Устройство для нанесения покрытий электрическим взрывом фольги

Устройство предназначено для нанесения металлических покрытий электрическим взрывом фольги и может найти применение в машиностроительной, приборостроительной, радио- и электронной промышленности. Взрывающаяся фольга выполнена в виде шайбы со сквозным отверстием в центре и с концентрически расположенными армирующими кольцами круглого или прямоугольного поперечного сечения с двусторонними фасками. Армирующие кольца выполнены за одно целое и из того же металла, что и фольга. Толщина армирующих колец больше, чем толщина фольги. Взрывающаяся фольга расположена на торце механически прочного диэлектрического цилиндра, поверхность которого повторяет сопряженную поверхность взрывающейся фольги. Конструкция устройства позволяет улучшить качество наносимого покрытия за счет создания квазиоднородного взрыва фольги. 4 ил.

 

Изобретение относится к оборудованию в области нанотехнологий для создания мелкодисперсных и наномасштабных металлических порошков, а также к нанесению металлических покрытий и может найти применение в машиностроительной, приборостроительной, радио- и электронной промышленности.

На сегодняшний день известны различные устройства для нанесения покрытия электрическим взрывом фольги, в частности №1482246 кл. C23C 14/32, опубл. 1995.02.09. В устройстве для нанесения покрытия электрическим взрывом фольги центральный электрод и межэлектродный изолятор расположены относительно кольцевого электрода на расстоянии h, выбираемом из выражения 0,1R<h<(R-r), где R и r - соответственно внутренний радиус кольцевого электрода и радиус центрального электрода. Благодаря этому снижается неравномерность распределения плотности тока и выделения энергии по радиусу фольги. Это, в свою очередь, способствует более равномерному разрушению фольги и однородности образующихся продуктов взрыва. Наличие сопла Лаваля способствует дальнейшему диспергированию и доиспарению жидкой фазы в пароплазменном потоке. На срезе сопла Лаваля установлен цилиндрический насадок, стенки которого перфорированы. Наличие перфорации способствует выравниванию профиля скоростей потока продуктов взрыва, улучшению равномерности их осаждения на подложке и увеличению площади равномерного по толщине покрытия.

Рассматриваемое устройство предназначено для улучшения качества покрытия за счет повышения равномерности распределения конденсата по поверхности подложки и увеличения площади наносимого покрытия. Недостатком является отсутствие надежного электрического контакта между центральным электродом и взрывающейся фольгой, что не обеспечивает должной стабильности возникновения и протекания электрического взрыва фольги и, в свою очередь, сказывается на однородности дисперсности металлического порошка и качестве покрытия. Также успешная работоспособность данного устройства возможна при малых геометрических размерах взрывающейся фольги.

Наиболее близким из известных технических решений является устройство для нанесения покрытий электрическим взрывом фольги, содержащее кольцевой и центральный коаксиальные высоковольтные электроды с изолятором между ними и направляющее сопло, центральный электрод выполнен в виде двух полых коаксиально расположенных цилиндров, причем внутренний цилиндр выполнен с возможностью осевого перемещения относительно внешнего цилиндра, а в полости внутреннего цилиндра соосно с ним расположен шток, на конце которого имеется металлический прижимной элемент цангового типа, имеющий в верхней части упругие элементы в виде лепестков, на конце внутреннего цилиндра имеется посадочное гнездо в виде конуса для размещения прижимного элемента цангового типа, при этом внешний диаметр внутреннего цилиндра равен диаметру отверстия, выполненного в фольге, в котором установлен внутренний цилиндр, причем лепестки прижимного элемента расположены над поверхностью фольги и при перемещении внутреннего цилиндра и штока вниз, диаметр прижимного элемента равен внешнему диаметру внешнего цилиндра в момент прижима лепестков к фольге. (Первый вариант патента РФ №2378414, кл. 6 C23C 14/32, опубл. 2010.01.10).

Рассматриваемое устройство предназначено для повышения производительности процесса напыления за счет создания надежного электрического контакта между центральным электродом и взрывающейся фольгой, но не обеспечивает условие формирования однородности взрыва фольги, т.е. однородного разрушения и диспергирования фольги, что отрицательным образом сказывается на процессе напыления и качества покрытия.

Техническим результатом изобретения является формирование квазиоднородного электрического взрыва кольцевой фольги за счет применения концентрически расположенных армирующих колец, одновременно играющих роль промежуточных кольцевых электродов, что приводит к повышению дисперсности металлического порошка и улучшению качества наносимого покрытия.

Поставленный технический результат достигается тем, что в предлагаемом устройстве для нанесения покрытий электрическим взрывом фольги, содержащем кольцевой и центральный коаксиальные высоковольтные электроды с изолятором между ними и направляющее сопло, взрывающуюся фольгу, расположенную на торце механически прочного диэлектрического цилиндра, взрывающаяся фольга выполнена в виде шайбы со сквозным отверстием в центре и с концентрически расположенными армирующими кольцами круглого либо прямоугольного поперечного сечения с двусторонними фасками, выполненными за одно целое и из того же металла, что и фольга, при этом толщина армирующих колец больше, чем толщина фольги, при этом поверхность механически прочного диэлектрического цилиндра повторяет сопряженную поверхность взрывающейся фольги.

