Способ изготовления пленочных электретов и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХевюгиуианипРЕСПУБЛИК 0% (1 И 51) 4 Н 01 С02 УДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ 1-СРЫВ,щ ЕТЕЛЬСТВУ АВТОИЯОМУ(71) Ленинградский государственныйпедагогический институт им. А.И.Герцена(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЛЕНОЧНЫХ ЭЛЕКТРЕТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУ- ЦЕСТВЛЕНИЯ(57) 1. Способ изготовления пленочных электретов, включающий электризацию в коронном разряде металлизированной диэлектрической пленки,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения скорости зарядки,улучшения стабильности поверхностейплотности заряда, упрощения технологического процесса, в процессе электризации осуществляют контроль постоянной составляющей тока коронногоразряда, причем электризацию осуществляют в несимметричном коронном разряде до заданного снижениявеличины постоянной составляющейтока коронного разряда, определяемого величиной заряда электрета.102392. Устройство для изготовления пленочных электретов, содержащее заземленный электрод, выполненный в виде подложки, установленной с воз": можностью перемещения, на поверхности которой размещены диэлектрические пленки, регулируемый высоковольтный источник переменного напряжения, первый регулируемый низко" вольтный источник постоянного напряжения, коронирующий электрод с экраном, соединенным с общей шиной, о т - л и и а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения скорости зарядки, улучшения стабильности поверхностной плотности заряда, упрощения технологического процесеа, око.снабжено нуль-органом постоянного тока,вторым регулируемым низковольтнымисточником постоянного напряжения икалибровочным электродом, изолированным от заземленного электрода, при-чем коронирующий электрод соединенс .общей шиной через последовательно включенные регулируемый высоковольтный источник переменного напря"жения, регулируемый низковольтныйисточник постоянного напряжения инуль-орган постоянного тока, а калиб"ровочный электрод соединен с общейточкой через второй регулируемыйнизковольтный источник постоянногонапряжения.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 охлаждают 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 лищь через несколько месяцев, при этом имеет место значительный разброс плотности заряда у разных образцов пленочных электретов, а средняя величина стабильной плотности заа ряда не превышает 110 к/смЭти недостатки обусловлены тем, что при длительной поляризации диэлектрических пленок при температуре размягчения диэлектрика происходит внутренняя поляризация диэлектрических пленок с образованием гетерозаряда на неметаллизированной поверхности пленочного электрета. Одновременно на той же поверхностипленочного электрета формируется игомозаряд. Если напряженность поляризующего электрического поля не.Н 25 превышает 10 В(см, то непосредственно после поляризации преобладает гетерозаряд. При большей напряженности поляризующего поля преобладаетгомозаряд. Низкая стабильность, 1 О значительный разброс и низкая величина стабильной плотности зарядапленочных электретов связаны с низкой стабильностью гетерозаряда атакже с недостаточной стабильностьюгомозаряда, если плотность последнего превышает некоторую критическуюстабильную величину.Для осуществления способа изготовления пленочных электретов из вестно устройство, включающее камеру для нагревания, и поляризации диэлектрических пленок и высоковольтный источник постоянного тока,Камера содержит металлический зазем"ленный электрод, на котором размещены диэлектрические пленки, иэлектрод для поляризации, присоеди-,ненный к высоковольтному источникупостоянного тока.ЗО Недостатками такого устройстваявляются низкая производительность,низкая стабильность, значительныйразброс плотности зарядов полученных диэлектрических пленок.3 11023Наиболее близким по технической сущности является способ изготовления пленочных электретав, включаю-: щий электризацию в коронном разряде металлизироваиной диэлектрической 95.обусловленная наличием дополнительных узлов - узла нейтрализации ди,электрических пленок и узла контроля стабильной плотности зарядов,низкая производительность и низкаястабильность поверхностной плотности заряда электретов.Цель изобретения - повышение скорости зарядки диэлектрических пленок,увеличение стабильности поверхностной плотности заряда, упрощение технологического процесса.Цель достигается тем, что в способе изготовления пленочных электретов, включающем электризацию в коронном разряде металлизированнойдиэлектрической пленки, в процессеэлектризации осуществляют контрольпостоянной составляющей тока коронного разряда, причем электризациюосуществляют в несимметричном коронном разряде до заданного снижениявеличиныпостоянной составляющейтока коронного разряда, определяемого велйчиной заряда электрета.