1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способы производства электродов для конденсатора переменной емкости.

Раздел техники и промышленная применимость.

Конденсатор переменной емкости (КПЕ) представляет собой устройство, которое в простейшем своем варианте содержит пару плоскопараллельных электродов - пластин из электропроводящего материала, на поверхность одного из которых, или на поверхность обоих, нанесен слой диэлектрика. Данные электроды образуют контактную пару, в исходном состоянии находящуюся в состоянии примыкания друг к другу через разделяющий электроды диэлектрик, и образующих в таком виде электрический конденсатор, емкость которого равна взаимной емкости электродов. При этом электроды имеют возможность отделяться друг от друга путем перемещения одного из них (или обоих) из состояния примыкания друг к другу в состояние, когда расстояние между электродами увеличивается и между электродами возникает зазор или щель, что приводит к изменению взаимной емкости данных электродов, поэтому данное устройство называется конденсатором переменной емкости (КПЕ). Это является главным отличием КПЕ от конденсаторов постоянной емкости, для которых перемещение одного электрода относительно другого не предусмотрено. Поэтому создание контактной пары электродов КПЕ (которую в дальнейшем для простоты будем называть электродами КПЕ), предназначенных для многократного наложения друг на друга, является важным элементом производства КПЕ и требует специальных технологических решений.

КПЕ имеют широкое применение в промышленности и технике: кроме общераспространенного использования в радиотехнике, они могут использоваться в качестве планарных электростатических актюаторов, электростатических генераторов, а также могут являться исполнительным элементом замка электростатического (ЗЭС), в котором электростатическая сила притяжения между электродами КПЕ (пондеромоторная сила), возникающая при подаче разности потенциалов на контактную пару электродов КПЕ в момент их примыкания друг к другу, с помощью кинематической связи трансформируется в силу удержания запорного элемента замка в фиксированном (закрытом) состоянии. При этом сила удержания в закрытом состоянии для ЗЭС прямо пропорциональна квадрату емкости КПЕ в исходном состоянии примыкания электродов друг к другу. Поэтому эффективность ЗЭС в этом случае тем выше, чем больше удельная емкость образуемого им КПЕ (электрическая емкость на единицу массы КПЕ) в исходном состоянии примыкания электродов КПЕ друг к другу.

Высокая удельная емкость КПЕ в исходном состоянии важна во многих других случаях, например, когда КПЕ используется в качестве генератора импульсов тока высокого напряжения или в качестве планарного электростатического актюатора, удельная мощность которых также тем выше, чем больше удельная емкость ЕКП, входящих в состав данных устройств.

В общем случае емкость КПЕ тем больше, чем тоньше слой диэлектрика, разделяющий контактную пару электродов в состоянии примыкания друг к другу, и чем плотнее примыкают друг к другу электроды контактной пары КПЕ, то есть чем меньше между электродами зазоры и щели в состоянии примыкания электродов друг к другу, в идеале их не должно быть совсем.

При этом сами зазоры могут быть разделены на два вида: зазоры первого вида, образующиеся за счет дефектов обработки поверхностей электродов (царапины, бугры, сколы и так далее - дефекты, которые делают поверхность электрода недостаточно гладкой); и зазоры второго вида, образующиеся за счет несовпадения формы электродов в местах их контакта. Например, электроды, имеющие различные радиусы кривизны, могут примыкать плотно друг к другу только в одной точке касания, зазор между другими участками электродов будет увеличиваться по мере удаления от точки касания. Очевидно, что данные зазоры второго вида не могут быть устранены за счет качества обработки поверхностей электродов и будут присутствовать у пары идеально гладких электродов, если форма их контактирующих поверхностей не совпадает. Величина же этих зазоров, как это было отмечено выше, является очень важным фактором, определяющим эффективность КПЕ. Поэтому создание электродов КПЕ, у которых указанные выше зазоры между электродами сведены к минимуму или устранены совсем, является важной технической задачей. При этом не менее важной задачей является сведение к минимуму толщины слоя диэлектрика между электродами КПЕ, поскольку сила притяжения между электродами, как уже отмечалось, также сильно зависит от этой величины и быстро уменьшается при увеличении толщины диэлектрика. Создание электродов КПЕ, в которых одновременно успешно решены обе эти задачи, является одной из основных задач настоящего изобретения, поскольку частное решение одной из этих задач, как это будет показано далее, может существенно осложнить или сделать невозможным эффективное решение другой.

