Жидкометаллический геркон и способ его изготовления

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ. СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических республик

gij983788 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву(22) Заявлено 021080 (2>) 2987341/24-07

)5g}М Ку 3

Н 01 Н 29/00

11/02 с присоединением заявки Мо(23) Приоритет—

Государственный комитет

СССР йо делам, нзобретеннй н открытнй. (53} УЙК б 21. 316..546.002.2 (088. 8) Опубликовано 23,12.82. Бюллетень йо47

Дата опубликования описания 2Ы232

В.-С.С. Зарецкас (72) Автор изобретения

{7() Заявитель (54) ЖИДКОМЕТАЛЛИЧЕСКИЙ ГЕРКОН И СПОСОБ

ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Изобретение относится к электротехнике, в частности к жидкометаллическим коммутационным аппаратам, и может быть использовано в аппаратах, предназначенных для работы в любых средах при сравнительно больших механических воздействиях и повышенной температуре.

Известен жидкометаллический геркон содержащий изоляционный баллон с подвижным и неподвижными контактны ми сердечниками, выполненными из ферромагнитного материала и смоченными жидким металлом, причем в баллоне геркона находится избыточное количество жидкого металла Г1 3.

Недостатками такого геркона являются громоздкость и ограниченное пространственное положение.

Наиболее близким по технической сущности является жидкометаллический геркон, содержащий изоляционный корпус по крайней мере с одной полостью, подвижные контактные электроды по числу полостей и неподвижные контактные электроды установленные во всех полостях, причем все контактные электроды смочены жидким металлом, каждый подвижный контактный электрод выполнен из ферромагнитного материала в виде тела вращения и установлен так, что находится в непрерывном контакте с бдним из неподвижных контактных электродов и в поочередном контакте с остальными контактными электродами (:2 3.

Недостатками известного устройства являются низкая чувствительность и низкая технологичность при изготовлении групповопэ геркона.

Целью изобретения является повышение чувствительности и технологичности при изготовлении группового геркона.

Поставленная цель достигается тем, что подвижные контактные электроды установлены с возможностью переката, .а неподвижные контактные электроды выполнены в виде плоскопараллельных пленок, расположены в нескольких плоскостях и утоплены в теле корпуса.

Известен также способ изготовления жидкометаллического контакта, предусматривающий смачиванне контактирующих частей жидким металлом. В данном способе поверхности контакт-дета лей сразу после очистки покрывают слоем металла, который способен растворяться в жидком металле (ртути), обеспечивая при этом смачивание жид--983788

35 ким металлом чистых поверхностей контакт-деталей C 3 7.

Недостаток данного способа в том, что он не учитывает специфических особенностей изготовления групповых миниатюрных жидкометаллических контактов.

Наиболее близким по технической сущности является способ изготовления жидкометаллического геркона, включающи в себя изготовление из изоляционного материала баллона геркона, размещение в нем.неподвижных и подвижных контактных электродов, смачивание всех контактных электродов жидким металлом и герметизацию геркона (4 7. 15

Недостатком известного способа является нетехнологичность изготовления группового геркона.

Целью изобретенйя является повышение технологичности изготовления 20 группового геркона.

Поставленная цель достигается тем, что баллон геркона изготавливают послойно из сырого (неэатвердевшего) изоляционного материала с припуском на усадку при затвердевании, причем неподвижные контактные электроды размещают между слоями сырого (незатвердевшего) изоляционного материала и вдавливают их в укаэанные слои материала, затем отверждают баллон, придают ему и неподвижным контактным электродам необходимые размеры, а баллону придают вакуумйую плотность путем химических и физических, преимущественно термических и механических, видов обработки баллона, герметизируют баллон и устанавливают необходимые зазоры между контактными электродами.

На фиг. 1 изображена двурядная конструкция группового переключающего жидкометаллического геркона, поперечный разрез; на фиг, 2 - фрагмент проекции устройства ro фиг. 1, показывающий топологию пленочных 45 токопроводников между диэлектрическими слоями и вариант загиба выводов; на фиг. 3 — поперечный разрез фрагмента полости геркона с подвижным контактным сердечником, перека- 50 тываемым вдоль слоев баллона и перпендикулярными к нему выводами; на фиг. 4 — фрагмент поперечного разреза полости геркона с подвижным контактным сердечником перека™ы а 55 емым с возможностью кругового возвратного перемещения; иа фиг. 5фрагмент горизонтальной проекции конструкции по фиг. 4, поперечный разрез.

