Способ изготовления пленочных электретов и устройство для его осуществления

 

1. Способ изготовления пленочных электретов, включакиций электризацию в коронном разряде металлизированной диэлектрической пленки, отличающийся тем, что, с целью повьшения скорости зарядки, улучшения стабильности поверхностей плотности заряда, упрощения технологического процесса, в процессе электризации осуществляют контроль постоянной составляющей тока коронного разряда, причем электризацию осуществляют в несимметричном коронном разряде до заданного снижения величины постоянной составляющей тока коронного разряда, определяе (Л мого величиной заряда электрета.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

ОЗМИт

РЕСПУБЛИК

0% (И) (51) 4НО! С l 02

ИЕСРЩ;Ущ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3545901/18-21 (22) 27.01.83 (46) 23.03.87. Бюл, У 11 (71) Ленинградский государственный педагогический институт им. А.И.Герцена (72) В.Г. Бойцов, Б.А. Тазенков, А.С. Скугарев и Л.А. Перенелица (53) 621.319.4 (088.8) (56) Эфрусси М.М.. Микрофоны и их применение. М., "Энергия", 1974.с.41.

Патент ГДР У 137176, кл. Н 01 G 1/02, 02.06.78. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЛЕНОЧНЫХ ЭЛЕКТРЕТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЦЕСТВЛЕНИЯ (57) 1. Способ изготовления пленочных электретов, включающий электризацию в коронном разряде металлизированной диэлектрической пленки, отличающийся тем, что, с целью повышения скорости зарядки, улучшения стабильности поверхностей плотности заряда, упрощения технолоl гического процесса, в процессе электризации осуществляют контроль постоянной составляющей тока коронного разряда, причем электризацию осуществляют в несимметричном коронном разряде до заданного снижения величины постоянной составляющей тока коронного разряда, определяемого величиной заряда электрета.

1!0239

2. Устройство для изготовления пленочных электретов, содержащее заземленный электрод, выполненный в виде подложки, установленной с воз": можностью перемещения, на поверхности которой размещены диэлектрические пленки, регулируемый высоковольтный источник переменного напряжения, первый регулируемый низко" вольтный источник постоянного напряжения, коронирующий электрод с экраном, соединенным с общей шиной, о т— л и и а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения скорости зарядки, улучшения стабильности поверхностной плотности заряда, упрощения технологического процесеа-, око.снабжено нуль-органом постоянного тока, вторым регулируемым низковольтным источником постоянного напряжения и калибровочным электродом, изолированным от заземленного электрода, причем коронирующий электрод соединен с .общей шиной через последовательно включенные регулируемый высоковольтный источник переменного напряжения, регулируемый низковольтный источник постоянного напряжения и нуль-орган постоянного тока, а калибровочный электрод соединен с общей точкой через второй регулируемый низковольтный источник постоянного напряжения.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радиотехнической промышленности, в частности для изготовления мембран микрофонов, телефонов, громкоговорителей, слуховых аппаратов и т. д.

Известен способ поляризации диэлектрических пленок, которые помещают в постоянное электрическое поле, нагревают до температуры размягчения диэлектрика, а затем охлаждают в электрическом поле до комнатной температуры. Общее время поляризации диэлектрических пленок составляет несколько часов.

У полученных таким способом пленочных электретов плотность заряда на поверхности заметно изменяется со временем и стабилизируется лищь через несколько месяцев, при этом имеет место значительный разброс плотности заряда у разных образцов пленочных электретов, а средняя величина стабильной плотности за-8 ряда не превышает 1 ° 10 к/см

Эти недостатки обусловлены тем, что при длительной поляризации диэлектрических пленок при температуре размягчения диэлектрика происходит внутренняя поляризация диэлектрических пленок с образованием гетерозаряда на неметаллизированной поверхности пленочного электрета.

Одновременно на той же поверхности пленочного электрета формируется и гомозаряд. Если напряженность поляризующего электрического поля не.

