способ изготовления магнитоуправляемого герметизированного контакта

Формула изобретения

Способ создания магнитоуправляемого герметизированного контакта, в котором ферромагнитные контакт-детали заваривают в стеклянный корпус, на контактирующей поверхности контакт-деталей создают нано- и микровыступы, отличающийся тем, что нано- и микровыступы формируют бомбардировкой частицами с энергией 300 10000 эВ и дозой облучения не менее 10¹⁹ см ^-2.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электротехники, в частности к способам создания магнитоуправляемых герметизированных контактов, и может быть использовано в промышленном производстве этих приборов.

Известен геркон [1], изготовленный в соответствии со способом создания магнитоуправляемого герметизированного контакта (геркона), в котором две ферромагнитные контакт-детали заваривают в герметизируемый стеклянный корпус. На поверхность контакт-детали наносят многослойное покрытие (медь-никель, золото, рутений). Однако в напряженных условиях работы геркона материалы контактного покрытия могут сплавляться между собой и с материалами основы. Всегда сплавы сложного состава имеют худшие параметры, в частности, по сопротивлению, чем однородные материалы. Также коррозия всегда более интенсивно происходит на сплавах, чем на чистых металлах по отдельности. Иногда покрытие может отслаиваться. Контактирование двух контакт-деталей всегда осуществляется в отдельных точках на некоторых участках, так как невозможно изготовить и подобрать конструкцию так, чтобы контактирование осуществлялось по всей контактной поверхности. Фактически контактирующие точки имеются в ограниченном количестве, и их положение меняется в процессе работы геркона. При попадании посторонних диэлектрических микронано-, нано- и микрочастиц в область контакта между двумя контактирующими плоскостями переходное сопротивление геркона увеличивается, так как сразу же между контактирующими плоскостями образуется некоторый разрыв и количество контактирующих точек может значительно снижаться. В случае покрытия из тугоплавких металлов отсутствует достаточная пластичность, необходимая для прирабатывания двух контакт-деталей в процессе тренировки.

Известен геркон [2], в котором две ферромагнитные детали заваривают в стеклянный корпус, а на контактирующей поверхности контакт-деталей создают нано- и микровыступы с размерами от 50 нм до 19 мкм. В таком герконе наблюдается повышение стабильности работы в разных режимах в течение длительного времени, упрощение технологии создания контакта, исключение влияния попадания посторонних нано - и микрочастиц на свойства контакта, в ряде случаев исключение использования драгметаллов и исключение довольно «грязных» и сложных гальванических технологий осаждения покрытий.

Нано- и микровыступы на поверхности контакт-детали создают несколькими способами:

- с помощью оптической, рентгеновской или электронной литографии (аналогично изделиям микронаноэлектроники) [3];

- при пропускании электрических импульсов через микро- и нанопорошок металла, помещаемого на поверхность контактов (типа контактной микро - наносварки);

- при распылении металла в электрических полях или с помощью плазмотрона.

Однако предлагаемые способы создания наноструктурированной поверхности обладают рядом недостатков:

1. Электронная, оптическая и рентгеновская литографии являются сложными, а потому высокозатратными технологиями.

2. Приваривание нано- и микропорошков требует разработки специальной технологии, так как при сварке порошков могут нарушаться необходимые размеры выступов, свойства порошков сильно меняются от условий работы и предварительного хранения, например, из-за гигроскопичности.

3. Те же недостатки проявляются при формировании нано- и микровыступов с помощью плазмотрона.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение стабильности работы магнитоуправляемого герметизированного контакта в разных режимах в течение длительного времени, упрощение технологии создания контакта, исключение влияния попадания посторонних микрочастиц на свойства контакта, в ряде случаев исключение использования драгметаллов в контактном покрытии и исключение «грязных» и сложных гальванических технологий осаждения покрытий.

Предлагается способ создания магнитоуправляемого герметизированного контакта, в котором ферромагнитные контакт-детали заваривают в стеклянный корпус, на контактирующей поверхности контакт-деталей создают нано- и микровыступы, отличающийся тем, что нано- и микровыступы формируют бомбардировкой частицами с энергией 300 10000 эВ и дозой облучения более 10¹⁹ см ^-2.

В сравнении с известными способами создания геркона предлагаемый способ обладает рядом преимуществ:

1. Размер нано- и микровыступов и их расположение регулируют за счет дозы облучения и энергии бомбардирующих частиц.

2. В качестве материала выступов используют материал самой контакт-детали. При этом рост нано- и микровыступов происходит с поверхности самой контакт-детали, в результате чего не возникают проблемы, связанные со слабой адгезией покрытия, и повышается качество контакта.

3. Формирующие нано- и микровыступы атомы и ионы газообразующих элементов не загрязняют поверхность, а очищают ее или входят в состав в виде твердых растворов или новой фазы, обладающей хорошими механическими свойствами и достаточной проводимостью.

Диапазон энергий частиц для формирования выбран из следующих соображений. При энергиях ниже 300 эВ не наблюдается формирования нано- и микровыступов, а при энергии частиц более 10 кэВ происходит уже имплантация в более глубокие слои металла.

Величина дозы облучения не менее 10¹⁹ см^-2 для обработки контактных поверхностей контакт-деталей выбрана исходя из надежного формирования нано- и микроструктуры. Меньшие дозы обработки контактных поверхностей контакт-деталей оказываются недостаточными для образования требуемой нано- и микроструктуры.

Способ изготовления магнитоуправляемого герметизированного контакта может быть реализован в оборудовании, содержащем ионную пушку или плазмотрон, а также при электрическом пробое газового промежутка или при высоковольтном газовом разряде. Установка содержит средства откачки, газовую систему напуска газов, в том числе азота, высоковольтный блок питания. Обрабатываемые контакт-детали помещают на катод и подают высокое напряжение, в результате которого происходит обработка поверхности контакт-деталей ионами. Обрабатываемые детали могут быть помещены на оба электрода, но в этом случае высокое напряжение должно менять полярность.

На фиг.1 представлено изображение сформированного нанорельефа контактной поверхности контакт-детали геркона, полученное с помощью атомно-силового микроскопа (АСМ).

Специально сформированные нано- и микровыступы обеспечивают возможность работы магнитоуправляемого герметизированного контакта в течение более длительного времени, а также более стабильные параметры в процессе работы.

Обработанные в соответствии с предлагаемым способом герконы выдерживают 100 млн срабатываний без ухудшения сопротивления. У необработанных герконов уже после 100 тысяч срабатываний сопротивление возрастает на 2 порядка (в 100 раз) и более.

Источники информации

1. Патент РФ на изобретение № 2279149, МПК Н01Н 1/02, 1/66, опубл. 27.06.2006 г., бюл. № 18.

2. Патент РФ на изобретение № 2391733, МПК Н01Н 1/66, опубл. 10.06.2010 г., бюл. № 16.

3. Оборудование полупроводникового производства / П.Н.Масленников, К.А.Лаврентьев, А.Д.Гингис и др. М.: Радио и связь, 1981, 336 с. (стр.127).