Жидкометаллический геркон (фиг. 1 и 2) бодержит плоскослоистый многополостной баллон 1, состоящий в данном варианте из двух плоскослоистых частей 2 и 3, соединенных слоем гер- 65 метика 4. Полости 5 в баллоне 1 расположены поперек слоев баллона 1, причем длина полостей больше их поперечного размера. Каждая полость 5 выполнена в виде короткого трубчатого, например, круглого капилляра и содержит подвижную контакт-деталь б, выполненную в виде сердечника, например шарика из магнитного материала, установленного с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно, в данном случае немагнитных, неподвижных пленочных контактных электродов 7, 8 и 9, которые расположены на стенках полости 5 соответственно у торцовых и на боковой поверхностях полости 5.

Поверхности контактных элементов, находящиеся в полости 5, смочены жидким металлом 10, например амальгамированы по крайней мере в зоне возможного их взаимного соприкосновения, а сама полость 5 заполнена инертной или восстановительной газовой или газожидкостной средой, например аргоно-водородно-гексановой смесью. Подвижный контактный электрод б находится в постоянном контакте с контактными электродами 7и 8.

Удержание контактного электрода б в принятом состоянии обеспечено за счет сил сцепления с контактными электродами, жидкого металла и его поверхностного натяжения. Контактные электроды 7, 8 и 9 соединены соответственно с пленочными, в дан ном случае немагнитными, токопроводниками 11 — 13, которые расположены послойно плоскопараллельно на нескольких уровнях в теле баллона 1 геркона и выходят на торцовые поверхности баллона 1 геркона в виде площадок, к которым подсоединены гибкие, в данном случае фольговые, выводы 14 — 1б соответственно.

На фиг. 2 показано, что баллон 1 геркона может содержать дополнительные полости, либо отверстия (окна)

17 - 19 например, для размещения или крепления в них средств магнитомеханического или электромагнитного дистанционного управления положениями контактных электродов в полостях

5 геркона или для других целей, например облегчения совмещения деталей при сборке геркона.

Возможны и другие варианты выполнения предложенного группового жидкометаллического геркона. Например, многополостной плоскослоистой баллон

1 может состоять иэ одной плоскослоистой части 20 (фиг. 3) и закрывающих полости 5 пленочных контактных электродов 9, которые могут быть расположены на общей диэлектрической пластине (слое ) 21 и, в данном случае, соединены с плоскослоистой частью 20 баллона 1 геркона через слой

983788 герметика 4 (полимера, либо легкоплавкого стекла, аналогично предыдущему варианту геркона (фиг. 1 и 2), с той лишь разницей, что в данном случае пластина 21 с контактным электродом 9 от плоскослоистой части

3 (фиг. 1) отличается тем, что она не содержит слоев с участками полостей 5.

В данном случае целесообразно контактные площадки токопроводников

11 — 13 и выводы 14 — 16 распологать перпендикулярно слоям баллона 1. Полости 5 в данном случае выполнены с длиной поперек слоев баллона меньше длины их поперечного размера. Контакт в данном варианте "мостиковый" линейный в отличие от "точечного" контакта предыдущей конструкций (фиг. 1 и.2) .

Вариант геркона (фиг. 4 и 5) имеет полость 5 с неподвижными контактными электродами 7 — 9, расположенными в два ряда на ее стенке и контактный электрод б, выполненный из двух сваренных шариков, установленный с возможностью возвратного кругового переката по боковой стенке полости и попеременного замыкания с, контактными электродами 9, 7 и 8.

Жидкометаллический групповой геркон работает следующим образом.

