Жидкометаллический геркон и способ его изготовления Советский патент 1982 года по МПК H01H29/00 H01H11/02 

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

Известен жидкометаллический геркон содержащий изоляционный баллон с подвижным и неподвижными контактны- ми сердечниками, выполненными из ферромагнитного материала и с ючен- . ными жидким металлом, причем в баллоне геркона находится избыточной количество жидкого металла t1J.

Недостатками такого геркона являются громоздкость и ограниченное пространственное положение.

Наиболее близким по технической сущности является жидкометаллический геркон, содержащий изоляционный корпус по крайней мере с одноя полостью, подвижные контактные электроды по числу полостей и неподвияные контактные электродн установленные во всех полостях, причем все контактные электроды смочены жидким металлом, каждый подвижный контактный электрод выполнен из ферромагиятного 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 контактными электродами С 2 .

Недостатками известного устройства являются низкая чувствительность и низкая технологичность при изготов10лении группового геркона.

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

15

Поставленная цель достигается тем, что подвижные контактные электроды установлены с возможностью переката, а неподвижные контактные электроды выполнены в виде плоскопараллельных

20 пленок, расположены в нескольких плоскостях .и утоплены в теле корпуса.

Известен также способ изготовления хсидкометаллического контакта, предусматривающий смачивание контактиру25 квдих частей жидким металлом. В данном способе поверхности контакт-дёта лей сразу после очистки покрывают слоем метсшла, который способен растворяться в жидком металле (ртути), 30 обеспечивая при зтом смачивание жид -КИМ металлом чистых поверхностей контакт-деталей 3L

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, включающий, 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 .

Недостатком известного способа является нетехно-логичность изготовления группового геркона.

Целью изобретения является повышение технологичности изготовления группового геркона.

Поставленная цель достигается тем, что баллон геркона изготавливают послойно из сырого (незатвердешего) изоляционного материала с припуском на усадку при затвердевании, причем неподвижные контактные электроды размещают между слоями сырого (незатвердевшего) изоляционного материала и вдавливают их в указанные слои материала, затем отверждают баллон, придают ему и неподвижным контактным электродам необходиг ые 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 жидкометалличвского геркона/ поперечный разрез; на фиг. 2 - фрагмент проекции устройства по фиг. 1, показывающий топологию пленочных токопроводников между диэлектрическими слоями и вариант загиба выводов j на фиг. 3 - поперечный разрез фрагмента полости геркона с подвижным контактным сердечником, перекатываемым вдоль слоев баллона и перпендикулярными к нему выводами у на фиг. 4 - фрагмент поперечного разреза полости геркона с подвижным контактным сердечником, перека,тываемым с возможностью кругового возвратного перемещения; на фиг. 5 фрагмент горизонтальной проекции конструкции по фиг. 4, поперечный разрез.

Жидкометаллический геркон (фиг. к 2) Содержит плоскослоистый многополостной баллон 1, состоящий в данном варианте из двух плоскослоистых частей 2 и 3, соединенных слоем герметика 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 капилля1р а и содержит подвижную контакт-деталь 6, 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 6 находится в -постоянном контакте с контактными электродами 7 и 8 . Удержани е 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 данном случае немагнитными, токопроводниками 11 - 13, которые расположены послойно плоскопараллельно на несколких 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 - 16 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 жидкомет аллического геркона. Например, МНОГОПОЛОСТНОЙ плоскослоистой баллон 1 может состоять из 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

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 6, 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 следуквдим образом.

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

7либо 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 6 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 6 и

8растягивается до состояния спонтанного распада и разрывается мгновенно, обеспечивая этим скачкообразный переход контактного электрода 6 в новое устойчивое состояние, а процесс образования удерживающего мое- тика между контактными электродами

б и 7 способствует гашению дребезгов в контакте (отскоков),

Обратное переключение контактдетали 6 жидкометсшлического геркона в первоначальное исходное состояние 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 возможности унифициро0ванного изготовления групповых жидкометаллических герконов различной конструкции как отдельными единицами, так и блоками в виде болы1ШХ интегральных коммутационных микро5схем, причем одновременно позволяет выполнять необходимую разводку .между контакт-деталями и группами контактов геркона.

Предложенный способ иллюстрирует0ся следующим примером.