Н 2 превышает 10 В/см, то непосредственно после поляризации преобладает гетерозаряд. При большей напряженности поляризующего поля преобладает гомозаряд. Низкая стабильность, значительный разброс и низкая величина стабильной плотности заряда пленочных электретов связаны с низкой стабильностью гетерозаряда„ а также с недостаточной стабильностью гомозаряда, если плотность последне"о превышает некоторую критическую стабильную величину.

Для осуществления способа изготовления пленочных электретов известно устройство, включающее камеру для нагревания, и поляризации диэлектрических пленок и высоковольтный источник постоянного тока.Камера содержит металлический зазем" ленный электрод, на котором размещены диэлектрические пленки, и электрод для поляризации, присоеди-, ненный к высоковольтному источнику постоянного тока.

ЗО Недостатками такого устройства являются низкая производительность, низкая стабильность, значительный разброс плотности зарядов полученных диэлектрических пленок.

3 1) 023

Наиболее близким по технической сущности является способ изготовления пленочных электретав, включаю-: щий электризацию в коронном разряде металлизироваиной диэлектрической

95 .обусловленная наличием дополнитель ных узлов — узла нейтрализации ди-! ,электрических пленок и узла контроля стабильной плотности зарядов, низкая производительность и низкая стабильность поверхностной плотнос ти заряда электретов.

Цель изобретения — повышение скорости зарядки диэлектрических пленок, увеличение стабильности поверхностной плотности заряда, упрощение технологического процесса. !

Цель достигается тем, что в спо сабе изготовления пленочных электретов, включающем электризацию в коронном разряде металлизированной диэлектрической пленки, в процессе электризации осуществляют контроль постоянной составляющей тока коронного разряда, причем электризацию осуществляют в несимметричном коронном разряде до заданного снижения величины постоянной составляющей тока коронного разряда, определяемого величиной заряда электрета.

Устройство для изготовления пленочных электретав, осуществляющее данный способ, содержащее заземленный электрод, выполненный в виде подложки, установленной с возможностью пе- ремещения, на поверхности которой размещены диэлектрические пленки, регулируемый высоковольтный источник

5 переменного напряжения, первый регулируемый низковольтный источник постоянного напряжений, коронирующий . электрод с экраном, соединенным с общей шиной, снабжена нуль-органом . постоянного тока, вторым регулируемым низковольтным источником постоянного напряжения и калибровочным электродом, изолированным ат заземленного электрода, причем корони5 рующий электрод соединен е общей шиной через последовательно вклю- . ченные регулируемый высоковольтный источник переменнога напряжения, ре" гулируемьЮ низковольтный источник постояннога напряжения и нуль-орган постоянного тока, а калибровочный электрод соединен с общей точкой через второй регулируемый низковольтный источник постоянного напряжения.

30

55 пленки. Для реализации этога способа

1 используется устройство для изготовления пленочных электретов, содержащее. заземленный электрод, выполнен» ный в виде подложки, установленной с возможностью перемещения, на поверхности которой размещены диэлектрические пленки., регулируемый высоковольтный источник переменного напряжения, регулируемый низковольтный источник постоянного напряжения, ко" ронирующий электрод с экраном, соединенным с общей шиной.

Недостатком способа является низкая скорость зарядки, приводящая к уменьшению производительности, связанная с наличием густой металлической сетки в приспособлении стабилизации, которая отбирает большую часть потока ионов, идущего на зарядку диэлектрической пленки. Уменьшение же густоты сетки ухудшает точность зарядки, так как уменьшается управляющее действие сетки.

Пленочные электреты,.полученные известным способом, обладают йизкой стабильностью поверхностной плотности заряда, поскольку диэлектрические пленки длительно подвергаются воздей" ствию коронного разряда: сначала в приснособлении нейтрализации на них воздействует переменный коронный разряд, .затем в приспособлении для стабилизации оии подвергаются воздей-. ствию постоянного коронного разряда.

Длительное воздействие коронного разряда приводит к образованию мелких ловушек носителей заряда вблизи эаряжаемой поверхности пленки, что ухудшает стабильность поверхностной плотности заряда. Недостатком известного способа является также его сложI .ность (технологический процесс нане» сения стабильной поверхностной плот; ности заряда на неметаллизированную поверхность диэлектрической пленки включает три операции: нейтрализация, стабилизация и контроль), что сии жает производительность устройства и усложняет его конструкцию.