Предшествующий уровень техники.

Известно изобретение (патент РФ на изобретение N° 2158438), в котором для решения задачи плотного примыкания электродов друг к другу предложено помещать между контактирующими электродами группу слоев из эластичного диэлектрика и гибкого тонкого проводника, имеющего возможность подключения к источнику электрических зарядов (далее «группа»). В местах поверхности контакта, где встречаются изначально неровные и несовпадающие друг с другом поверхности электродов и за счет этого образуются воздушные зазоры, за счет своей эластичности данная «группа» способна, изгибаясь и деформируясь, заполнять данные зазоры между контактирующими электродами. Однако описанные выше дефекты поверхностей контактирующих электродов первого и особенно второго вида при наложении друг на друга в общем случае создают зазоры, толщина которых может быть очень неоднородной и меняться в широком диапазоне, достигая в общем случае величин, значительно больших микрометра. При этом такая «группа», если общая толщина образующих ее материалов не достаточно велика, может гарантировать плотное примыкание только к одному из пары контактирующих электродов, фактически повторяя форму и дефекты его поверхности в более сглаженном виде. А для того, чтобы обеспечить одновременно плотное примыкание к обоим электродам, данная «группа» должна иметь достаточную для этого толщину, не меньше величины максимального зазора между электродами, и иметь возможность сильно изменять толщину своих слоев (диэлектрика и/или проводника) в зависимости от величины давления на поверхность этих слоев. То есть материалы, из которых нужно изготавливать диэлектрики и/или проводники, не могут быть тоньше некоторой предельной величины, обусловленной изначальными размерами несовпадения поверхностей контакта, и должны быть не только эластичными, но и быть достаточно эластичными и мягкими, что делает проблематичным использование в такой «группе» металлических проводников. Использование достаточно мягкого упругого диэлектрика между электродами в принципе способно устранить воздушные зазоры. Однако для этого диэлектрический слой не может быть тоньше величины самого большого из зазоров между электродами, которые остаются в момент их максимально плотно приближения друг к другу, а величина данного максимального зазора будет определяться качеством обработки электродов и, самое главное, величиной несовпадения форм поверхностей контакта электродов. То есть, толщина диэлектрика принципиально не может быть меньше некоторой величины, определяемой исходным качеством гладкости и степенью несовпадения форм поверхностей контакта электродов. При этом толщина слоя диэлектрика, как это было уже указано выше, является очень важной величиной, определяющей эффективность КПЕ, поскольку его электрическая емкость и сила притяжения между электродами КПЕ при прочих равных условиях тем больше, чем меньше толщина слоя диэлектрика. В общем случае анализируемое в данном разделе техническое решение может привести к такой большой толщине слоя диэлектрика между контактирующими электродами, что емкость КПЕ будет недопустимо мала, и, например, в случае применения КПЕ в качестве ЗЭС, не позволит обеспечить эффективное притяжение друг к другу электродов КПЕ. Поэтому данное техническое решение, вероятно, может служить для устранения дефектов первого вида (определяемых степенью гладкости контактирующих поверхностей) и в большом количестве случаев не может служить для устранения дефектов второго вида (то есть зазоров, возникающих из-за несовпадения формы поверхностей контакта электродов). В тех же случаях, когда данное техническое решение позволяет устранить дефекты второго вида, его применение без предварительной сверхточной обработки поверхностей контакта электродов для их подгонки друг к другу не позволяет использовать U2016/000388

5

слой диэлектрика достаточно малой толщины, то есть такой толщины, которая позволяет иметь удовлетворительную емкость КПЕ и силу притяжения между его электродами. Еще раз необходимо подчеркнуть, что данные неустранимые ограничения возникают из-за несовпадений формы поверхностей контактирующих электродов, неизбежно возникающих из-за ограниченной точности инструментальной обработки материалов. Для того чтобы электроды КПЕ действительно были эффективны, точность совпадения их поверхностей должна быть близка к идеалу.