Устройство для изготовления пленоч"ных электретов, осуществляющее данный способ, содержащее заземленныйэлектрод, выполненный в виде подложки, установленной с возможностью пе-ремещения, на поверхности которойразмещены диэлектрические пленки,регулируемый высоковольтный источник 5переменного напряженая, первый регулируемый низковольтный источник постоянного напряжения, коронирующий . электрод с экраном, соединенным собщей виной, снабжено нуль-органом .постоянного тока, вторым регулируемым низковольтным источником постоянногонапряжения и калибровочнымэлектродом, изолированным от заземленного электрода, причем корони рующий электрод соединен с общейшиной через последовательно вклю- .ченные регулируемый высоковольтныйисточник переменного напряжения, ре"гулируемьй низковольтный источникпостоянного иалряжения инуль-органпостоянного тока, а калибровочныйэлектрод соединен с общей точкойчерез второй регулируемый низковольтный источник постоянного напряжения. Ю 15 20 25 30 40 55 пленки. Для реализации этого способа 1 используется устройство для изготовления пленочных электретов, содержащее заземленный электрод, выполнен ный в виде подложки, установленной свозможностью перемещения, на поверхности которой размещены диэлектрические пленки., регулируемый высоковольтный источник переменного напряжения, регулируемый низковольтныйисточник постоянного напряжения, ко" ронирующий электрод с экраном, соединенным 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 диэлектрической пленки. Уменьшение же густоты сетки ухудшает точность зарядки, так как уменьшаетсяуправляющее действие сетки.Пленочные электреты,.полученныеизвестным способом, обладают йизкой стабильностью поверхностной плотности заряда, поскольку диэлектрические пленки длительно подвергаются воздей" ствию коронного разряда: сначала вприспособлении нейтрализации на них воздействует переменный коронный разряд, .затем в приспособлении для стабилизации оии подвергаются воздей-.ствию постоянного коронного разряда. Длительное воздействие коронного разряда приводит к образованию мелкихловушек носителей заряда вблизи эаряжаемой поверхности пленки, чтоухудшает стабильность поверхностной плотности заряда. Недостатком известного способа является также его слож, 3 .ность (технологический процесс нане ьсения стабильной поверхностной плот; ности заряда на неметаллизированную поверхность диэлектрической пленки включает три операции: нейтрализация,стабилизация и контроль), что сии жает производительность устройства и усложняет его конструкцию.Недостатками известного устройства для изготовления пленочных электретов также является его сложность,На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства для изготовления пленочных электретов; иа фиг.2 -02395 .6 В процессе нанесения заряда надиэлектрические пленки амплитудавысокого переменного напряжения должна быть достаточной для зажиганиякороны. Например, при потенциалеповерхности пленочного электрета300 В и расстоянии от поверхностидиэлектрической пленки до корони 40 Рующего электрода 10 мм, амплитудупеременного напряжения устанавливаютв пределах 5-8 кВ. Оптимальнаячастота переменного напряжения составляет около 10 Гц, что обусловле 45 но двумя причинами; среднее время пролета иона от коронирующего электродадо поверхности пленки около 0,01 с,что ограничивает нримеиение болеевысокочастотной короны 1 плотностьповерхностного заряда, осажденногона диэлектрическую пленку за одинполупериод, должна быть на одиндва порядка меньше заданной. Зтонеобходимо для получения высокойыоднородности поверхностного потенциала при уменьшенном времени зарядки, С этой точки зрения частота переменной короны должна быть как можно выше,5 11график 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 диэлектрическиепленки,напримерв виде мембран 2.Электрод 1 содержит изолированный от него калибровочный электрод3, расположенный напротив электризатора 4 и соединенный с общей шиной посредством контакта 5 и пружинящего контакта 6 через последовательно включенный второй регулируемый.низковольтный источник 7 постоянного напряжения. Устройство содержитрегулируемый высоковольтный источник8 переменного напряжения, соединенный последовательно с первым регулируемым низковольтным источником 9постоянного напряжения, и нуль-орган 10. Злектризатор 4 включаетвсебя коронирующий электрод 11 иэкран 12, соединенный с общей шиной. В зависимости от конкретной об" ласти применения электретов н ряда других условий коронирующий электрод может быть выполнен в виде иглы, набора игл, лезвия, или тонкой проволоки, а электрод 1 может быть установлен с возможностью вращения, или поступательного движения, или неподвижным и т.