Способ изготовления пленочных электретов и устройство для его осуществления Советский патент 1987 года по МПК H01G9/00 

-ftt

г

tif f f fC j y j СЕ СЗ Я S3CS2Si

Jj j niVyfyfJ77 К/Х-//ЛГД

t

muz.i 2. Устройство для изготовления пленочных электретов, содержащее за земленный электрод, выполненный в виде подложки, установленной с возможностью перемещения, на поверхности которой размещены диэлектрические пленки, регулируемый высоковольтный источник переменного напряжения, первый регулируемый низковольтный источник постоянного напряжения, коронирующий электрод с экраном, соединенным с общей шиной, о т личающееся тем, что, с целью повышения скорости зарядки, улучшения стабильности поверхностной плотности заряда, упрощения технологического процесса, ово- снабже5но 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 включенньш 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.

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.

1

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 охлаждаю 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 лишь через несколько месяцев, при этом имеет место значительный разброс плотности заряда у разных образцов пленочных электретов, а средняя величина стабильной плотности заряда не превьш1ает к/см .

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

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

превышает 10 В/см, то непосредственно после поляризации преобладает гетерозаряд. При большей напряженности поляризующего поля преобладает гомозаряд. Низкая стабильйость,

значительный разброс и низкая величина стабильной плотности заряда пленочных электретов связаны с низкой стабильностью гетерозаряда, а также с недостаточной стабильностью

гомозаряда, если плотность последнего 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 заземленный электрод, на котором размещены диэлектрические пленки, и электрод для поляризации, присоеди- , ненный к высоковольтному источнику постоянного тока.

Недостатками такого устройства являются низкая производительность, низкая стабильность, значительный разброс плотности зарядов полученных даэлектрических пленок. Наиболее близким по технической сущности является способ изготовления пленочных элeктpeтqв, включаю-: щий электризацию в коронном разряде металлизированной диэлектрической пленки. Для реализации этого способа используется устройство для изготовления пленочных электретов, содержащее заземленный электрод, вьтолнен ный в виде подложки, установленной с возможностью перемещегшя, на поверхности которой размещены диэлектрические пленки, регулируемый высоковольтный источник переменного напряжения, регулируемый низковольтный источник постоянного напряжения, коронирующий электрод с экраном, соеда ненным 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 даэлёктрической пленки. Уменьшение же густоты сетки ухудшает точность зарядки, так как уменьшается управляющее действие сетки. Плёночные электреты, полученные известным способом, обладают низкой стабильнрстью поверхностной плотности заряда, поскольку диэлектрические пленки дтштельно подвергаются воздей ствию коронного разряда: сначала в приспособлении нейтрализации на них воздействует переменный коронный раз ряд, .затем в приспособлении для стабилизации они подвергаются воздействию постоянного коронного разряда. Длительное воздействие коронного раз ряда приводит к образованию мелких ловушек юсителей заряда вблизи заряжаемой поверхности пленки, что ; ухудшает стабильность поверхностной плотности заряда. Недостатком извест ного способа является также его слож .ность (технологический П15оцесс нанесения стабильной поверхностной илот нос-пи заряда на неметаплизированйую поверхность да1электрической пленки включает три операции: нейтрализация стабилизация и контроль), что сни жает производительность устройства и усложняет его конструкцию. Недостатками известного устройства для изготовления пленочных электретов также является его сложность. iобусловленная наличием дополнитель ных узлов - узла нейтрализации диi электрических пленок и узла контроля стабильной плотности зарядов, низкая производительность и низкая стабильность поверхностной плотнос|ти заряда электретов. Цель изобретения - повыщение скорости зарядки диэлектрических пленок, увеличение стабильности поверхностной плотности заряда, упрощение технологического процесса. ( Цель достигается тем, что в спо-собе 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 плено.чных электретов, осуществляющее данный способ , содержащее заземленный электрод, выполненный s виде подложки, установленной с возможностью перемещения, на поверхности которой размещены дщэлектрические пленки, регулируемый высоковольтный источник переменного напряжения, первый регу лируе Ф1й низковольтный Источник постоянного напряжения, корОнирующий электрод с , соединенным с общей шиной, 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 вклюгченные регулируемый высоковольтный источник переменного напряжения, регулируемый низкоэольтш ,„„„„ . „ постоянного напряжения и нуль-орган постоянного тока, а 1 а}шбровочный электрод сое7|;инен с -общей точкой через второй регулируемый низковольтный источник постоянного напряжения. На . 1 изображена функциональ- иая схема устройства для изготовления пленочных электретов; на фиг.2 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 диэлектрические пленки, например,, в виде мембран 2.

