Электрический контакт микроминиатюрного реле

 

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОНТАКТ МИКРОШНИАТЮРНОГО РЕЛЕ, содержащий контактодержатель из дислерсионнотвердеющего сплава на основе серебра и контактный элемент из эрозионно стойкого сплапа золото-кобальт, отличающийся тем, что, с целью повьппения надежности и увеличения срока службы, в контактном элементе концентрация кобальта по толщине в направлении от контактодержателя к рабочей поверхности изменяется от 0,01 до 0,8 мас.%, а толщина контактного элемента составляет 2-2,5 мкм. КЛ

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) О 4) 4(51) Н О1 Н 1/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬП ИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМЪГ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3683201/24-07 (22) 02. 01. 84 (46) 07;02.85. Бюл. У 5 (72) Л.С.Палатник, А.Т.Пугачев, М.В.Лебедева, Н.И.Горбенко, P.Ï.Âîëêîâà, В.М.Налетов, М.С.Коваленко, А.П.Савченко и Б.М.Барац (71) Харьковский политехнический институт им. В.И.Ленина (53) 621.3.006 ° 6(088.8) (56) 1. Заявка Великобритании

9 1037553, кл. С 7 F, 1966.

2. Bleck К., Harmsen N. Vergleichende Untersuehengen an Go1dschichten

auf Silber, 7..f.Verkstofftechnick.

1976, h.7, s. 224-226 (прототип). (54) (57) ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОНТАКТ

МИКРОМИНИАТЮРНОГО РЕЛЕ, содержащий контактодержатель из дислерсионнотвердеющего сплава на основе серебра и контактный элемент из эрозионно стойкого сплава золото-кобальт, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и увеличения срока службы, в контактном элементе концентрация кобальта по толщине в направлении от контактодержателя к рабочей поверхности изменяется от 0,01 до 0,8 мас.Ж, а толщина контактного элемента составляет

2-2,5 мкм.

38846 2

40

Цель изобретения — повышение 45 надежности и увеличение срока службы реле.

Поставленная цель достигается тем, что в электрическом контакте микроминиатюрного реле, содержащем 50 контактодержатель из дисперсионнотвердеющего сплава на основе серебра и контактный элемент из эрозионно стойкого сплава золото-кобальт, в контактном элементе концентрация 55 кобальта по толщине в направлении от контактодержателя к рабочей поверхности изменяется от 0,01 до

1 11

Изобретение относится к электротехнике, в частности к производству микроминиатюрных реле, и может быть использовано в электронных устройствах для повышения надежности и расширения коммутационных возможностей микроминиатюрных реле.

В современной технологии производства микроминиатюрных реле в качестве материала для электрических контактных пружин применяют дисперсионно-твердеющие сплавы СрИгН-99 или ЗлСрМгН-97-2, малопригодные для использования при изготовлении реле, коммутирующих ток не выше 5 мкА при напряжении 50 мкВ (микрорежим) из-за наличия продуктов окисления на его поверхности. Для устранения окисления контактные элементы выполняют из благородных металлов, например золота f1) .

Однако высокая пластичность золотых покрытий не исключает механического разрушения их в контактных группах реле в процессе их работы, что приводит к окислению.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является электрический контакт микроминиатюрного реле, содержащий контактодержатель из дисперсионно твердеющего сплава "на основе серебра и контактный элемент из эрозионно стойкого сплава золото-кобальт. В этом контакте распределение кобальта по всей толщине контактного элемента осуществляется равномерно (2) . Однако известный контакт обладает пониженной надежностью из-за отслаивания контактного элемента, связанного как с возникновением в них структурных напряжений, так и с наличием продуктов. окисления серебра на границе раздела контактный элемент — контактодержатель.

0,8 мас.7, а тощина контактного элемента составляет 2-2,5 мкм.

На чертеже изображен электрический контакт.

Предлагаемый контакт содержит контактодержатель 1 из сплава на основе серебра и контактный. элемент 2.

Такая конструкция контакта реализована путем вакуумной возгонки и последующей конденсации сплава А11-Со, содержащего в исходном состоянии

1 мас. Со. Градиент концентрации легирующего элемента обеспечивается различием в упругости пара компонентов сплава.

Контакты микроминиатюрных реле с таким контактным элементом получают полным испарением навески из вольфрамового тигля с электронно-лучевым разогревом. Конденсация производилась на контактодержатель, разогретый до

250-300 С в вакууме 10 -10 Па.

Выбор такой температуры связан как процессами формирования и роста покрытия (контактного элемента) с требуемыми физико-технологическими параметрами, так и с очисткой поверхности за счет термической диссоциации о при температурах выше 230 С окислов, возникших на поверхности контактодержателя при дисперсионно-упрочняющем отжиге исходного сплава. Скорость испарения составляет 80-120 А/с. Термодинамический расчет показывает, что такая скорость испарения соответствует температуре тигля !900 С, при которой упругость пара золота составляет 50 Па, а кобальта 1 Па.