д, Электризатор 4 может быть установлен неподвижньщ или с возможностью вращения, или с возможностью прямого и обратного посту" пательного движения и т.д. Благодаря тому, что коронирующий электрод соединен с общей точкой через последовательно включенные высоковольтный источник 8 переменного напряжения, первый низковольтный источник 9 постоянного напряжения и нуль-орган 10, а также благодаря наличию изолированного от общей точки калибровочного электрода 3, соединенного 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 5 20 25 30 течение 24 месяцев уменьшается на15-307),Предлагаемый в настоящем изобретении способ изготовления пленочныхэлектретов осуществляют следующимобразом. На заземленный электрод 1устанавливают диэлектрические пленки,например, в виде мембран 2, присоединенных металлиэированными поверхностями к металлическим кольцам.Устанавливают калибровочный электрод 3, изолированный от заземленногоэлектрода 1, напротив электризатора4, при этом контакт 5 соединяетсяс пружинящим контактом 6. С помощьюрегулируемого высоковольтного источника 8 переменного напряжения, регулируемого низковольтного источника 7 постоянного напряжения устанавливают минимальный по абсолютнойвеличине постоянный ток через нульорган 10. Перемещают подвижный заземленный электрод 1 с расположенными на нем диэлектрическими пленками относительно злектризатора, приэтом диэлектрические пленки заряжаются до потенциала, равного напряжению второго регулируемого низковольтного источника 7 постоянногонапряжения,Применение несимметричного переменного напряжения для питания коронирующего электрода позволяет сов-. местит 1 ь три операции. нейтрализацию диэлектрических пленок, нанесе ние 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 15-303.Устройство для изготовления пленочных электретов работает следующим образом. С помощью электродвигателя перемещения заземпенного электрода 1 (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 830 переменного напряжения и регулируемого низковольтного источника 9 постоянного напряжения устанавливают минимальный по абсолютной величине постоянный ток через нуль-орган 10.При перемещении заземленного электрода 1 с установленными на нем диэлектрическими пленками (мембранами 2), последние проходят под электриэатором 4 и заряжаются до потенциала, равного напряжению второго регулируемого низковольтного источника .7 напряжения.П р и м е р 1. На дисковые мембрань из пленки 4-МБ 2, металлизиро 45 ван ой с одной стороны, толщиной 10 мкм и диаметром 20 мм нанесена стабнльная плотность заряда 1,810Кл/м в течение 0,5 с. Минимальный ток, регистрируемый нуль Как видно из лагаемый способ воляют получать сокого качества водительности. данных таблицы преди устройство позэлектреты более выпри повышенной произорганом при прохождении калибровочного электрода под электризаторам, составляет около.210 А. В качествекоронирующего электрода используется стальная игла, установленная нарасстоянии О мм от поверхности диэлектрических пленок.Частота несимметричного коронного разряда составляет 800 Гц. Аналогичные мембраны другой партии заряжены до той же плотности зарядаизвестным способом. Результаты приведены в таблице.П р и м е р 2. На дисковые мембраны из пленки Ф-МБ 2, металлизированные с одной стороны, толщиной10 мкм и диаметром 11 мм, нанесенастабильная плотность заряда -3,7"10 Кл/м в течение 0,3 с, Мини 4 ймальный ток, регистрируемый нульорганом при прохождении калибровочного электрода под электризатором,составляет около 2 "10А. Коронирукнций электрод и источникпитанияте же, что и в примере 1.Аналогичные мембраны другой партии заряжены до той же плотности заряда известным способом. Результатыприведены в таблице,П р и м е р З.,Прямоугольныемембраны из пленки Ф57 мм и тол 2щнной 10 мкм, металлизированные содной стороны, заряжены до стабильной плотности заряда - 5,2 10 Кл/мв течение 0,2 с. Минимальный ток,регистрируемый нуль,"органом припрохождений калибровочного электрода под электрнзатором, составляет-9около 0,5"10 А. Коронирующий электрод и источники питания те же, что и впримере 1. Аналогичные мембраны другойпартии заряжены до той же плотностизаряда известным способом. Результаты приведены в таблице.1 О 1102395 Плотность заряда через 24 месяца (Кл/м ) Начальная плотность зарядапо изобретению известный способ по изобретению известный способ-5,2 10 3,7О И,7-Р 7570 дактор Т, Янова Техред Н.Глущенко Корректор Е. Рошко Заказ По тета СС крцтий ая наб, сное 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная Размеры мембран, диаметр 20 мм 11 мм-1,8 103 7 10-4 1/3ВНИИПИпо д113035 Тираж Государст елам иэобр , Иосква,нного кений и35, Раув Ю 7 Ющиг.8 ф Ъ 1 в 5 10 3,0 1 О