УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ВЗРЫВОМ ФОЛЬГИ (ВАРИАНТЫ)
DEVICE FOR PLATING BY ELECTRIC BLASTING OF FOIL (VERSIONS)

Изобретение относится к области создания мелкодисперсных металлических порошков, а также к нанесению металлических покрытий и может найти применение в машиностроительной, приборостроительной, радио - и электронной промышленности.
На сегодняшний день известны различные устройства для нанесения покрытия электрическим взрывом фольги, в частности №2026415, кл. С23С 14/32, опубл. 1995.01.09.
Сущность изобретения состоит в том, что между центральным и наружным высоковольтными электродами, установленными коаксиально в изоляции, размещен дополнительный высоковольтный электрод, выполненный в форме кольца. Электроды включены в электрическую схему, состоящую из двух разрядных контуров. Разрядный ток от емкостных накопителей энергии проходит через дополнительный высоковольтный электрод, создавая над ним дополнительную зону начального испарения фольги. Первый емкостной накопитель энергии, разряжаясь через отрезок фольги, заключенный между центральным и дополнительным электродами, а второй емкостной накопитель энергии, разряжаясь через отрезок фольги, заключенный между дополнительным и наружным электродами вызывают одновременное взрывное испарение фольги на обоих участках.
Рассматриваемое устройство предназначено для повышения производительности процесса напыления, но отсутствие надежного электрического контакта между центральным электродом и взрывающейся фольгой, а также между средним цилиндрическим электродом и фольгой не обеспечивает должной стабильности возникновения и протекания электрического взрыва фольги, что отрицательным образом сказывается на процессе напыления.
Наиболее близким из известных технических решений является устройство для нанесения покрытий электрическим взрывом фольги, содержащее кольцевой и центральный коаксиальные высоковольтные электроды с изолятором между ними и направляющее сопло, с целью улучшения качества покрытия за счет повышения равномерности распределения конденсата по поверхности подложки и увеличения площади наносимого покрытия, торцы центрального электрода и изолятора заглублены относительно торца кольцевого электрода на расстояние h, выбираемого из выражения 0,1R<h<(R-r), где R и r - соответственно внутренний радиус кольцевого электрода и радиус центрального электрода, а сопло выполнено в виде сопла Лаваля и снабжено установленным на его срезе цилиндрическим насадком с перфорированными стенками. (№1482246, С23С 14/32, опубл. 1995.02.09)
Недостатком данного устройства является то что, центральный высоковольтный электрод заглублен относительно торца кольцевого электрода на некоторое расстояние h, то есть в данной конструкции преднамеренно отсутствует электрический контакт между электродом и взрывающейся фольгой. При подаче высокого напряжения на коаксиальные электроды сначала происходит пробой воздушного промежутка между центральным электродом и фольгой, в результате чего между ними возникает плазменное образование, контактирующий с взрывной дозой фольги по площади, ограниченной кольцевым электродом. Но сам электрический разряд между электродом и фольгой, которые в данном моменте следует рассматривать как электродную систему плоскость-острие, будет иметь сложный и не предсказуемый вид, геометрический центр фольги не всегда будет являться точкой достижения стриммера для возникновения плазменного сгустка, плазменное образование будет носить локальный характер и не являться однородным по объему фольги, распределение тока разряда плазменного сгустка и взрывающейся фольги заведомо не обладает симметрией и не однороден, следовательно, нагрев с последующим прохождением металла фольги соответствующих фазовых состояний в силу неоднородности протекания процессов будет носить хаотический, беспорядочный характер. Кроме того, работоспособность устройства возможна при достаточно малых размерах электродной системы и взрывающейся фольги, что подтверждается представленными примерами, а следовательно, говорит о его малой эффективности. Таким образом, применение предлагаемого устройства не позволяет произвести однородное разрушение и диспергирование фольги электрическим взрывом и не в полной мере обеспечивает высокое качество покрытия.
Техническим результатом изобретения является повышение качества покрытия за счет создания условий для квазиоднородного электрического взрыва фольги.
