СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИОНИСТОРА Российский патент 1997 года по МПК H01G9/00 H01G9/04 

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано в производстве ионисторов конденсаторов постоянной емкости с двойным электрическим слоем.

Известные конденсаторы с двойным электрическим слоем содержат по меньшей мере пару электродов из электронных проводников, характеризующихся высоким отношением истинной поверхности к геометрическому объему, разделенных пористым инертным сепаратором и пропитанных электролитом.

Известен способ изготовления ионистора, согласно которому для снижения сопротивления электродов порошок активированного угля смачивают электролитом (25% -ный раствор серной кислоты) и добавляют избыток воды. Полученную массу затем выдавливают шприцем в полость, где формуется электрод. Избыток жидкости удаляется испарением в вакуумной камере при температуре 80^oC [1]
Недостаток известного способа состоит в низкой механической прочности электродов, что в процессе сборки приводит к возникновению трещин, снижая надежность конденсаторов.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому по технической сущности и достигаемому эффекту и принятым авторами в качестве прототипа является способ изготовления ионистора, включающий изготовление корпуса и крышки, формирование электродов путем плазменного напыления алюминия на ткань из активированного углеродного волокна и вырубку, последующую приварку электродов к корпусу и крышке, формование инертного сепаратора и сборку [2]
Электроды ионисторов, изготовленные этим способом обладают большой площадью поверхности на единицу массы, высокой механической прочностью, однако содержат большое количество загрязнений, оставшихся после активационной обработки ткани из углеродного волокна, а также адсорбированных в процессе хранения и транспортировки. Эти загрязнения увеличивают ток утечки ионисторов и уменьшают пробивное напряжение.

Изобретение направлено на решение задачи создания ионисторов, лишенных недостатков ионисторов, изготовленных способом-прототипом, а именно с низкими токами утечки и более высоким пробивным напряжением.

Этот технический результат достигается за счет удаления при высокотемпературном отжиге загрязнений, оставшихся после активационной обработки углеродной ткани и адсорбированных в процессе ее хранения и транспортировки, а также загрязнений, адсорбированных в процессе вырубки и приварки электродов.

Для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата в способе изготовления ионистора, включающем изготовление корпуса и крышки, формирование электродов путем плазменного напыления металлического слоя на ткань из активированного углеродного волокна и вырубку, последующую приварку электродов к корпусу и крышке, формование инертного сепаратора и сборку, ткань из активированного углеродного волокна в процессе изготовления электродов перед плазменным напылением отжигают в вакууме при температуре 700-1050^oC в течение 1300-4200 секунд, а корпус и крышку с приваренными электродами перед сборкой подвергают вакуумному отжигу при температуре 250-600^oC в течение 1800-4200 секунд.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что предлагаемый способ отличается наличием двух новых операций: вакуумного отжига активированной углеродной ткани при температуре 700-1050^oC в течение 1300-4200 секунд, и вакуумного отжига при температуре 250- 600^oC в течение 1800-4200 секунд.

Анализ научно-технической литературы и описаний патентных документов показывает, что в настоящее время неизвестен способ изготовления ионистора, идентичный заявляемому, что позволяет считать предлагаемый способ отвечающим критерию "новизна".

Соответствия критерию "изобретательский уровень" подтверждается тем, что только использование совокупности признаков заявляемого способа обеспечивает получение нового технического результата уменьшение на порядок токов утечки и увеличение на 20% пробивного напряжения ионисторов.

Только введение в технологию сочетания двух высокотемпературных отжигов активированной углеродной ткани и корпусов и крышек с приваренными электродами позволяет уменьшить количество микропор активированной углеродной ткани, имеющих большую постоянную времени RC зарядки и не дающих вклада в величину емкости ионистора, которые наиболее активно адсорбируют примеси.

Для доказательства промышленной применимости заявляемого способа рассмотрим его реализацию на примере технологии изготовления ионисторов типа К58-4 с номиналом 2,5 В•1,5 Ф и диаметром корпуса 18,5 мм.

Эта технология включает следующие основные операции:
изготовление корпусов и крышек;
отжиг в вакууме ткани из материала угольного абсорбционноактивного АУЛ ТУ 6-16-28-1456-91 при температуре 700-1050^oC в течение 1300 4200 секунд;
плазменное напыление металлического слоя, например, алюминия;
вырубка электродов;
приварка электродов точечной сваркой к корпусам и крышкам;
вырубка сепараторов из полипропилена ТУ 6-13-0020956-8-88 и последующая сушка;
отжиг в вакууме корпусов и крышек с приваренными электродами при температуре 250-600^oC в течение 1800-4200 секунд;
заливка электролитом;
сборка;
вакуумная пропитка;
калибровка;
завальцовка;
промывка;
разбраковка по электрическим параметрам.

Остановимся подробнее на операции отжига в вакууме ткани из активированного углеродного волокна в процессе изготовления электродов. Материал в контейнере загружают в камеру электропечи, которую откачивают до давления не более 1•10^-3 мм рт.ст.

Отжиг производят по следующему режиму: время подъема температуры 2400-3000 секунд; время выдержки 1300-4200 секунд; температура на выдержке 700-1050^oC.

Отжиг корпусов и крышек с приваренными электродами перед сборкой осуществляется следующим образом.

Контейнеры с корпусами и крышками в поддонах загружаются в рабочую камеру печи, которую откачивают до давления не более 1•10^-3 мм рт.ст. Отжиг деталей производят по следующему режиму: время подъема температуры 3600-5400 секунд; время выдержки 1800-4200 секунд; температура на выдержке 250-600^oC.

Охлаждение ведется при остаточном давлении не более 1•10^-3 мм рт.ст. до температуры окружающей среды.

Изготовленные в соответствии с заявляемым способом ионисторы были поставлены на испытания: точки утечки не превышали 1 мкА; рабочее напряжение - 2,5 В.

Таким образом, по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями заявляемый способ позволяет снизить на порядок токи утечки с 10 мкА до 1 мкА и увеличить рабочее напряжение с 2,0 до 2,5 В.

Использование: в производстве ионисторов-конденсаторов постоянной емкости с двойным электрическим слоем. Сущность изобретения: способ изготовления ионистора, включает изготовление корпуса и крышки, формирование электродов путем плазменного напыления металлического слоя на ткань из активированного углеродного волокна и вырубку, последующую приварку электродов к корпусу и крышке, формование инертного сепаратора и сборку. Ткань из активированного углеродного волокна в процессе изготовления электродов перед плазменным напылением отжигают в вакууме при температуре 700-1050^oC в течение 1300-4200 секунд, а корпус с крышкой с приваренными электродами подвергают вакуумному отжигу при температуре 250-600^oC в течение 1800-4200 секунд. Способ позволяет снизить ток утечки и повысить величину пробивного напряжения.

Способ изготовления ионистора, включающий изготовление корпуса и крышки, формирование электродов путем плазменного напыления металлического слоя на ткань из активированного углеродного волокна и вырубку, последующую приварку электродов к корпусу и крышке, формование инертного сепаратора и сборку, отличающийся тем, что ткань из активированного углеродного волокна в процессе изготовления электродов перед плазменным напылением отжигают в вакууме при 700 1050^oС в течение 1300 4200 с, а корпус и крышку с приваренными электродами подвергают вакуумному отжигу при 250 600^oС в течение 1800 - 4200 с.