RU2459303C1 - Method to manufacture magnetically operated sealed contact - Google Patents

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: in a magnetically operated sealed contact with ferromagnetic contact parts arranged in a glass body, on a contacting surface of contact parts due to bombardment by particles with energy of 300-10.000 eV and dose of at least 10¹⁹ cm^-2 create nano- and microledges.

EFFECT: higher stability of its operation under various modes within a long period of time, simplified technology of contact making, elimination of effect from ingress of foreign nano- and microparticles at contact properties, in some cases elimination of precious metals use in a contact coating and exclusion of dirty and complicated galvanic technologies of coat deposition.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, в частности к способам создания магнитоуправляемых герметизированных контактов, и может быть использовано в промышленном производстве этих приборов.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to methods for creating magnetically controlled sealed contacts, and can be used in the industrial production of these devices.

Известен геркон [1], изготовленный в соответствии со способом создания магнитоуправляемого герметизированного контакта (геркона), в котором две ферромагнитные контакт-детали заваривают в герметизируемый стеклянный корпус. На поверхность контакт-детали наносят многослойное покрытие (медь-никель, золото, рутений). Однако в напряженных условиях работы геркона материалы контактного покрытия могут сплавляться между собой и с материалами основы. Всегда сплавы сложного состава имеют худшие параметры, в частности, по сопротивлению, чем однородные материалы. Также коррозия всегда более интенсивно происходит на сплавах, чем на чистых металлах по отдельности. Иногда покрытие может отслаиваться. Контактирование двух контакт-деталей всегда осуществляется в отдельных точках на некоторых участках, так как невозможно изготовить и подобрать конструкцию так, чтобы контактирование осуществлялось по всей контактной поверхности. Фактически контактирующие точки имеются в ограниченном количестве, и их положение меняется в процессе работы геркона. При попадании посторонних диэлектрических микронано-, нано- и микрочастиц в область контакта между двумя контактирующими плоскостями переходное сопротивление геркона увеличивается, так как сразу же между контактирующими плоскостями образуется некоторый разрыв и количество контактирующих точек может значительно снижаться. В случае покрытия из тугоплавких металлов отсутствует достаточная пластичность, необходимая для прирабатывания двух контакт-деталей в процессе тренировки.Known reed switch [1], made in accordance with the method of creating a magnetically controlled sealed contact (reed switch), in which two ferromagnetic contact parts are welded in a sealed glass case. A multilayer coating (copper-nickel, gold, ruthenium) is applied to the surface of the contact part. However, under stressful reed switch operating conditions, contact coating materials can be fused with each other and with base materials. Alloys of complex composition always have worse parameters, in particular, in resistance, than homogeneous materials. Also, corrosion always occurs more intensively on alloys than on pure metals separately. Sometimes the coating may peel off. The contacting of two contact parts is always carried out at separate points in some areas, since it is impossible to manufacture and select a structure so that contacting is carried out over the entire contact surface. In fact, there are a limited number of contacting points, and their position changes during the operation of the reed switch. When extraneous dielectric micronano-, nano- and microparticles get into the contact area between two contacting planes, the transition resistance of the reed switch increases, since immediately a certain gap forms between the contacting planes and the number of contacting points can be significantly reduced. In the case of refractory metal coatings, there is no sufficient ductility necessary for running in two contact parts during training.

Известен геркон [2], в котором две ферромагнитные детали заваривают в стеклянный корпус, а на контактирующей поверхности контакт-деталей создают нано- и микровыступы с размерами от 50 нм до 19 мкм. В таком герконе наблюдается повышение стабильности работы в разных режимах в течение длительного времени, упрощение технологии создания контакта, исключение влияния попадания посторонних нано - и микрочастиц на свойства контакта, в ряде случаев исключение использования драгметаллов и исключение довольно «грязных» и сложных гальванических технологий осаждения покрытий.Known reed switch [2], in which two ferromagnetic parts are brewed in a glass case, and on the contact surface of the contact parts create nano- and microprotrusions with sizes from 50 nm to 19 microns. In such a reed switch, an increase in stability in various modes for a long time is observed, simplification of contact technology, elimination of the influence of extraneous nano - and microparticles on contact properties, in some cases, the exclusion of the use of precious metals and the elimination of rather "dirty" and complex galvanic coating deposition technologies .

