Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СИСТЕМА МНОГОСТЕРЖНЕВЫХ ЭЛЕКТРОДОВ НАНО- И СУБМИКРОННЫХ ДИАМЕТРОВ ДЛЯ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТВЕРДЫХ ТЕЛ
СИСТЕМА МНОГОСТЕРЖНЕВЫХ ЭЛЕКТРОДОВ НАНО- И СУБМИКРОННЫХ ДИАМЕТРОВ ДЛЯ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТВЕРДЫХ ТЕЛ

СИСТЕМА МНОГОСТЕРЖНЕВЫХ ЭЛЕКТРОДОВ НАНО- И СУБМИКРОННЫХ ДИАМЕТРОВ ДЛЯ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТВЕРДЫХ ТЕЛ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к области электроэрозионной обработки, а именно к стержневым электродам специального назначения, и может быть использовано в различных отраслях электронного машиностроения при формировании дискретных зон легирования высокотемпературных сверхпроводников и нанесении металлических нанокластеров на поверхности полупроводников и диэлектриков, а также модификации свойств тонкопленочных изделий. В качестве многостержневых электродов нано- и субмикронного диаметров для электроэрозионной обработки поверхностей твердых тел применяют металлические реплики с трековых мембран. Это позволяет повысить эффективность электроэрозионной обработки больших и сложных по профилю поверхностей твердых тел, включая и внутренние, при малой энергоемкости аппаратуры. 3 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2186663
Класс(ы) патента: B23H7/22
Номер заявки: 2000116800/02
Дата подачи заявки: 23.06.2000
Дата публикации: 10.08.2002
Заявитель(и): Объединенный институт ядерных исследований
Автор(ы): Дмитриев С.Н.; Реутов В.Ф.; Реутов И.В.
Патентообладатель(и): Объединенный институт ядерных исследований
Описание изобретения: Изобретение относится к области электроэрозионной обработки, а именно к стержневым электродам специального назначения, и может быть использовано с целью улучшения износостойкости, формирования дискретных зон легирования высокотемпературных сверхпроводников, нанесения металлических нанокластеров на поверхности полупроводников и диэлектриков, а также модификации свойств тонкопленочных изделий и т.п.
С помощью электроэрозионной обработки производят нанесение металлических слоев на поверхность твердого тела, резку и формирование углублений различного геометрического профиля. С этой целью используются электроды различного профиля - дисковые, стержневые, трубчатые или проволочные [1]. В основном эти электроды применяются для макрообработки, т.е. имеют размеры (диаметр, толщина) как минимум в десятки-сотни микрометров. Поэтому площадь единовременной (в период действия одного импульса тока) обработки поверхности твердых тел составляет более 100 мкм2. Кроме того, существующими макроэлектродами трудно или практически невозможно обрабатывать внутренние поверхности деталей и поверхности сложного профиля.
В последнее время в связи с интенсивным развитием нанотехнологии применительно к задачам микроинженерии, микромеханики, микроэлектроники и т.п. встали вопросы обработки поверхностей микродеталей, тонкопленочных изделий, а также модификации поверхности ансамблями металлических кластеров нано- или субмикронного диаметров и высокой плотности.
В этой связи встает вопрос о разработке многостержневых электродов нано- или субмикронного диаметров, возможности которых исключили бы следующие недостатки аналогов:
- отсутствие стержневых электродов субмикронного и тем боле наномикронного диаметра,
- невозможность нанесения металлических кластеров нано- или субмикронного размеров заданной плотности на обрабатываемую поверхность твердого тела,
- трудноосуществимое автоматическое удержание заданного межэлектродного зазора,
- сложность прецизионной процедуры сканирования электрода по поверхности объекта, особенно в условиях сложного профиля его обрабатываемых поверхностей,
- наличие сложной и энергоемкой аппаратуры для реализации высоких уровней напряженности электрического поля на электродах, особенно для формирования дугового разряда,
- невозможность контролировать массу переносимого материала электрода в процессе электроэрозионной обработки, особенно при физическом контакте электрод-объект.
Изобретение решает задачу повышения эффективности электроэрозионной обработки путем обработки больших и сложных по профилю поверхностей твердых тел (включая внутренние) при малой энергоемкости аппаратуры.
Сущность изобретения заключается в применении металлических реплик с трековых мембран, изготовленных на базе известного способа [2], используемых для электронно-микроскопического анализа профилей травленых каналов в трековых мембранах, впервые в качестве системы многостержневых электродов (СМСЭ) нано- и субмикронных диаметров для электроэрозионной обработки поверхности твердых тел, что соответствует критериям "новизна" и "существенные отличия".