Раскрытие изобретения.

Техническая задача, решаемая настоящим изобретением, заключаются в создании для описанных выше технических целей такого КПЕ, у которого контактная пара электродов имеет поверхности контакта с максимально полным взаимным соответствием формы, то есть являются взаимно-ответными друг другу и при наложении друг на друга. То есть в исходном положении электроды КПЕ примыкают друг к другу максимально плотно без зазоров и пустот, либо с зазорами и пустотами, размер которых сведен к минимуму. При этом форма поверхностей контакта электродов КПЕ может быть достаточно произвольной, а электроды КПЕ образуют контактную пару со своим уникальным парным электродом, с которым они имеют максимально точное совпадение поверхностей контакта при наложении их друг на друга (то есть являются взаимно-ответными друг другу), и нет никакой гарантии такого же точного совпадения этой поверхности контакта с поверхностями контакта других электродов.

Основные технические решения, используемые в настоящем изобретении для решения вышеуказанной технической задачи, заключаются в следующем:

во-первых, контактную пару электродов КПЕ образуют только такие электроды, которые ранее, в некоторый момент времени вместе составляли единое целое сплошное тело (заготовку), то есть тело без внутренних зазоров или пустот, либо с зазорами или пустотами, имеющими минимально возможный размер, величина которых существенно меньше толщины слоя диэлектрика, который разделяет 8

6

электроды при наложении их друг на друга в процессе эксплуатации электродов; а потом данная заготовка была разделена на электроды (а электроды, соответственно, были отделены друг от друга) с образованием у данных электродов взаимно-ответных поверхностей контакта, то есть поверхностей, которые имеют полное или максимально возможно полное взаимное соответствие формы при соприкосновении или наложении друг на друга, и данные поверхности контакта являются границей, вдоль которой электроды соединялись друг с другом до разделения заготовки и вдоль которой они были отделены друг от друга, благодаря чему они и являются взаимно-ответными друг другу;

во-вторых, в процессе производства контактной пары электродов КПЕ при разделении исходной заготовки на электроды пластические деформации поверхностей контакта, то есть деформации в местах отделения материалов заготовки (электродов) друг от друга, которые могут возникнуть при данном отделении, или отсутствуют совсем, или сведены к пренебрежимо малым величинам, для чего используются только такие способы формирования и/или разделения заготовки, которые исключают пластические деформации при разделении заготовки или приводят к пластическим деформациям, величина которых существенно меньше толщины слоя диэлектрика, который разделяет электроды при наложении их друг на друга в процессе эксплуатации.

Как известно, пластические деформации - это деформации обусловленные пластичностью материалов заготовки и остающиеся после снятия с материалов заготовки механической нагрузки, с помощью которой заготовку разделяют на части.

Таким образом, пластические деформации поверхностей контакта электродов, которые неизбежно имеют место при обычном разделении материалов заготовки, должны быть сведены к минимально возможным величинам, поскольку, чем меньше данные пластические деформации, тем меньше оказываются деформированными поверхности контакта электродов друг относительно друга, и тем выше степень совпадения формы этих поверхностей при последующих наложениях друг на друга, тем в большей степени данные поверхности являются взаимно-ответными друг другу и могут использоваться как поверхности контакта контактной пары электродов. Кроме этого, для того, чтобы такие электроды служили контактной парой, как минимум на одной из поверхностей контакта должен содержаться слой диэлектрического материала, для чего разделяемая заготовка в свою очередь должна или содержать достаточно тонкий слой диэлектрика внутри и разделение должно происходить вдоль этого слоя; или на одну из поверхностей контакта после разделения (возможно на обе) наносится тонкий и равномерный по толщине слой диэлектрика, который с максимально возможной для используемых материалов и способов нанесения диэлектрика точностью повторяет форму, которую имели электроды сразу после отделения друг от друга, после чего данные поверхности используются как поверхности контакта контактной пары электродов.