Армирующие кольца предотвращают возникновение изгибных пластических деформаций взрывающейся кольцевой фольги, которые приводят к образованию неоднородностей поверхности и механических повреждений, что изначально способствует формированию квазиоднородного электрического взрыва.

Концентрическое расположение армирующих колец обеспечивает разбиение взрывающейся фольги в виде шайбы на концентрические кольцевые зоны, которые являются взрывающимися проводниками, т.е активными элементами электрического взрыва. Благодаря представленной геометрии осуществляется последовательное электрическое соединение кольцевых зон взрывающейся фольги, а армирующие кольца играют роль электродов, соединенных с кольцевыми зонами надежным электрическим контактом. Последовательное соединение одинаковых проводников с учетом их геометрических параметров обеспечивает условие равенства плотности разрядного тока и соответственно идентичности протекания физических процессов при электрическом взрыве проводников.

Армирующие кольца, выполненные за одно целое и из того же металла, что и взрывающаяся фольга, круглого либо прямоугольного поперечного сечения с двусторонними фасками позволяют создать условие формирования квазиоднородного электрического взрыва всей фольги. Применяя соответствующие масштабы высоковольтных электродов, армирующих колец и взрывающейся фольги, можно обеспечить малую разность диаметров соседних кольцевых зон взрывающейся фольги, что влечет за собой равенство по порядку плотности энергии электрического поля в фольге для каждой кольцевой зоны. Общее падение напряжения на соответствующих участках электрической цепи определяется алгебраической суммой напряжений участков. Округлость и наличие у высоковольтных электродов и армирующих колец фаски обеспечивает условие невозможности возникновения периферийных дуг электрического разряда непосредственно между электродами и армирующими кольцами, т.е. минуя взрывающуюся фольгу.

Установленный соосно диэлектрическому цилиндру центральный высоковольтный электрод обеспечивает надежный электрический контакт со взрывающейся фольгой. Торец диэлектрического цилиндра исполняет роль абсолютно жесткой стенки. Расположение врывающейся фольги на торце диэлектрического цилиндра, выполненного с профилем сопряженной поверхности взрывающейся фольги, обеспечивает условие создания самоприжатого разряда, при этом поток мелкодисперсных частиц, возникающих вследствие электрического взрыва, распространяется в одном направлении.

Таким образом, обеспечиваются условия формирования квазиоднородного взрыва, что приводит к повышению дисперсности металлического порошка и улучшению качества наносимого покрытия.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена конструкция устройства для нанесения покрытия электрическим взрывом фольги, на фиг.2 представлена изометрия взрывающейся фольги, выполненной в виде шайбы с армирующими кольцами круглого поперечного сечения, на фиг.3 представлен фрагмент (центральная и периферийная часть) конструкции устройства для нанесения покрытий электрическим взрывом фольги, выполненной с армирующими кольцами круглого поперечного сечения в разрезе, на фиг.4 представлен фрагмент (центральная и периферийная часть) конструкции устройства для нанесения покрытий электрическим взрывом фольги, выполненной с армирующими кольцами прямоугольного поперечного сечения, имеющих двухсторонние фаски.

Взрывающаяся фольга 1, выполненная с армирующими кольцами 2 круглого либо прямоугольного поперечного сечения с двусторонними фасками, располагается на торце механически прочного диэлектрического цилиндра 3. Профиль торца диэлектрического цилиндра 3 повторяет профиль сопряженной поверхности взрывающейся фольги 1. Центральный высоковольтный электрод 4 установлен в соосном отверстии диэлектрического цилиндра 3 и соединен с центральной частью взрывающейся фольги 1, образуя надежный электрический контакт. Кольцевой высоковольтный электрод 5 расположен соосно на боковой поверхности диэлектрического цилиндра 3, образуя надежный электрический контакт с периферийной частью взрывающейся фольги 1 посредством прижимного действия сопряженных поверхностей сопла 6 и кольцевого высоковольтного электрода 5. Диэлектрический цилиндр 3 является изолятором между центральным высоковольтным электродом 4 и кольцевым высоковольтным электродом 5.

Устройство работает следующим образом.

В качества источника высокого напряжения используется генератор импульсных токов конденсаторного типа. При подаче высокого напряжения на центральный высоковольтный электрод 4 и кольцевой высоковольтный электрод 5 возникает электрическое поле, силовые линии которого располагаются радиально. Соответственно, ток электрического разряда будет протекать радиально по взрывающейся фольге 1. В силу представленной геометрии кольцевые зоны взрывающейся фольги 1, находящиеся между армирующими кольцами, которые играют роль электродов, будут соединены последовательно. Таким образом, эквивалентная электрическая схема представляется как последовательное соединение электрических сопротивлений, на которое подается высокое напряжение. В силу симметричного распределения тока осуществляется квазиоднородный электрический взрыв фольги 1, что влечет за собой увеличение однородности мелкодисперсных и наноразмерных металлических порошков и повышение качества покрытия.