Недостатками известного устройства для изготовления пленочных электретов также является его сложность, На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства для изготовления пленочных электретов; иа фиг.2—

02395 .6

В процессе нанесения заряда на диэлектрические пленки амплитуда высокого переменного напряжения должна быть достаточной для зажигания короны. Например, при потенциале поверхности пленочного электрета

300 В и расстоянии от поверхности диэлектрической пленки до корони40 Рующего электрода 10 мм, амплитуду переменного напряжения устанавливают в пределах 5-8 кВ. Оптимальная частота переменного напряжения составляет около 10 Гц, что обусловле4 но двумя причинами: среднее время пролета иона от коронирующего электрода до поверхности пленки около 0,01 с, что ограничивает нримеиение более высокочастотной короны; плотность поверхностного заряда, осажденного на диэлектрическую пленку за один полупериод, должна быть на одиндва порядка меньше заданной. Зто необходимо для получения высокой

55! однородности поверхностного потенциала при уменьшенном времени зарядки. С этой точки зрения частота переменной короны должна быть как можно выше.

5 ll график зависимости стабильной поверхностной плотности зарядов диэлектрических пленок от времени, Устройство для изготовления пленочных электретов содержит заземленный электрод 1 в виде подложки, установленной с возможностью переме- щения, на поверхности которой размещены диэлектрическиепленки, например,, в виде мембран 2.

Злектрод I содержит изолированный от него калибровочный электрод

3, расположенный напротив электризатора 4 и соединенный с общей шиной посредством контакта 5 и пружинящего контакта 6 через последовательно включенный второй регулируемый .низковольтный источник 7 постоянного напряжения. Устройство содержит регулируемый высоковольтный источник

8 переменного напряжения, соединенный последовательно с первым регулируемым низковольтным источником 9 постоянного напряжения, и нуль-орган 10. Злектризатор 4 включает в себя коронирующий электрод ll u экран 12, соединенный с общей шиной.

В зависимости от конкретной об" ласти применения электретов н ряда других условий коронирующий электрод может быть выполнен в виде иглы, набора игл, лезвия, или тонкой проволоки, а электрод 1 может быть установлен с возможностью вращения, или поступательного движения, или неподвижным и т.д, Злектризатор 4 может быть установлен неподвижным или с возможностью вращения, или с возможностью прямого и обратного посту" пательного движения и т.д.

Благодаря тому, что коронирующий электрод соединен с общей точкой через последовательно включенные высоковольтный источник 8 переменного напряжения, первый низковольтный источник 9 постоянного напряжения и нуль-орган 10, а также благодаря наличию изолированного от общей точки калибровочного электрода 3, соединенного с общей точкой через второй низковольтный источник 7 постоянного напряжения, и отсутствию сетки в электризаторе упрощается конструкция устройства, увеличивается производительность (приблизительно в 10 раз), улучшается стабильность поверхностной плотности заряда электретов (в!

2S

30 течение 24 месяцев уменьшается на

15-307.) .

Предлагаемый в настоящем изобретении способ изготовления пленочных электретов осуществляют следующим образом. На заземленный электрод 1 устанавливают диэлектрические пленки, например, в виде мембран 2, присоединенных металлиэированными поверхностями к металлическим кольцам.

Устанавливают калибровочный электрод

3, изолированный от заземленного электрода 1, напротив электризатора

4, при этом контакт 5 соединяется с пружинящим контактом 6. С помощью регулируемого высоковольтного источника 8 переменного напряжения, регулируемого низковольтного источника 7 постоянного напряжения устанавливают минимальный по абсолютной величине постоянный ток через нульорган 10. Перемещают подвижный заземленный электрод 1 с расположенными на нем диэлектрическими пленками относительно злектризатора, при этом диэлектрические пленки заряжаются до потенциала, равного напряжению второго регулируемого низковольтного источника 7 постоянного напряжения.