Достигаемые технические результаты.

Технические результаты, достигаемые настоящим изобретением, заключаются в том, что электроды КПЕ, получаемые заявленными в настоящем изобретении способами производства, в сравнении с другими электродами при прочих равных условиях при наложении контактной пары электродов друг на друга (то есть при их максимальном приближении друг к другу) позволяют получить: во- первых, большую взаимную электрическую емкость электродов; во-вторых, большую силу кулоновского притяжения между ними. Данными прочими равными условиями являются: площадь поверхности контакта электродов; материал или материалы, из которых изготовлен слой диэлектрика, расположенный между поверхностями контакта электропроводящих материалов контактной пары электродов; толщина этого слоя диэлектрика; электрическое напряжение (разница потенциалов) между электродами. Достигаются эти технические результаты именно за счет того, что электроды КПЕ, получаемые заявленными в настоящем изобретении способами производства, позволяют или уменьшить по сравнению с другими электродами, или устранить полностью зазоры или пустоты, которые возникают при наложении электродов друг на друга, поскольку каждый такой зазор или пустота между электродами неизбежно уменьшает их взаимную электрическую емкость. В подтверждение вышесказанного рассмотрим КПЕ с плоскими электродами. Поскольку емкость плоского конденсатора обратно пропорциональна расстоянию между электродами (например, см. [1]), то любой дополнительный зазор между электродами будет увеличивать расстояние между электродами и уменьшать их взаимную емкость. Сила притяжения между плоскими электродами, наложенными друг на друга, при наличии разности потенциалов (напряжения) между электродами (также см. [1]) прямо пропорциональна квадрату величины электрического заряда, который образуется на электродах под воздействием этого напряжения между электродами (на электродах возникают заряды одинаковые по величине и противоположные по знаку). Поскольку величина этого заряда равна произведению напряжения на емкость образованного электродами конденсатора (по определению электрической емкости), при подаче одинакового напряжения на две разные пары электродов больший по величине заряд возникнет на той паре электродов, у которых больше емкость, следовательно, и сила притяжения между этими электродами будет больше. А электрическая емкость электродов КПЕ, как это уже было отмечено выше, тем больше, чем ближе они друг к другу расположены, то есть чем меньше имеется зазоров или пустот между ними при прочих равных условиях.

Варианты осуществления изобретения.

Вариант 1.

Как известно, разделение твердого материала на части (в более широком определении - разрушение материала) бывает пластическим (вязким), которое практически не годиться для целей настоящего изобретения, и бывает хрупким, с образованием хрупкой (иногда называемой магистральной) трещины. В случае хрупкого разрушения вдоль хрупкой трещины возникают поверхности, которые практически идеально совпадают друг с другом и с высокой точностью являются взаимно-ответными. Степень совпадения полученных поверхностей зависит от "идеальности" хрупкого разрушения, то есть от того, насколько малы остаточные пластические деформации в области разрушения. Для многих материалов они могут отсутствовать совсем (например, для фарфора), или могут быть сведены к минимуму при выборе соответствующего режима разрушения, при котором хрупкие свойства материала увеличиваются (иногда очень сильно). Такими факторами, влияющими на степень хрупкости материала, в частности являются: температура - чем ниже температура, тем больше выражена хрупкость материала (как правило), и скорость нагружения материала (например, стекло может выдерживать большие статические нагрузки, но может треснуть от сравнительно небольшого, но резкого удара). Все это дает широкие возможности в получении заявленных в настоящем изобретении электродов посредством хрупкого разрушения исходного материала (заготовки) для отделения электродов друг от друга. Например, с помощью воздействия ударной нагрузки при достаточно низкой температуре на инструментальную сталь, или иной охлажденный до хрупкого состояния металл, можно получить контактную пару электродов КПЕ, которые будут иметь практически идеальные взаимно- ответные поверхности контакта.