При изготовлении жидкометаллического геркона из керамической пасты, например из сырого материала марки 22ХС, пластифицированного терпини5олом, отливс1ют методом полива с последующей подсушкой пластифицированную пленку в соответствии с толщиной, заданной для единичного слоя баллона геркона, с учетом припуска

0 на усадку при последующих обработках этого пленочного слоя. Из этой пленки вырубают изготовки технологически удобной форьи для точного их совмещения при их расположении

5 на предметных столиках средств обработки, например квадрата с технологическими отверстиями для фиксаторов ( штифтов )f находящихся на предметных столах оснастки.

Изготовки могут быть рассчитаны

0 на одновременное изготовление до нескольких десятков единиц заготовок того же слоя для различных (отдельных баллонов герконов. Затем наносят на них с одной стороны

5 методом сеткографии из металлической пасты, например из порсяаков молибдена, вольфрама и других тугоплавких металлов с легирующими добавками неорганической связующей

0 жидкостью, толстопленочные заготовки токопроводников в соответствии с заданной топологией и их подсушивают. При необходимости аналогично обрабатывают другую сторону заготовки.

5

После этого осуществляют терг-юрихтовку путем плоскопараллельного двустороннего сжатия изготовки с кратковре менным поверхностным подогревом, причем утопляют заготовки

0 токопроводников в слой сырой диэлектрической изготовки. Затем в изго- товке выполняют, например вырубают, технологические отверстия-в т.ч. группы отверстий для будущих участков полостей 5 (фиг. 1) геркона .

5

(с учетом припуска на усадку), после чего наносят и подсушивак5т заготовку токопроводника для контактного электрода 9, предусмотренного расположить На боковой стенке полости 5 баллона геркона. Аналогично выполн 1ют изготовки для других слоев баллона геркона.

Затем две изготовки смежных слоев накладывают друг на друга, совмещают их особенно участки полостей 5) посредством фиксаторов, вхоДЯЦ1ИХ 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. Аналогично монолитят заготовку пакета с другими послойными смежными изготовками 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 1500°С 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 нара14ивание толщин токопроводников и обеспечивают взаимюдействие нанесения слоев между собой и с жидким металлом, например путем химического и электрохимического осаждения последовательно 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, II, 1ЯА, 1УА и УШ периодической системы, причем качество взаимодействия (.стабилизацию, сцепления) между собой твердых и жидких слоев обеспечивают за счет их частичной взаимодиффузии и образования интерметаплических соединений, преимущественно посредством термических обработок в диапазоне температур 2001200°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 и в контролируемой атмосфере, преимущественно в среде инертно-восстановительног газового рабочего заполнения жидкометаллического геркона. Допускается применение при этом также слоя защитной жидкости. Дозировку количества жидкого металла в пленке на контактных электродах для правильного функционирования контактов гер кона проводят в среде рабочего заполнения геркона, например, в смеси аргона, водорода и гексана, преимущественно механическим удалением (встряхиванием), термическим (выпариванием) и электрохимическим методом.

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.

Формула изобретения

1.Жидкометаллический 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, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и повышения технологичности при изготовлении- группового геркона, 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.

2.Способ изготовления жидкометаллическрго геркона, включаняций

в себя изготовление из изоляционного материала баллона геркона, размещение в нем неподвижных и подвижных контактных электродов, смачивание контактных электродов жидким металлом и герметизацию геркона, отличающийся тем, что, с целью повышения технологичности изготовления группового геркона, баллон геркона изготавливаютпослойно из сырого {незатвердевшего ) изоляционного материала с припуском на усадку при затвердевании, причем контактные электроды размещают между слоями салрого (незатвердевшего) изоляционного/материала и вдавливаю их в указанные слои материала, затем Ътверждают баллон и придают ему и неподвижным контактным электродам необходимее размеры, а баллону придают вакуумную плотность путем химических и физических, преимущественно термических и механических, видов обработки бсшлона, герметизируют баллон и, устанавливают необходимые зазоры между контактными электродами.

Источники информации, принятые во.внимание при экспертизе

1.Диковский М.Я. и Капралов И.И. Магнитоуправляе ие. контакты. М., Энергия, 1970, рис. 6-11.

0

2.Авторское свидетельство СССР № 561228, кл. Н 01 Н 1/66, 1977.

3.Авторское свидетельство СССР 279804, кл. Н .01 Н 11/02, 1Э69. .

4.Диковский М.Я. и Капралов И.И.

5 Магнитоуправляемые контакты. М., Энергия, 1970, с. 113. . «

г./ 2 S fff 17 Г 11

Г г

. 1 /

Iff

в // 7 W 2 7 8 0аг.З б