Контакты были исследованы в лабораторных условиях и прошли заводские испытания.

Исследование сплошности покрытий показало, что они становятся сплошными и не содержат сквозных пор при толщине покрытия 1,8 мкм. Интенсивность линий А(и А О11 в спектре

14 масс в зависимости от толщины покрытия приведена в табл. 1.

Интенсивность линий от контактодержателя резко падает при толщине контактного элемента п > 1,8 мкм.

Наличие градиента концентрации кобальта по толщине контактного элемента подтверждается данными химическогб и рентгеновского дифрактометрического исследования.

В табл. 2 в качестве примера приведены результаты химического

138846 4

Испытания на .адгезию покрытия иэ сплава Ац-Со с градиентом концентрации легирующего элемента по толщине показали, что величина адгезии составляет более чем 5 кг/мм .

Технико-экономические преимущества изобретения по сравнению с базовым объектом (реле типа РЭС из сплава

СрИтН-99 либо ЗлСрМтН-97-2 с упрочt0 ненным золотым покрытием, получаемым гальваническим путем,)ACT 4ГО.

054.076), в котором легирующий элемент Со (1 мас.7 равномерно распределен по всей толщине покрытия

15 3,5 мкм) заключается в следующем.

Контакт за счет градиента концентрации кобальта по толщине эррозионно стройкого покрытия (контактного элемента) имеет повышенную адгезию вески.

По мере увеличения толщины контактного элемента среднее содержание

Со в нем возрастает за счет более обогащенных кобальтом верхних слоев и достигает 0,8 мас.7 для приловерхностного слоя толщиной 2,5 мкм.

Данные химического анализа хорошо коррелируют с результатами рентгеновских исследований, дающих интегральную характеристику состава покрытия по толщине полупоглощаемого слоя.

Результаты дифрактометрического измерения периода решетки и соответветствующего ему состава при съемках контактного элемента со стороны рабочей поверхности (1) и со стороны контактодержателя (П) приведены в табл. 3..

Данные по измерению микротвердости приведены в табл. 4 и свидетельствуют о том, что микротвердость, усредненная по толщине 2,5 мкм, таких покрытий после естественного старечия в течение двух недель значительно превосходит микротвердость конденсированных нелегированных золотых покрытий толщиной 3,5 мкм и практически не отличаются от микротвердости известных покрытий толщиной 3,5 мкм, 35 полученных гальваническим путем. ,Твердость же слоя, непосредственно примыкающего к рабочей поверхности, должна быть еще вышее, так как увеличение содержания кобальта в сплаве повышает микротвердость.

2р покрытия к контактодержателю при одновременном улучшении механических характеристик верхнего рабочего слоя. Это приводит к повышению надежности и увеличению ресурса

25 рабочего времени.

Таблица 1

Толщина, мкм

Ионы

0,6 1,7

940

1050

14

21

1,0

0,9

0,6 з 1 анализа на содержание Со в контакт- > ном элементе различной толщины, полученные в едином цикле при частичном испарении одинаковой наПредлагаемая конструкция контактов в сочетании со способом ее реализации позволяет сократить толщину покрытия с 3-5 до 2-2,5 мкм, причем покрытие наносится не на контактодержатель, а только на рабочий его конец. Результатом этого является сокращение расхода драгоценного металла на одно изделие. Кроме того, внедрение контактов с конденсированным покрытием на рабочей части контактодержателя позволит усовершенствовать процесс дальнейшей сборки реле путем замены пайки более прогрессивной технологией — лазерной сваркой.

1,8 2,0 2,3 2,5

1138846

Таблица 2

Толщина мкм

2,5

2,3

2,0

0,6

1,7

0,05

Содержание Со, мас. Ж

0,82

0,78

0,68

0,-01 О, 41

0,55

Таблица 3

Условия съемки

Со, мас.Х

Период решетки, А

Толщина, мкм

0,6

0,48

4,0745

4,0745

0,48

4,0721

4,0734

1,7

0,70

0,53

4,0714

4,0731

0,78

2,5

0,56

Таблица 4

Гальваническое

Золотое олото ассивПоказатель ое

Микротвердость, кг/ *

90-100

200

185-205

Составитель Н. Глеклер

Редактор А. Шишкина Техред 3.Палий Корректор О. Тигор

Заказ 10697/40 Тираж 679

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ЛПП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 покрытие, конденсируемое в в акууме (толщина

3,5 мкм) покрытие из сплава Ап-Со (толщина

3,5 мкм) Предлагаемое конденсированное покрытие из сплава АЦ-Со (толщина 2,5 мкм).