Если контактная пара электродов образована из металлической заготовки с помощью хрупкого разрушения, для завершения изготовления контактной пары электродов на одну из их поверхностей контакта (или на обе) можно нанести тонкий ровный слой диэлектрика или создать его иным способом, и контактная пара электродов будет готова.

Например, это можно сделать с помощью оксидирования взаимно-ответных поверхностей. Как известно, процесс оксидирования заключается в создании оксидной пленки на поверхности образца в результате окислительно- восстановительной реакции. Как правило, оксидная пленка обладает отличными диэлектрическими свойствами. Примером тому могут являться оксидные пленки на поверхности алюминия, широко используемые при производстве конденсаторов. При этом оксидирование практически не меняет форму поверхности обрабатываемого образца, что является идеальным для создания контактной пары электродов КПЕ, а следовательно, для достижения необходимого технического результата.

Еще один способ создания слоя диэлектрика между электропроводящими материалами электродов заключается в том, что между взаимно-ответными поверхностями помещают нагретый до расплавленного жидко-образного состояния диэлектрический материал, затем приближают поверхности друг к другу на требуемое расстояние между ними (которое будет определять толщину слоя диэлектрика контактной пары электродов) и охлаждают до перехода диэлектрического материала в твердое состояние. Данный способ создания диэлектрического слоя между электропроводящими материалами с помощью расплавленного диэлектрика может быть модифицирован для диэлектриков, обладающих высокой пластичностью (например, пластмассы) или холодной текучестью (например, тефлон). Поместив первичный слой такого диэлектрика между электропроводящими материалами, можно подвергнуть эту массу сдавливанию, поместив ее, например, под пресс. Сдавливание нужно проводить до максимально полного заполнения зазоров или пустот между поверхностями контакта диэлектрическим материалом за счет его пластических деформаций. Для ускорения процесса, диэлектрический материал можно нагревать.

После завершения подготовки новой заготовки со сформированным внутри слоем диэлектрика электроды снова отделяют друг от друга, прилагая к электродам силы, направленные в противоположные стороны от слоя застывшего диэлектрического материала. Во многих случаях такое отделение будет происходить вдоль одной из границ, отделяющей слой диэлектрического материала от поверхности электропроводящего материала, и такое отделение будет происходить тем лучше, чем меньше поверхностное сцепление или адгезия диэлектрика с электропроводящим материалом, чем больше когезия материалов и чем меньше их пластичность. Для уменьшения вышеуказанного сцепления на одну из взаимно-ответных поверхностей до момента контакта с расплавленным диэлектрическим материалом можно наносить антиадгезионное покрытие. Например, можно использовать специальную антиадгезионную смазку (в том числе в аэрозоле), которые в настоящее время широко применяются для соответствующей обработки металлических пресс-форм и во многих других случаях. Такая смазка может образовывать на обрабатываемой поверхности сшитый сверхтонкий прочный полимерный слой, который будет создавать тончайшую прослойку (во много раз более тонкую, чем создаваемый слой диэлектрика) между поверхностью электропроводящего материала и расплавленной массой диэлектрического материала и, таким образом, препятствовать их сцеплению в момент застывания диэлектрического материала. В результате последующее отделение электродов друг от друга будет происходить точно вдоль этой специально обработанной поверхности без значительных усилий.

Описанный в предыдущем абзаце способ изготовления электродов КПЕ может быть использован и в таком варианте: электроды, фактически спаянные друг с другом застывшим или спрессованным слоем диэлектрика, отделяются повторно вдоль слоя застывшего диэлектрика путем его хрупкого разрушения с образованием в нем хрупкой трещины. В таком случае хрупкое разрушение используется дважды: вначале для исходного разделения электропроводящего материала, и потом для вторичного разделения электродов вдоль слоя диэлектрика. Данный способ имеет широкую перспективу применения, когда велико сцепление поверхностей или адгезия диэлектрика (особенно расплавленного) и электропроводящего материала, а создание антиадгезионной пленки, описанной выше, затруднительно, например, из-за высокой температуры плавления диэлектрика. В таком варианте в качестве диэлектрика можно использовать, например, стекло, керамические диэлектрики, кремний и многие другие материалы.