Устройство для нанесения покрытий электрическим взрывом фольги, содержащее кольцевой и центральный коаксиальные высоковольтные электроды с изолятором между ними, выполненным в виде механически прочного диэлектрического цилиндра с возможностью размещения на его торце взрывающейся фольги, и направляющее сопло, отличающееся тем, что взрывающаяся фольга выполнена в виде шайбы со сквозным отверстием в центре и с концентрически расположенными армирующими кольцами круглого или прямоугольного поперечного сечения с двусторонними фасками, выполненными за одно целое и из того же металла, что и фольга, при этом толщина армирующих колец больше, чем толщина фольги, а поверхность механически прочного диэлектрического цилиндра повторяет сопряженную поверхность взрывающейся фольги.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к оборудованию в области нанотехнологий для создания мелкодисперсных и наномасштабных металлических порошков, а также к нанесению металлических покрытий и может найти применение в машиностроительной, приборостроительной, радио- и электронной промышленности.

Изобретение относится к оборудованию в области нанотехнологий для создания мелкодисперсных и наномасштабных металлических порошков, а также к нанесению металлических покрытий и может найти применение в машиностроительной, приборостроительной, радио - и электронной промышленности.

Изобретение относится к получению на медных контактных поверхностях композиционного ламинатного молибден-медного покрытия. .

Изобретение относится к получению на медных контактных поверхностях псевдосплавных молибден-медных покрытий. .

Изобретение относится к способам формирования сверхтвердых аморфных углеродных покрытий в вакууме и может быть использовано для улучшения эксплуатационных характеристик различных видов инструментов, применяемых для металлообработки, деталей узлов трения, а также в качестве сигнального покрытия, используемого для анализа степени износа.
Изобретение относится к способу поверхностного упрочнения твердосплавного инструмента на основе карбида вольфрама. .
Изобретение относится к нанесению покрытий, а именно к способу металлизации детонационным напылением детали из полимерного материала, и может быть использовано для металлизации термопластов, в особенности инертных пластиков, таких как фторопласт, полиэтилен, полипропилен.

Изобретение относится к технике вакуумного нанесения ионно-плазменных покрытий, а именно к электродуговым испарителям, и может быть использовано в машиностроении для нанесения покрытий на протяженные изделия, например лопатки паровых турбин.
Изобретение относится к области упрочнения поверхности твердых сплавов концентрированными потоками энергии, а именно к способу поверхностного упрочнения твердых сплавов на основе карбида вольфрама.
Изобретение относится к области упрочнения поверхности твердых сплавов концентрированными потоками энергии, а именно к способу поверхностного упрочнения твердых сплавов на основе карбида вольфрама, которыми оснащают буровой и горно-режущий инструмент, а также используют при производстве штампов, прокатных валков, твердосплавных волок, аппаратов высокого давления.
Изобретение относится к способу введения защитной среды в биологически активный материал, который заключает во введение защитной среды в жидкую фазу при диспергировании биологически активного материала.
Изобретение относится к области электрохимической энергетики, а именно к приготовлению активной массы электрода с наноразмерными частицами NiO на углеродном носителе, используемого в химических источниках тока, в частности в никель-металл-гидридных аккумуляторах, а также в суперконденсаторах.

Изобретение относится к нанотехнологиям, электронике, приборостроению и может использоваться для работы с зондовым микроскопом. .

Изобретение относится к способам получения порошков фаз кислородно-октаэдрического типа, у которых подрешетка В представляет собой совокупность октаэдров ЭО6 (Э - катионы р- и d-элементов), соединенных между собой вершинами, а катионы подрешетки А заполняют различные по геометрии пустоты подрешетки В (например, фазы со структурой типа перовскита), и может быть использовано для изготовления функциональных пьезоэлектрических, диэлектрических и ферримагнитных и смешанных материалов, применяемых в полупроводниковой, пьезоэлектрической и радиоэлектронной технике.
Изобретение относится к области получения наноразмерных частиц серебра и может быть использовано в технологиях, связанных с применением ультрадисперсных порошков серебра.

Изобретение относится к медицине, биотехнологии и фармацевтической промышленности, а именно к высокодисперсным препаратам, содержащим биологически активные действующие вещества в твердой фазе.

Изобретение относится к биологически активному препарату, который содержит действующие вещества в жидкой фазе в эффективном количестве. .
Изобретение относится к электрохимическому синтезу соединений иттрия и может быть использовано для получения нанодисперсного чистого порошка гексаборида иттрия, обладающего развитой поверхностью, полупроводниковыми свойствами.

Изобретение относится к процессам получения нановолокон методом электроформования, в частности нановолокон с диаметром d=50-4500 нм из алифатических сополиамидов. .

Изобретение относится к способам формирования методом лазерного напыления нанопленок сложного металлооксидного соединения состава YВа2Сu3O7-х (YBCO) повышенной проводимости и может быть использовано при создании элементов наноэлектроники

Изобретение относится к оборудованию в области нанотехнологий для создания мелкодисперсных и наномасштабных металлических порошков, а также к нанесению металлических покрытий и может найти применение в машиностроительной, приборостроительной, радио- и электронной промышленности

Наверх