Поставленный технический результат достигается по первому варианту тем, что в предлагаемом устройстве для нанесения покрытий электрическим взрывом фольги, содержащее кольцевой и центральный коаксиальные высоковольтные электроды с изолятором между ними и направляющее сопло, центральный электрод выполнен в виде двух полых, коаксиально расположенных цилиндров, причем внутренний цилиндр выполнен с возможностью осевого перемещения относительно внешнего цилиндра, а в полости внутреннего цилиндра соосно с ним расположен шток, на конце которого имеется металлический прижимной элемент цангового типа, имеющего в верхней части упругие элементы в виде лепестков, на конце внутреннего цилиндра имеется посадочное гнездо в виде конуса для размещения прижимного элемента цангового типа, при этом внешний диаметр внутреннего цилиндра равен диаметру отверстия, выполненного в фольге, в котором установлен внутренний цилиндр, причем лепестки прижимного элемента расположены над поверхностью фольги и при перемещении внутреннего цилиндра и штока вниз, диаметр прижимного элемента равен внешнему диаметру внешнего цилиндра в момент прижима лепестков к фольге.
Применение металлического прижимного элемента цангового типа позволяет обеспечивать надежный электрический контакт фольги с торцом внешнего цилиндра центрального высоковольтного электрода. Лепестки прижимного элемента расположены над поверхностью фольги и при перемещении внутреннего цилиндра и штока вниз, в момент прижима лепестков к фольге, диаметр прижимного элемента равен внешнему диаметру внешнего цилиндра. Это влечет за собой возможность существования симметричного относительно главной оси распределения линий тока в радиальном направлении в объеме фольги кольцевой геометрии. Тем самым, обеспечиваются условия возникновения квазиоднородного взрыва фольги, эффективного ее диспергирования, в результате чего достигается однородность образующихся продуктов взрыва, что влечет за собой существенное повышение качества покрытия объекта.
Использование в конструкции центрального электрода внутреннего коаксиального цилиндра позволяет располагать прижимной элемент цангового типа на противоположной стороне взрывающейся фольги путем его осевого перемещения относительно внешнего цилиндра. Выполненное на конце внутреннего цилиндра посадочное гнездо в виде конуса для прижимного элемента цангового типа позволяет расположить в утопленном состоянии прижимной элемент цангового типа в гнезде таким образом, что его размеры становятся меньше диаметра отверстия в фольге. Тем самым создается возможность беспрепятственно располагать внутренний цилиндр в отверстии фольги для того, чтобы расположить цанговый элемент с противоположной стороны фольги относительно внешнего цилиндра центрального электрода, что не нарушает технологичности процесса.
Поставленный технический результат достигается по второму варианту тем, что в предлагаемом устройстве для нанесения покрытий электрическим взрывом фольги, содержащее кольцевой и центральный коаксиальные высоковольтные электроды с изолятором между ними и направляющее сопло, центральный электрод выполнен в виде двух полых коаксиально расположенных цилиндров, причем внутренний цилиндр выполнен с возможностью осевого перемещения относительно внешнего цилиндра, а в полости внутреннего цилиндра соосно с ним расположен шток, на конце которого имеется металлический прижимной элемент цангового типа, имеющего в верхней части упругие элементы в виде лепестков, на конце внутреннего цилиндра имеется посадочное гнездо в виде конуса для размещения прижимного элемента цангового типа, при этом внешний диаметр внутреннего цилиндра равен диаметру отверстия, выполненного в фольге, в котором установлен внутренний цилиндр, причем лепестки прижимного элемента расположены над поверхностью фольги, кроме того, в штоке центрального электрода имеется соосное отверстие, в котором расположена спица с распирающим конусом на конце, образующая поверхность которого располагается на внутренних поверхностях лепестков прижимного элемента, и при перемещении внутреннего цилиндра, штока и спицы с распирающим конусом вниз, диаметр прижимного элемента равен внешнему диаметру внешнего цилиндра в момент прижима лепестков к фольге.
Применение металлического прижимного элемента цангового типа позволяет обеспечивать надежный электрический контакт фольги с торцом внешнего цилиндра центрального высоковольтного электрода. Лепестки прижимного элемента расположены над поверхностью фольги и при перемещении внутреннего цилиндра и штока вниз, в момент прижима лепестков к фольге, диаметр прижимного элемента равен внешнему диаметру внешнего цилиндра. Это влечет за собой возможность существования симметричного относительно главной оси распределения линий тока в радиальном направлении в объеме фольги кольцевой геометрии. Тем самым, обеспечиваются условия возникновения квазиоднородного взрыва фольги, эффективного ее диспергирования, в результате чего достигается однородность образующихся продуктов взрыва, что влечет за собой существенное повышение качества покрытия объекта.