Возможна и такая разновидность получения заготовки в описанных выше вариантах: между электропроводящими материалами помещают исходное сырье или шликер для производства керамики, в том числе сегнетокерамики, а потом заготовку нагревают до температуры обжига керамики и продолжают обжиг до получения заготовки, содержащей керамический слой между электропроводящими слоями. Такая технология широко применяется сейчас, например, для производства многослойных керамических конденсаторов. А потом эту заготовку можно разделить указанными выше способами на контактную пару электродов.

Дополнительно возможен другой широкий класс вариантов производства электродов КПЕ, отличающихся от описанных выше, но в которых также используется хрупкое разрушение материала заготовки. Создают заготовку, которая содержит два слоя электропроводящих материалов, каждый из которых предварительно подготавливается отдельно и не является результатом предварительного отделения друг от друга, и которая содержит прослойку диэлектрического материала между данными слоями электропроводящих материалов. Для плотности сцепления материалов друг с другом и устранения зазоров или пустот между ними их подвергают нагреванию и доводят до полностью или частично расплавленного состояния (это можно делать до момента их соединения или после него). При этом до расплавленного состояния в зависимости от температуры плавления материалов может доводиться или электропроводящий материал, или диэлектрик, или несколько материалов. После охлаждения и перехода полученной таким образом заготовки в твердое состояние, ее разделяют путем хрупкого разрушения диэлектрического материала с образованием хрупкой трещины вдоль слоя диэлектрического материала. В результате получается контактная пара электродов КПЕ, имеющих взаимно-ответные поверхности контакта, образованные вдоль хрупкой трещины. Для данного варианта в качестве диэлектрика также можно использовать, например, стекло, керамические диэлектрики, кремний и многие другие материалы.

Вариант 2.

Существует принципиально другой вариант осуществления настоящего изобретения, основанный на том, что в природе существует ряд материалов, обладающих особым физическим свойством - спайностью. Спайность - это способность некоторых минералов (или кристаллов) раскалываться по определенным кристаллографическим направлениям с образованием гладких параллельных поверхностей, называемых плоскостями спайности; спайность возникает в тех направлениях, где химические связи решетки ослаблены. Спайность различается по степени совершенства. Материалы, обладающие совершенной спайностью (кальцит, галенит и пр.) и особенно обладающие весьма совершенной спайностью (слюды, графит и пр.) позволяют разделять их вдоль плоскостей спайности без пластических деформаций при разделении с возможностью образования идеальных взаимно-ответных поверхностей. Особенно перспективно использование слюды, которая идеально подходит для формирования контактирующих поверхностей контактной пары электродов. Слюды являются группой минералов-алюмосиликатов, обладающих слоистой структурой и весьма совершенной спайностью и способны расщепляться на чрезвычайно тонкие листочки, сохраняющие гибкость, упругость и прочность. При этом слюда является прекрасным диэлектрическим материалом. Современная промышленность выпускает слюдяные пластины толщиной от 4 микрометров, площадью в несколько квадратных сантиметров с чрезвычайно гладкой поверхностью. Слюды обладают прекрасными электроизоляционными свойствами. Например, у одной из разновидностей слюды - мусковита - относительная диэлектрическая проницаемость составляет 6-8 единиц, удельное объемное сопротивление составляет 10 ¹² -10 ¹⁴ Ом/м, а электрическая прочность достигает нескольких десятков МВ/м. В сочетании с высокой нагревостойкостью (500-600 °С) это делает слюду прекрасным диэлектрическим материалом для изготовления электродов КПЕ. Использование слюды, позволяет производить отделение электродов друг от друга вдоль плоскости спайности с образованием идеальных взаимно-ответных поверхностей. Например, на лист слюды с каждой стороны напаивается или любым иным способом наносится расплавленный металлический проводник с температурой плавления меньшей, чем нагревостойкость слюды (например, олово), или лист слюды помещают внутрь расплавленного металла; затем производится охлаждение заготовки до перехода металла в твердое состояние, и после расщепления листа слюды вдоль одной из плоскостей спайности из заготовки получают контактную пару электродов КПЕ с идеально совпадающими взаимно-ответными поверхностями. Возможен вариант, когда два листа слюды, образованные разделением вдоль плоскостей спайности, накладываются друг на друга, затем на внешние стороны каждого листа напаивается или любым иным способом наносится расплавленный металлический проводник, либо они помещаются внутрь расплавленного металла, при этом в течение всего этого процесса Т 2016/000388