На фиг. 1 изображены принципиальные схемы формирования самонесущей системы многостержневых электродов, изготовленных по методике гальванического выращивания металлических (медных) реплик с каналов трековых мембран различного профиля на металлической подложке (1): a - длина электродов (2) равна толщине трековой мембраны (ТМ) (3), б - длина электродов (2) меньше толщины ТМ (3), в - электроды (2) с "грибками" на концах.
В качестве материала металлических реплик (МР) могут быть любые чистые металлы или их сплавы, способные к гальваническому осаждению. Диаметр СМСЭ, их плотность, длина и геометрический профиль определяются соответствующими параметрами каналов в ТМ. Выходные концы СМСЭ могут быть заглублены в каналах ТМ, быть на уровне ее поверхности или выступать над поверхностью ТМ в виде "грибков". Кроме того, СМСЭ может быть и без материала ТМ, после ее растворения в щелочи.
На фиг.2 изображены схемы применения предлагаемых СМСЭ для электроэрозионной обработки с целью формирования ансамбля металлических кластеров нано- или субмикронного размеров на поверхностях различных твердых тел: 1 - металлическая подложка, 2 - микроэлектроды, 3 - трековая мембрана, 4 - изолирующий дистанционатор, 5 - межэлектродная среда (вакуум, газ, жидкость), 6 - обрабатываемый электропроводящий объект, 7 - обрабатываемый изолятор (полупроводник), 8 - металлизированный слой (фольга). В качестве материала подложки (1) обычно используют медную фольгу толщиной 0,05-0,1 мм.
СМСЭ, состоящий из металлической подложки (1) и ТМ (3) с микроэлектродами (2), присоединяется к положительному потенциалу на генераторе импульса тока и плотно прижимается к обрабатываемой поверхности электропроводящего объекта (6) или к "сэндвичу" металлический слой(8) + изолятор(7), присоединенные к отрицательному потенциалу источника импульсов. После этого включается генератор импульсного тока заданной величины и длительности. В течение длительности импульса тока в пространстве между СМСЭ и обрабатываемой поверхностью развивается электрическая дуга или искра (при физическом контакте концов микроэлектродов с поверхностью твердого тела). В результате действия дуги или искры "горячие" микрокапли материала СМСЭ переносятся на обрабатываемую поверхность объекта. Из-за их высокой температуры они "вплавляются" в его поверхность, формируя на ней соответствующий ансамбль металлических кластеров.
Естественно, размер металлических кластеров и их плотность на обрабатываемой поверхности определяются соответствующими диаметром и плотностью микроэлектродов в ансамбле, а также амплитудой и длительностью импульса. Заметим, что в результате импульса в условиях формирования "искры" электроды "выгорают", прерывая электрическую цепь, что исключает повторного их действия.
Вышеописанный процесс может осуществляться в любой окружающей среде (вакуум, жидкость или газ).
На фиг. 3(а-г) приведены электронно-микроскопические изображения медных кластеров субмикронного размера на поверхностях Al, Mo, Si и фторопластовой пленки. В данном эксперименте использовалась МР с диаметром электродов 0,05 мкм, длиной 10 мкм и плотностью 3•109 см2. На фиг.3д приведен спектр рентгеновского микроанализа кластера размером около 0,1 мкм на поверхности Si, свидетельствующий о том, что он является медным кластером.
Использование известной металлической реплики в качестве системы многостержневых электродов нано- или субмикронного диаметров для электроэрозионной обработки поверхности твердых тел имеет следующие преимущества:
- обеспечивается контроль и воспроизводимость размера, объема и плотности металлических нанокластеров на обрабатываемой поверхности объекта,
- обеспечивается возможность одновременной обработки больших площадей любого геометрического профиля, в том числе и внутренних полостей,
- имеется возможность для электроэрозионной обработки тонкопленочных объектов,
- минимальные энергозатраты и малый расход электродного материала.
Литература
1. Справочник по электрохимическим и электрофизическим методам обработки. Под редакцией В.А.Волосатова. Л., Машиностроение. 1988.
2. С.Н.Дмитриев, В.Ф.Реутов, А.С.Сохацкий. Способ получения металлических реплик для анализа нанометричесих каналов в трековых мембранах. Патент РФ 2115915, 23.07.96.
Формула изобретения: Применение металлических реплик с трековых мембран в качестве системы многостержневых электродов нано- и субмикронного диаметров для электроэрозионной обработки поверхностей твердых тел.