При управляющем . воздействии на подвижные контактные электроды 6, например внешним магнитным полем (не показано), они смещаются s полостях 5 до упора в одну из торцовых стенок полостей и, соприкасаясь со смоченными жидким металлом неподвижными контактными электродами

7 либо 8, осуществляется электрическое переключение жидкометаллических контактов. При подводе, например, к стенке полости 5 (фиг. 1 слева) магнита или электромагнита с тыльной стороны контактного электрода 7 при наличии раствора (зазора) между ним и контактным электродом 6, последний притягивается ими, когда сила магнитного притяжения становится больше силы удержания контактного электрода б в исходном состоянии, он отрывается от неподвижного контактного электрода 8 и, перекатываясь, входит в контактирование с контактным электродом 7.

При этом мостик жидкого металла между контактными электродами б и

8 растягивается до состояния спонтанного распада и разрывается мгновенно, обеспечивая этим скачкообразный переход контактного электрода 6 в новое устойчивое состояние, а процесс образования удерживающего мос= тика между контактными электродами б и 7 способствует гашению дребезгов в контакте (отскоков).

Обратное переключение контактдетали 6 жидкометаллического геркона в первоначальное исходное cîстояние в полости 5 производится аналогично, но воздействие на нее внешним магнитным полем в этом случае производится с тыльной стороны контактного элемента 8.

Предложенный способ изготовления жидкометаллического геркона представляет широкие воэможности унифицированного изготовления групповых жидкометаллических герконов различной конструкции как отдельными единицами, так и блоками в виде больших интегральных коммутационных микросхем, причем одновременно позволяет выполнять необходимую разводку .между контакт-деталями и группами контактов геркона.

Предложенный способ иллюстрируется следующим примером.

При изготовлении жидкометаллического геркона из керамической пасты, например, из сырого материала марки

22ХС, пластифицированного терпиниолом, отливают методом полива с последующей подсушкой пластифицированную пленку в соответствии с толщиной, заданной для единичного слоя баллона геркона, с учетом припуска на усадку при последующих обработках этого пленочного слоя. Из этой пленки вырубают изготовки технологически удобной формы для точного их совмещения при их расположении на предметных столиках средств обработки, например квадрата с технологическими отверстиями для фиксаторов (штифтов J находящихся иа предметных столах оснастки.

Изготовки могут быть рассчитаны на одновременное изготовление до нескольких десятков единиц заготовок того же слоя для различных (отдельных ) баллонов герконов. 3атем наносят на них с одной стороны методом сеткографии из металлической пасты, например из порошков молибдена, вольфрама и других тугоплавких металлов с легирующими добавками и;органической связующей жидкостью, толстопленочные заготовки токопроводников в соответствии с заданной топологией и их подсушивают.

При необходимости аналогично обрабатывают другую сторону заготовки.

После этого осуществляют терморихтовку путем плоскопараллельного двустороннего сжатия изготовки с кратковременным поверхностным подогревом, причем утопляют заготовки токопроводников в слой сырой диэлектрической иэготовки. Затем в изго" товке выполняют, например вырубают, технологические отверстия.в т.ч. группы отверстий для будущих участков полостей 5 (фиг. 1) геркона

983788 8 но в среде инертно-восстановительного

I0

Формула изобретения

46

65 (с учетом припуска на усадку), после чего наносят и подсушивают заготовку токопроводника для контактного электрода 9, предусмотренного расположить На боковой стенке полости 5 баллона геркона. Лналогично выполняют иэготовки для других слоев баллона геркона.

Затем две изготовки смежных слоев накладывают друг на друга, совмещают их (особенно участки полостей 5 ) посредством фиксаторов, входящих в технологические отверстия, и их замоноличивают путем двустороннего плоскопараллельного сжатия и объемного нагрева с необходимой выдержкой заготовки пакета изготовок в таком состоянии. При необходимости на одну из них можно нанести слой разведенной керамической массы для облегчения процесса моноличивания. Лналогично мон элитят заготовку пакета с другими послойными смежными иэготовками баллона геркона. Затем от пакета изготовок отделяют, например вырезают, с учетом припуска на усадку, индивидуальные заготовки баллона геркона, которые подвергают термической и химической обработке путем последовательного обжига заготовок в формиргазе и сухом водороде при 1500ОС в течение

18 ч. и этим придают им необходимые размеры, вакуумную плотность и электропроводность.

При необходимости габаритные и другие размеры доводят механической обработкой (шлифовкой), а топологию проводников — дополнительной намазкой их пастой с повторым их обжигом.