Нано- и микровыступы на поверхности контакт-детали создают несколькими способами:Nano- and microprotrusions on the surface of the contact part are created in several ways:

- с помощью оптической, рентгеновской или электронной литографии (аналогично изделиям микронаноэлектроники) [3];- using optical, x-ray or electronic lithography (similar to micronoelectronics products) [3];

- при пропускании электрических импульсов через микро- и нанопорошок металла, помещаемого на поверхность контактов (типа контактной микро - наносварки);- when passing electrical impulses through micro- and nanopowders of metal placed on the surface of the contacts (such as contact micro - nanowelding);

- при распылении металла в электрических полях или с помощью плазмотрона.- when spraying metal in electric fields or using a plasma torch.

Однако предлагаемые способы создания наноструктурированной поверхности обладают рядом недостатков:However, the proposed methods for creating a nanostructured surface have several disadvantages:

1. Электронная, оптическая и рентгеновская литографии являются сложными, а потому высокозатратными технологиями.1. Electronic, optical and X-ray lithography are complex, and therefore high-cost technologies.

2. Приваривание нано- и микропорошков требует разработки специальной технологии, так как при сварке порошков могут нарушаться необходимые размеры выступов, свойства порошков сильно меняются от условий работы и предварительного хранения, например, из-за гигроскопичности.2. The welding of nano- and micropowders requires the development of a special technology, since when welding the powders the necessary dimensions of the protrusions may be violated, the properties of the powders vary greatly from the conditions of work and preliminary storage, for example, due to hygroscopicity.

3. Те же недостатки проявляются при формировании нано- и микровыступов с помощью плазмотрона.3. The same disadvantages are manifested in the formation of nano- and microprotrusions using a plasma torch.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение стабильности работы магнитоуправляемого герметизированного контакта в разных режимах в течение длительного времени, упрощение технологии создания контакта, исключение влияния попадания посторонних микрочастиц на свойства контакта, в ряде случаев исключение использования драгметаллов в контактном покрытии и исключение «грязных» и сложных гальванических технологий осаждения покрытий.The objective of the invention is to increase the stability of the magnetically controlled sealed contact in different modes for a long time, simplifying the technology of creating contact, eliminating the influence of foreign particles on contact properties, in some cases eliminating the use of precious metals in contact coating and eliminating “dirty” and complex galvanic technologies deposition of coatings.

Предлагается способ создания магнитоуправляемого герметизированного контакта, в котором ферромагнитные контакт-детали заваривают в стеклянный корпус, на контактирующей поверхности контакт-деталей создают нано- и микровыступы, отличающийся тем, что нано- и микровыступы формируют бомбардировкой частицами с энергией 300…10000 эВ и дозой облучения более 10¹⁹ см^-2.A method for creating a magnetically controlled sealed contact is proposed, in which ferromagnetic contact parts are welded into a glass case, nano- and microprotrusions are created on the contact surface of the contact parts, characterized in that nano- and microprotrusion are formed by bombardment with particles with an energy of 300 ... 10000 eV and radiation dose more than 10 ¹⁹ cm ^-2 .

В сравнении с известными способами создания геркона предлагаемый способ обладает рядом преимуществ:In comparison with the known methods of creating a reed switch, the proposed method has several advantages:

1. Размер нано- и микровыступов и их расположение регулируют за счет дозы облучения и энергии бомбардирующих частиц.1. The size of the nano- and microprotrusions and their location are controlled by the radiation dose and the energy of the bombarding particles.

2. В качестве материала выступов используют материал самой контакт-детали. При этом рост нано- и микровыступов происходит с поверхности самой контакт-детали, в результате чего не возникают проблемы, связанные со слабой адгезией покрытия, и повышается качество контакта.2. As the material of the protrusions, the material of the contact part itself is used. In this case, the growth of nano- and microprotrusions occurs from the surface of the contact part itself, as a result of which there are no problems associated with poor adhesion of the coating, and the quality of the contact is improved.

3. Формирующие нано- и микровыступы атомы и ионы газообразующих элементов не загрязняют поверхность, а очищают ее или входят в состав в виде твердых растворов или новой фазы, обладающей хорошими механическими свойствами и достаточной проводимостью.3. The atoms and ions of the gas-forming elements forming nano- and microprotrusions do not pollute the surface, but clean it or enter into the composition in the form of solid solutions or a new phase with good mechanical properties and sufficient conductivity.

Диапазон энергий частиц для формирования выбран из следующих соображений. При энергиях ниже 300 эВ не наблюдается формирования нано- и микровыступов, а при энергии частиц более 10 кэВ происходит уже имплантация в более глубокие слои металла.The range of particle energies for formation is selected from the following considerations. At energies below 300 eV, the formation of nano- and microprotrusions is not observed, and at particle energies of more than 10 keV, implantation already occurs in deeper layers of the metal.