14

контролируется плотное примыкание пластин слюды друг к другу. После чего происходит охлаждение заготовки и ее разделение на электроды КПЕ с идеально совпадающими взаимно-ответными поверхностями.

Вариант 3.

Другой широкий класс способов производства электродов КПЕ, отличающийся от описанных выше, заключается в том, что при формировании единого сплошного тела (заготовки) для последующего разделения его на электроды используется пластичность или текучесть (в том числе холодная текучесть) объединяемых материалов для заполнения и устранения зазоров и пустот между материалами в процессе производства за счет пластических деформации этих материалов. Для этого заготовки соединяют и с достаточной силой сдавливают друг с другом и таким образом формируют из заготовок единое сплошное тело, то есть единое тело без внутренних пустот или с пустотами, количество и размер которых сведены к минимально возможным величинам. Для того, чтобы это было возможным, как минимум одна из частей заготовки (один из электропроводящих материалов и/или диэлектрический материал) должна быть достаточно пластичной или обладать текучестью, то есть быть способной получать остаточные деформации без разрушения и сохранять их после снятия нагрузки. В некотором смысле этот процесс объединения исходных материалов в единое сплошное тело похож на изготовление деталей методом штамповки, когда обрабатываемая деталь получает форму, являющуюся взаимно-ответной форме штампа, роль которого (частично или полностью) может выполнять один из электродов будущей контактной пары, для чего его пластичность должна быть существенно меньше пластичности второй части заготовки. Возможен вариант, когда пластичности объединяемых частей заготовки близки друг к другу, и в этом случае обе эти части в процессе сдавливания одновременно служат подобием штампа друг для друга и одновременно деформируются, заполняя пустоты между объединяемыми частями заготовки. После завершения процесса пластических деформаций в заготовке электроды отделяют друг от друга, в результате чего образуется как минимум одна пара электродов КПЕ, которые в местах, где заготовки соприкасались друг с другом, когда являлись 00388

15

единым сплошным телом, имеют взаимно-обратные поверхности, то есть поверхности, которые имеют полное (или максимально возможно полное) взаимное соответствие формы при соприкосновении или наложении друг на друга. При этом такое разделение в большинстве случаев будет происходить при минимальных разъединяющих усилиях, разделяющих заготовку на части. Исключение может составлять для материалов, имеющих повышенную адгезию или сцепление друг с другом. Для уменьшения адгезии на одну из поверхностей перед сдавливанием можно наносить специальное антиадгезионное покрытие, уже описанными ранее способами.

Для описанного выше способа с целью увеличения пластичности материалов заготовки, их можно нагревать, а в некоторых случаях доводить до полностью или частично расплавленного состояния. В этом случае для сдавливания заготовок друг с другом до образования единого сплошного тела может оказаться достаточно собственного веса одной из частей заготовки и/или гидростатического (весового) давления расплавленного до жидко-образного состояния электропроводящего материала и/или гидростатического (весового) давления расплавленного до жидко-образного состояния диэлектрического материала, а при разделении электродов их желательно охлаждать, а в случае, когда одна из частей заготовки доводится до расплавленного состояния, это нужно делать обязательно. Описанные здесь способы производства электродов КПЕ могут быть использованы для создания на начальном этапе контактной пары, состоящей только из электропроводящих материалов (аналогично описанным ранее способам создания контактной пары электродов путем хрупкого разрушения электропроводящего материала с образованием хрупкой трещины). После чего может быть проведена их дополнительная обработка для создания слоя диэлектрика между образованными взаимно-ответными поверхностями контакта контактной пары электродов, которые были описаны для варианта с хрупким разрушением электропроводящего материала: путем оксидирования поверхностей (для металлических электропроводящих материалов); путем нанесения на поверхность контакта тонкого и равномерного слоя диэлектрика, в том числе расплавленного до жидкого состояния и потом 16 000388