Использование в конструкции центрального электрода внутреннего коаксиального цилиндра позволяет располагать прижимной элемент цангового типа на противоположной стороне взрывающейся фольги путем его осевого перемещения относительно внешнего цилиндра. Выполненное на конце внутреннего цилиндра посадочное гнездо в виде конуса для прижимного элемента цангового типа позволяет расположить в утопленном состоянии прижимной элемент цангового типа в гнезде таким образом, что его размеры становятся меньше диаметра отверстия в фольге. Тем самым создается возможность беспрепятственно располагать внутренний цилиндр в отверстии фольги для того, чтобы расположить цанговый элемент с противоположной стороны фольги относительно внешнего цилиндра центрального электрода, что не нарушает технологичности процесса.
Применение распирающего конуса на спице в конструкции центрального электрода обеспечивает более надежный электрический контакт центрального электрода со взрывающейся фольгой.
Сущность изобретения по первому варианту поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена конструкция устройства для нанесения покрытия электрическим взрывом фольги, на фиг.2 представлена конструкция центрального электрода, состоящего из двух коаксиально расположенных цилиндров и штока с прижимным элементом цангового типа, на фиг.3 представлен прижимной элемент цангового типа.
Взрываемая фольга 1, с предварительно выполненными отверстиями с соответствующим шагом (фиг.1) в виде отдельных квадратиков (или в виде непрерывной ленты), подается специальным механизмом (не показан) в зону взрыва. Применение шаговой подачи взрываемой фольги 1 обеспечивает строго соосное расположение отверстия с центральным электродом 2. Поступательным перемещением сопла 3 относительно оси симметрии конструкции обеспечивается надежный электрический контакт взрываемой фольги 1 с торцом внешнего цилиндрического электрода 4. Между центральным электродом 2 и внешним цилиндрическим электродом 4 расположен изолятор 5, выполненный из механически прочного диэлектрического материала, на торце которого располагается взрывающаяся фольга 1. Торцы центрального электрода 2, изолятора 5 и внешнего цилиндрического электрода 4 расположены в одной плоскости.
Центральный электрод 2 выполнен (фиг.2) в виде внешнего полого цилиндра 6 и внутреннего полого цилиндра 7 с фаской на торце, коаксиально расположенных относительно друг друга, причем внутренний цилиндр выполнен с возможностью осевого перемещения относительно внешнего цилиндра. Соосно с ними в полости внутреннего цилиндра 7 установлен шток 8, на конце которого имеется металлический прижимной элемент цангового типа 9, диаметр которого в рабочем состоянии равен внешнему диаметру внешнего цилиндра 6. На конце внутреннего цилиндра 7 имеется посадочное гнездо 10, образующая поверхность которого выполнена в виде конуса, для размещения прижимного элемента цангового типа 9. Внешний диаметр внутреннего цилиндра 7 равен диаметру отверстия, предварительно выполненного в взрываемой фольге 1. Производя осевое движение внутреннего цилиндра 7 совместно со штоком 8 и металлическим прижимным элементом цангового типа 9, находящегося в закрытом состоянии (фиг.2), осуществляется размещение последних в предварительно выполненном отверстии во взрываемой фольге 1. При возвратном движении именно только внутреннего цилиндра 7 и остающимся в неподвижном состоянии штока 8 с металлическим прижимным элементом цангового типа 9, лепестки 11 металлического прижимного элемента цангового типа 9 (фиг.3) в силу собственной упругости разожмутся и расположатся на взрывающейся фольге 1, прижимая ее к торцу внешнего цилиндра 6 центрального электрода 2. При необходимости есть смысл произвести возвратное осевое смещение штока 8, обеспечивающее дополнительное прижимное усилие. Таким образом, осуществляется надежный электрический контакт взрывающейся фольги 1 с центральным электродом 2, и обеспечиваются условия создания квазиоднородного взрыва фольги, получения однородной дисперсности металлического порошка, что в свою очередь повышает качество покрытия, наносимого на подложку 12.
