותיהם
2. 1 השפעת הטיפול המקדים של החוט על שכבת הציפוי הטיפול המקדים של החוט חשוב מאוד בייצור חוט פלדה מצופה נחושת באמצעות ציפוי אלקטרוליטי. אם שכבת השמן והתחמוצת על פני החוט אינה מוסרת לחלוטין, אזי שכבת הניקל המצופה מראש אינה מצופה היטב והקשר גרוע, מה שמוביל בסופו של דבר לנשירת שכבת ציפוי הנחושת העיקרית. לכן חשוב לעקוב אחר ריכוז נוזלי האלקליין והכבישה, זרם הכבישה והאלקליין והאם המשאבות תקינות, ואם לא, יש לתקן אותן במהירות. בעיות האיכות הנפוצות בטיפול המקדים של חוט פלדה ופתרונותיהן מוצגות בטבלה.
2. 2 יציבות תמיסת הניקל המצופה מראש קובעת ישירות את איכות שכבת הציפוי המקדים וממלאת תפקיד חשוב בשלב הבא של ציפוי הנחושת. לכן, חשוב לנתח ולהתאים באופן קבוע את יחס ההרכב של תמיסת הניקל המצופה מראש ולוודא שתמיסת הניקל המצופה מראש נקייה ואינה מזוהמת.
2.3 השפעת תמיסת הציפוי העיקרית על שכבת הציפוי תמיסת הציפוי מכילה גופרת נחושת וחומצה גופרתית כשני מרכיבים, והיחס בין הרכבם קובע ישירות את איכות שכבת הציפוי. אם ריכוז גופרת הנחושת גבוה מדי, גבישי גופרת נחושת ישקעו; אם ריכוז גופרת הנחושת נמוך מדי, החוט יישרף בקלות ויעילות הציפוי תיפגע. חומצה גופרתית יכולה לשפר את המוליכות החשמלית ואת יעילות הזרם של תמיסת הציפוי האלקטרוליטי, להפחית את ריכוז יוני הנחושת בתמיסת הציפוי האלקטרוליטי (אותו אפקט יונים), ובכך לשפר את הקיטוב הקתודי ואת הפיזור של תמיסת הציפוי האלקטרוליטי, כך שמגבלת צפיפות הזרם עולה, ולמנוע הידרוליזה של גופרת נחושת בתמיסת הציפוי לתחמוצת נחושת ולמשקעים, להגדיל את יציבות תמיסת הציפוי, אך גם להפחית את הקיטוב האנודי, התורם לפירוק תקין של האנודה. עם זאת, יש לציין שתכולת חומצה גופרתית גבוהה תפחית את המסיסות של גופרת נחושת. כאשר תכולת חומצה גופרתית בתמיסת הציפוי אינה מספקת, גופרת נחושת מתפרקת בקלות לתחמוצת נחושת ונלכדת בשכבת הציפוי, צבע השכבה הופך כהה ורופף; כאשר יש עודף של חומצה גופרתית בתמיסת הציפוי ותכולת מלח הנחושת אינה מספקת, המימן יפלט חלקית בקתודה, כך שפני השטח של שכבת הציפוי ייראו כתומים. לתכולת הזרחן בלוח הנחושת יש גם השפעה חשובה על איכות הציפוי, יש לשלוט בתכולת הזרחן בטווח של 0.04% עד 0.07%, אם היא נמוכה מ-0.02%, קשה ליצור שכבה שתמנע ייצור יוני נחושת, ובכך יגדיל את אבקת הנחושת בתמיסת הציפוי; אם תכולת הזרחן עולה על 0.1%, הדבר ישפיע על המסת אנודת הנחושת, כך שתכולת יוני הנחושת הדו-ערכיים בתמיסת הציפוי תפחת, וייצר הרבה בוץ אנודה. בנוסף, יש לשטוף את לוח הנחושת באופן קבוע כדי למנוע מבוצת האנודה לזהם את תמיסת הציפוי ולגרום לחספוס וקוצצים בשכבת הציפוי.
3 סיכום
באמצעות עיבוד ההיבטים שהוזכרו לעיל, ההידבקות וההמשכיות של המוצר טובות, האיכות יציבה והביצועים מצוינים. עם זאת, בתהליך הייצור בפועל, ישנם גורמים רבים המשפיעים על איכות שכבת הציפוי בתהליך הציפוי, לאחר גילוי הבעיה, יש לנתח אותה ולחקור אותה בזמן ולנקוט באמצעים מתאימים כדי לפתור אותה.
זמן פרסום: 14 ביוני 2022