16

охлажденного, включая вариант, когда последующее разделение электродов происходит путем образования хрупкой трещины в этом слое диэлектрика; путем размещения между разделенными электропроводящими материалами исходного сырья или шликера для производства керамики, в том числе сегнетокерамики, с последующим обжигом до получения керамического слоя между электропроводящими слоями.

В качестве диэлектрических материалов в данном классе способов производства можно использовать, например, пластмассы, в том числе термопластический полимер тефлон, обладающий холодной текучестью, и многие другие диэлектрические материалы, в том числе упоминавшиеся выше: стеклянные и керамические диэлектрики, кремний и другие.

Таким образом, в настоящем изобретении заявлены три независимых технических решения для способов производства электродов КПЕ, имеющих взаимно-ответные поверхности контакта, подробно описанные выше:

во-первых, путем разделения заготовки с помощью хрупкого разрушения материала заготовки вдоль хрупкой трещины (вариант 1);

во-вторых, путем разделения заготовки вдоль плоскостей спайности одного из материалов заготовки (вариант 2);

в-третьих, разделение спрессованной заготовки, при формировании которой использовалось сдавливание образующих ее материалов (вариант 3).

Дополнительные варианты осуществления изобретения.

Для всех описанных выше способов производства электродов КПЕ возможно специальное формирование областей на поверхностях контакта электродов, имеющих взаимно-ответное искривление переменного радиуса кривизны или иной формы, то есть специальной области с существенным отклонением формы поверхности от общего квази-плоского вида, например специального бугра на одном из электродов и соответствующей ему впадины на другом электроде, или любого другого углубления на одном электроде и соответствующей ему выпуклости на другом электроде. Или возможно придание взаимно-ответным поверхностям контакта иной специальной геометрической формы, подобранной таким образом, чтобы взаимное положение электродов, при котором они плотно примыкают друг к другу, существенно отличалось от других вариантов их наложения друг на друга (например, можно использовать клиновидную форму на одной поверхности и соответствующий ей паз на другой). Это может быть актуально для того, чтобы в процессе последующей эксплуатации контактной пары электродов не возникло проблем с их точным совмещением, поскольку в этом случае положение, в котором совмещение электродов будет идеально точным, будет устойчиво по отношению к вероятным воздействиям посторонних возмущений или иных помех в момент наложения электродов контактной пары друг на друга.

Также, в процессе производства электродов КПЕ во многих случаях формирования сплошного тела (заготовки), которое потом будут разделять на контактную пару электродов, для более плотного заполнения зазоров или пустот в заготовке как минимум одну из них можно подвергать воздействию вибрации. Также, везде в данном описании под электропроводящим материалом подразумевается любая возможная комбинация из произвольного набора электропроводящих материалов. Наиболее перспективным является комбинация из тугоплавкого каркаса повышенной твердости (например, решетка из стали) и второго электропроводящего материала более пластичного и/или имеющего меньшую температуру плавления (например, олово или свинец). Такая комбинация позволяет получать сплошное тело (заготовку) при более низких температурах нагревания (при плавлении второго электропроводящего материала в процессе производства) или при меньшем усилии или давлении (при сдавливании заготовки в процессе производства), и одновременно позволяет получать электроды, обладающие более высоким модулем упругости и более высоким сопротивлением к разрушению или пластическим деформациям, что повышает их эксплуатационные качества.

Источники информации.

1. Фейнман Ричард Ф., Лейтон Роберт Б., Сэндс Мэтью Фейнмановские лекции по физике. Вып. 5: Электричество и магнетизм: Учебное пособие. Пер. с англ. / Под ред. ЯЛ. Смородинского. Изд. 5-е. М.: Издательство ЛКИ, 2010. - 304 с.