Величина дозы облучения не менее 10¹⁹ см^-2 для обработки контактных поверхностей контакт-деталей выбрана исходя из надежного формирования нано- и микроструктуры. Меньшие дозы обработки контактных поверхностей контакт-деталей оказываются недостаточными для образования требуемой нано- и микроструктуры.The value of the radiation dose of at least 10 ¹⁹ cm ^-2 for processing the contact surfaces of contact parts is selected based on the reliable formation of nano- and microstructure. Smaller doses of processing contact surfaces of contact parts are insufficient for the formation of the required nano- and microstructure.

Способ изготовления магнитоуправляемого герметизированного контакта может быть реализован в оборудовании, содержащем ионную пушку или плазмотрон, а также при электрическом пробое газового промежутка или при высоковольтном газовом разряде. Установка содержит средства откачки, газовую систему напуска газов, в том числе азота, высоковольтный блок питания. Обрабатываемые контакт-детали помещают на катод и подают высокое напряжение, в результате которого происходит обработка поверхности контакт-деталей ионами. Обрабатываемые детали могут быть помещены на оба электрода, но в этом случае высокое напряжение должно менять полярность.A method of manufacturing a magnetically controlled sealed contact can be implemented in equipment containing an ion cannon or plasma torch, as well as during electrical breakdown of a gas gap or in a high-voltage gas discharge. The installation contains a pumping means, a gas system for the inlet of gases, including nitrogen, a high-voltage power supply. The contact parts to be processed are placed on the cathode and a high voltage is applied, as a result of which the surface of the contact parts is treated with ions. Workpieces can be placed on both electrodes, but in this case, high voltage should reverse polarity.

На фиг.1 представлено изображение сформированного нанорельефа контактной поверхности контакт-детали геркона, полученное с помощью атомно-силового микроскопа (АСМ).Figure 1 presents the image of the formed nanorelief of the contact surface of the contact part of the reed switch, obtained using an atomic force microscope (AFM).

Специально сформированные нано- и микровыступы обеспечивают возможность работы магнитоуправляемого герметизированного контакта в течение более длительного времени, а также более стабильные параметры в процессе работы.Specially formed nano- and microprotrusions provide the possibility of operation of a magnetically controlled sealed contact for a longer time, as well as more stable parameters during operation.

Обработанные в соответствии с предлагаемым способом герконы выдерживают 100 млн срабатываний без ухудшения сопротивления. У необработанных герконов уже после 100 тысяч срабатываний сопротивление возрастает на 2 порядка (в 100 раз) и более.The reed switches processed in accordance with the proposed method withstand 100 million operations without impairing resistance. In untreated reed switches, after 100 thousand operations, the resistance increases by 2 orders of magnitude (100 times) or more.

Источники информацииInformation sources

1. Патент РФ на изобретение №2279149, МПК Н01Н 1/02, 1/66, опубл. 27.06.2006 г., бюл. №18.1. RF patent for the invention No. 2279149, IPC Н01Н 1/02, 1/66, publ. 06/27/2006, bull. Number 18.

2. Патент РФ на изобретение №2391733, МПК Н01Н 1/66, опубл. 10.06.2010 г., бюл. №16.2. RF patent for the invention No. 2391733, IPC Н01Н 1/66, publ. 06/10/2010, bull. No. 16.

3. Оборудование полупроводникового производства / П.Н.Масленников, К.А.Лаврентьев, А.Д.Гингис и др. М.: Радио и связь, 1981, 336 с. (стр.127).3. Equipment for semiconductor manufacturing / P.N. Maslennikov, K.A. Lavrentiev, A.D. Gingis and others. M: Radio and communication, 1981, 336 p. (p. 127).

Claims (1)

Способ создания магнитоуправляемого герметизированного контакта, в котором ферромагнитные контакт-детали заваривают в стеклянный корпус, на контактирующей поверхности контакт-деталей создают нано- и микровыступы, отличающийся тем, что нано- и микровыступы формируют бомбардировкой частицами с энергией 300…10000 эВ и дозой облучения не менее 10¹⁹ см^-2. A method of creating a magnetically controlled sealed contact, in which ferromagnetic contact parts are brewed in a glass case, on the contact surface of the contact parts create nano- and microprotrusion, characterized in that nano- and microprotrusion form a bombardment with particles with an energy of 300 ... 10000 eV and a radiation dose not less than 10 ¹⁹ cm ^-2 .

Images