1102395

Применение несимметричного переменного напряжения для питания коронирующего электрода позволяет сов-. местнт1ь три операции: нейтрализацию диэлектрических пленок, нанесе- 5 ние стабильности заряда с данной поверхностной плотностью и контроль стабильной плотности заряда.

Стабильность электретов по предлагаемому способу, (фиг. 2, кривая а) превышает стабильность известных электретов (фиг, 2, кривая б) на

15-30Х.

Устройство для изготовления пленочных электретов работает следующим образом. С помощью электродвигателя перемещения заземпенного электрода

l (на чертежах электродвигатель не показан) устанавливают калибровочный электрод 3 напротив электризатора 4, при этом контакты 5 и 6 соединяются. Включают источник 7-9 напряжения и нуль-орган 10. На выходе второго регулируемого низковольтного источника 7 постоянного напряжения устанавливают напряжение требуемого знака и необходимой .величи,ны, равной стабильному потенциалу электрета. Затем с помощью регулируемого высоковольтного источника 8

30 переменного напряжения и регулируемого низковольтного источника 9 постоянного напряжения устанавливают минимальный по абсолютной величине постоянный ток через нуль-орган 10.

При перемещении заземленного электрода 1 с установленными на нем диэлектрическими пленками (мембранами 2), последние проходят под электриэатором 4 и заряжаются до потенциала, равного напряжению второго регулируемого низковольтного источника .7 напряжения.

Пример l. На дисковые мембрань из пленки 4-МН2 металлизиро45 ван ой с одной стороны, толщиной

10 мкм и диаметром 20 мм нанесена стабнльная плотность заряда

1,8 ° 10 Кл/м в течение 0 5 с. Мини.мальный ток, регистрируемый нульКак видно из лагаемый способ воляют получать сокого качества водительности. данных таблицы преди устройство позэлектреты более выпри повышенной произорганом при прохождении калибровочного электрода под электризаторам, составляет около.2i10 А. В качестве коронирующего электрода используется стальная игла, установленная на расстоянии !О мм от поверхности диэлектрических пленок.

Частота несимметричного коронного разряда составляет 800 Гц. Аналогичные мембраны другой партии заряжены до той же плотности заряда известным способом. Результаты приведены в таблице.

Пример 2. На дисковые мембраны из пленки Ф-4-N$2 металлизированные с одной стороны, толщиной

10 мкм и диаметром ll мм, нанесена стабильная плотность заряда—

3,7"10 Кл/м в течение 0,3 с. Мини«4 Ф мальный ток, регистрируемый нульорганом при прохождении калибровочного электрода под электризатором, составляет около 2 "10 А. Коронирукнций электрод и источник питания те же, что и в примере 1.

Аналогичные мембраны другой партии заряжены до той же плотности заряда известным способом. Результаты приведены в таблице.

Пример З.,Прямоугольные мембраны из пленки Ф-4 5 ° 7 мм и тол2 щнной 10 мкм, металлизированные с одной стороны, заряжены до стабильной плотности заряда — 5,2 10 Кл/м в течение 0,2 с. Минимальный ток, регистрируемый нуль;органом при прохождений калибровочного электрода под электрнзатором, составляет

-9 около 0,5"10 А. Коронирующий электрод и источники питания те же, что и в примере 1. Аналогичные мембраны другой партии заряжены до той же плотности заряда известным способом. Результаты приведены в таблице.

1102395

Плотность заряда через 24 месяца (Кл/м ) Начальная плотность заряда (K/ì ) по изобретению известный способ по изобретению известный способ

197 10

3,4 10

Прямоугольные 5 7 мм -5,2.10

4,1 10

-5,2 10

3,7!О

Редактор Т. Янова Техред Н. Глущенко Корректор Е. Рошко

Заказ 911/3 Тираж 699 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж"35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, Размеры мембран, диаметр

20 мм

11 мм

-Ф

-1,8 10

-3,7 10

-1,8 10

-3,7 10

8 Ю 1f gg g4

PCNCfbl цвг.8

115 10

3.0 10