Электрод 1 содержит изолированнь1й от него калибровочный электрод

3, расположенный напротив электризатора 4 и соединенш 1й с общей ши- ной посредством контакта 5 и пружиня- t5 с щего 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. Электризатор 4 включаетв себя крронирующий электрод Пи экран 12, соединенный с общей шиной В зависимости от конкретной области применения электретов и ряда других условий коронирующий электрод может быть выполнен в виде иглы, набора игл, лезвия, или тонкой проволоки , а электрод I может быть установлен с Возможностью вращения, или поступательного движения, или неподвижным и т.д. Электризатор 4 может быть установлен неподвижным или с возможностью вращения, или с возможностью прямого и обратного поступательного движения и т.д. Благодаря тому, что коронирующий электрод соединен с общей точкой через последовательно вклйченнь1е высоковольтный источник 8 переменного напряжения, первый низковольтный источник 9 постоянного напряжения и нуль-орган iO, а также благодаря наличию изолированного от общей точки калибровочного электрода 3, соеданен ного 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

течение 24

месяцев уменьшается на 15-30%).

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

3,изолированный от заземленного электрода I, напротив электризатора

4,при этом контакт 5 соединяется 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 электризатора, при этом даэлектрические пленки заряжаются до потенциала, равного напряжению второго регулируемого низковольтного источника 7 постоянного напряжения. 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 коронирзтощего электрода Ю мм, амплитуду переменного напряжения устанавливают в пределах 5-8 кВ, Оптимальная частота переменного напряжения составляет около 10 Гц, что обусловлено двумя причинами: среднее время пролета иона от коронируюшего электрода до поверхности пленки около 0,01 с, что ограшмивает применение более высокочастотной короны; плотность поверхностного заряда, осажденного на диэлектрическую пленку за один йолупериод. Должна быть на одиндва порядка меньше заданной. Это необходимо для получения высокой однородности поверхностного потенциала при уменьшенном времени зарядки. С этой точки зрения частота переменной кор&ны должна быть как можно выше.

Применение несимметричного переменного напряжения для питания коронирукицего электрода позволяет совместит) три операции: нейтрализацию диэлектрических пленок, нанесение 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 15-30%;

Устройство для изготовления пленочных электретов работает следующим образом, С помощью электродвигателя перемещения заземленного электрода I (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 переменного напряжения и регулируемого низковольтного источника 9 пос- тоянного напряжения устанавливают минимальный по абсолютной величине постоянный ток через нуль-орган 10.

При перемещении заземпенного электрода 1 с установленными на нем диэлектрическими пленками (мембрана- вI 2), последние проходят под электризатором 4 и заряжаются до потенциала, равного напряжению второго регулируемоГо низковольтного источника 7 напряжения.

Пример 1. На дисковые мембрань из пленки 4-МБ2, металлизированной с одной стороны, толщиной 10 мкм и диаметром 20 мм нанесена стабильная плотность заряда 1,8-10 Кл/м в течение 0,5 с. Минимальный ток, регистрируемый нульорганом при прохождении калибровочного электрода под электризатором, составляет около 2«10 А. В качестве коронирующёго электрода используется стальная игла, установленная на расстоянии 10 мм от поверхности диэлектрических пленок.

Частота несимметричного коронного разряда составляет 800 Гц. АнаOлогичш 1е мембраны другой партии заряжень до той же плотности заряда известным способом. Результаты приведе1ны в таблице.

Пример 2. На дисковые мемб5раны из пленки Ф-4-МБ2, металлизированные, с одной стороны, толщиной 10 мкм и дааметром И мм, нанесена стабильная плотность заряда 3,710 Кл/м в течение 0,3 с. Мини0мальный ток, регистрируемый нульорганом при прохождении калибровочного электрода под электризатором, составляет около А. Коронирующий электрод и источник питания

5 те же, что и в примере 1.

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

0

Пример 3..Прямоугольньш мембраны из пленки Ф-4 мм и толщиной 10 мкм, металлизированные с одной стороны, заряжены до стабильной плотности заряда - 5,2 10 Кл/м

5 в течение 0,2 с. Минимальный ток, регистрируемый нуль-органом при прохождений калибровочного электрода под электризатором, составляет около 0,540 А.Крронирующий элект0род и источники питаний те же, что ив примере 1. Аналогичные мембраны другой партии заряжены до той же плотности заряда известным способом. Результаты приведены в таблице.

5

Как виднс из данных таблицы предлагае1 Ф.1й способ и устройство позволяют получать электреты более вы- сокого качества при повьапенной произ0водительности . -1,8 10 -1,8-10 -3,7-10 -3,7-10 Прямоуголь-5,2 -10 -5,2-10 ные 5 7 мм

6М

15-10

ft 8 П 16 20 Ztt 1,710 3,4.10

Месяцы

фиг. г 1,5-10 3.0-10 3,710 4, 1 -10