Устройство по первому варианту работает следующим образом. При подаче высокого напряжения на центральный электрод 2 и внешний цилиндрический электрод 4 возникает ток разряда, протекающий радиально по кольцевой области взрывающейся фольги 1, ограниченной электродами 2 и 4. В силу симметричного распределения тока осуществляется квазиоднородный ее нагрев с последующим возникновением фазовых переходов, квазиоднородный электрический взрыв фольги 1 и электрический разряд с формированием плазменного образования по продуктам взрыва.
Сущность изобретения по второму варианту поясняется чертежами, где на фиг.4 представлена конструкция устройства для нанесения покрытия электрическим взрывом фольги, с использованием распирающего конуса на спице, на фиг.5 представлена конструкция центрального электрода с распирающим конусом на спице, обеспечивающего более надежный электрический контакт центрального электрода с взрывающейся фольгой.
Взрываемая фольга 1 (фиг.4), с выполненными отверстиями с соответствующим шагом в виде отдельных квадратиков (или в виде непрерывной ленты), подается специальным механизмом (не показан) в зону взрыва. Применение шаговой подачи взрываемой фольги 1 обеспечивает строго соосное расположение отверстия с центральным электродом 2. Поступательным перемещением сопла 3 относительно оси симметрии конструкции обеспечивается надежный электрический контакт взрываемой фольги 1 с торцом внешнего цилиндрического электрода 4. Между центральным электродом 2 и внешним цилиндрическим электродом 4 расположен изолятор 5, выполненный из механически прочного диэлектрического материала, на торце которого располагается взрывающаяся фольга 1. Торцы центрального электрода 2, изолятора 5 и внешнего цилиндрического электрода 4 расположены в одной плоскости.
Центральный электрод 2 выполнен (фиг.5) в виде внешнего полого цилиндра 6 и внутреннего полого цилиндра 7 с фаской на торце, коаксиально расположенных относительно друг друга, причем внутренний цилиндр выполнен 6 возможностью осевого перемещения относительно внешнего цилиндра. Соосно с ними в полости внутреннего цилиндра 7 установлен шток 8, на конце которого имеется металлический прижимной элемент цангового типа 9, диаметр которого в рабочем состоянии равен внешнему диаметру внешнего цилиндра 6. На конце внутреннего цилиндра 7 имеется посадочное гнездо 10, образующая поверхность которого выполнена в виде конуса, для размещения прижимного элемента цангового типа 9. Внешний диаметр внутреннего цилиндра 7 равен диаметру отверстия, предварительно выполненного в взрываемой фольге 1. Производя осевое движение внутреннего цилиндра 7 совместно со штоком 8 и металлическим прижимным элементом цангового типа 9, находящегося в закрытом состоянии и спицы 13 с распирающим конусом 14 (фиг.4 и фиг.5), осуществляется размещение последних в предварительно выполненном отверстии во взрывающейся фольге 1. При возвратном движении именно только внутреннего цилиндра 7 и остающимся в неподвижном состоянии штока 8 с металлическим прижимным элементом цангового типа 9, лепестки 11 металлического прижимного элемента цангового типа 9 (фиг.4) в силу собственной упругости разожмутся и расположатся на взрывающейся фольге 1, прижимая ее к торцу внешнего цилиндра 6 центрального электрода 2. При последующем возвратном движении спицы 13 распирающий конус 14 устанавливается на внутренней поверхностях лепестков 11 прижимного элемента цангового типа 9, тем самым обеспечивается более надежный электрический контакт центрального электрода 2 со взрывающейся фольгой 1. Таким образом, осуществляется надежный электрический контакт взрывающейся фольги 1 с центральным электродом 2, и обеспечиваются условия создания квазиоднородного взрыва фольги, получения однородной дисперсности металлического порошка, что в свою очередь повышает качество покрытия, наносимого на подложку 12 без нарушения технологичности процесса.
Устройство по второму варианту работает следующим образом. При подаче высокого напряжения на центральный электрод 2 и внешний цилиндрический электрод 4 возникает ток разряда, протекающий радиально по кольцевой области взрывающейся фольги 1, ограниченной электродами 2 и 4. В силу симметричного распределения тока осуществляется квазиоднородный ее нагрев с последующим возникновением фазовых переходов, квазиоднородный электрический взрыв фольги 1 и электрический разряд с формированием плазменного образования по продуктам взрыва.
Тем самым достигается повышение качества покрытия за счет создания условий для квазиоднородного электрического взрыва фольги, получение однородной дисперсности металлического порошка без нарушения технологичности процесса.