Затем производят нараь(ивание толщины токопроводникон и обеспечивают взаимодействие нанесения слоев между собой и с жидким металлом, например путем химического и электрохимического осаждения госледовательно несколько слоев или сплавов на основе таких металлов как никель, никельвольфрам, медь, олово, индий, серебро, натрий, цезий, галлий, ртуть и др., преимущественно из групп

1, If !ПЬ, 1УЛ и УШ периодической системы, причем качеЧтво взаимодействия (стабилизацию. сцепления) между собой твердых и жидких слоев обеспечивают эа счет их частичной взаимодиффузии и образования интерметаллических соединений, преимущественно посредством термических обработок в диапазоне температур 2001200О С

Обеспечение взаимодействия твердых металлических слоев с жидким металлом производят, как правило, при избыточном количестве жидкого металла (под его слоем) при температуре от комнатной до 500 С и в контролируемой атмосфере, преимущественгазового рабочего заполнения жидкометаллического геркона. Допускается применение при этом также слоя защитной жидкости. Дозировку количества жидкого металла н пленке на контактных электродах для правильного функционирования контактов геркона проводят в среде рабочего заполнения геркона, например, в смеси аргона, водорода и гексана, преимущественно механическим удалением (нстряхиванием), термическим (ныпариванием) и электрохимическим метоДома

Затем производят сборку жидкометаллического геркона, для чего подвижные контактные электроды б укладывают в участки полостей 5 на одной из деталей баллона, накладывают другую деталь баллона, совмещают участки полостей 5 на деталях баллона и производят соединение их герметиком легкоплавким стеклом или полимером, преимущественно на кремнеорганической основе. Подсоединение выводов к баллону выполняется на любом технологическом этапе.

Предлагаемый жидкометаллический геркон и способ его изготовления позволяет повысить технологичность изготовления, обеспечить многофункциональность работы и повысить чувствительность.

1. еидкометаллический геркон, содержащий изоляционный баллон по крайней мере с одной полостью, подвижные контактные электроды по числу полостей и неподвижные контактные электроды, установленные во всех полостях, причем все контактные электроды смочены жидким металлом, каждый подвижный контактный электрод выполнен из ферромагнитного материала в виде тела вращения и установлен так, что находится в непрерывном контакте с одним из неподвижных контактных электродов и в поочередном контакте с остальными неподвижными контактными электродами, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения чувствительности и повышения технологичности при изготовлении группового геркона, подвижные контактные электроды установлены с воэможностью переката, а неподвижные контактные электроды выполнены в виде плоскопараллельных пленок, расположены в нескольких плоскостях и утоплены в теле корпуса.

2. Способ изготовления жидкометаллического геркона, включающий в себя изготовление из изоляционного материала баллона геркона, размеще983788

f

/ 32 Р 1g // ние в нем неподвижных и подвижных контактных электродов, смачивание . контактных электродов жидким металлом и герметизацию геркона, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения технологичности из« готовления группового геркона, баллон геркона изготавливают послойно из сырого (незатвердевшего ) изоляционного материала с припуском на усадку при затвердевании, причем контактные электроды размещают между слоями сырого. (незатвердевшего ) изоляционного материала и вдавливают их в укаэанные слои материала, затем отверждают баллон и придают ему и неподвижным контактным электродам необходимые размеры, а баллону придают вакуумную плотность путем химических и физических, преимущественно термических и механических, видов обработки баллона, герметизируют баллон и, устанавливают необходиьие .

5 зазоры между контактными электродами.

Источники информации, принятые во.внимание при экспертизе

1. Диковский И.Я. и Капралов И.И.

Магннтоуправляеьые, контакты. М., "Энергия", 1970, рис. 6-11.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 561228, кл. Н 01 Н 1/66, 1977.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 279804, кл. Н,01 Н 11/02, 1969, 4. Диковский М.Я. и Капралов И.И.

Магнитоуправляеьые контакты. М., "Энергия", 1970, с. 113.

983788 фиг. 4

Составитель В. Чичерюкин

Редактор Ar. Шандор Техред О.Неце КорректорН. Буряк

Эаказ 9937/б3 Тираж 761 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4