RU2819098C1 - Способ изготовления диафрагмы веерного типа с алмазоподобным углеродным покрытием - Google Patents

Способ изготовления диафрагмы веерного типа с алмазоподобным углеродным покрытием Download PDF

Info

Publication number
RU2819098C1
RU2819098C1 RU2024102801A RU2024102801A RU2819098C1 RU 2819098 C1 RU2819098 C1 RU 2819098C1 RU 2024102801 A RU2024102801 A RU 2024102801A RU 2024102801 A RU2024102801 A RU 2024102801A RU 2819098 C1 RU2819098 C1 RU 2819098C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
diaphragm
diamond
fan
carbon
carbon coating
Prior art date
Application number
RU2024102801A
Other languages
English (en)
Inventor
Николай Васильевич Стригунов
Александр Иосифович Поплавский
Евгений Александрович Пилюк
Марина Евгеньевна Галкина
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ")
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ")
Application granted granted Critical
Publication of RU2819098C1 publication Critical patent/RU2819098C1/ru

Links

Abstract

Изобретение относится к области акустики, в частности к способу изготовления излучающей диафрагмы для головки громкоговорителя. Способ включает изготовление из бумаги диафрагмы веерного типа. Диафрагму через центральное отверстие в ней надевают на металлическую оснастку в форме цилиндра и размещают на планетарном механизме вращения в вакуумной камере. В камере создают вакуум не хуже 3×10-3 Па и проводят очистку поверхности диафрагмы ускоренными ионами аргона с энергией 500-2000 эВ с помощью газового ионного источника, далее инициируют импульсный электродуговой разряд на графитовом катоде и получают импульсный поток углеродной плазмы с энергией ионов 40-100 эВ, с помощью которого производят формирование на диафрагме веерного типа алмазоподобного углеродного покрытия. Температуру диафрагмы поддерживают в пределах 300-350 K путем регулирования частоты следования импульсов электродугового разряда 1-10 Гц. Технический результат – расширение диапазона частотной характеристики акустического устройства. 2 ил.

Description

Изобретение относится к области акустики, в частности, к способу изготовления излучающей диафрагмы для головки громкоговорителя.
Известен способ изготовления радиально изогнутых диафрагм динамика, которые имеют множество тонких сегментов в форме круга, расходящихся наружу от их центра, причем каждый из сегментов имеет дугообразное поперечное сечение (патент CA № 2253530, публ. 1999.05.10). Уникальность этих диафрагм в том, что они изготовлены из поликарбонатного пластика и имеют форму выпуклости к центру для высокочастотных диафрагм или вогнутости к центру для более крупных диафрагм широкого диапазона. Степень вогнутости и ширина сегментов могут изменяться в зависимости от радиального расстояния от центра диафрагмы.
Указанный способ предполагает изготовление диафрагмы динамика достаточно сложной конфигурации, состоящей из нескольких диафрагм, несмотря на то, что каждая из них может использоваться отдельно. Также для установки центральной диафрагмы необходимы дополнительные упоры, либо она может удерживаться с помощью клея и/или механической конструкции корпуса акустического устройства.
Известен также способ создания композитной акустической диафрагмы с алмазоподобным углеродным покрытием (патент CN № 1031740, публ. 1994.10.05), заключающийся в том, что металлическая подложка закрепляется в кольцевой зажим, затем помещается в вакуумную камеру между вспомогательными электродами, далее через впускной патрубок вводится газ (этан, бутан, ацетилен, этиловый эфир, этанол, толуол и другой углеродсодержащий газ или может быть газифицированная углеродсодержащая жидкость под низким давлением, также может быть вышеупомянутый газ и аргон, водород и смешанный неуглеродсодержащий газ), при этом давление в вакуумной камере поддерживается в диапазоне 3-10 Па. Далее производится очистка ионной бомбардировкой с включением высоковольтного источника питания постоянного тока при напряжении в диапазоне 2000-3000 В. Затем производят осаждение покрытия при давлении в вакуумной камере от 10 до 50 Па при напряжении 800-1600 В. Данным способом можно одновременно осуществлять одностороннее осаждение или двустороннее осаждение покрытия, толщиной 0,5-20 мкм. Нанесение покрытия данным способом предполагает использование вредных газов в процессе осаждения покрытия, а также использование ускоряющего потенциала, что ограничивает только металлами материал, используемый для изготовления диафрагмы, и снижает свойства покрытия, вследствие его нагревания.
В работе (Lin C.-R., Liu S.-H., Liou W.-J., Chang C.-K. Improvement in the Frequency Response of Loudspeakers by Using Diamond-Like Carbon Film Coatings // Materials Transactions. - 2011. - V.52. - N.10. - P.1966 - 1971) установлено, что аморфные алмазоподобные углеродные покрытия (DLC), нанесенные на диафрагмы из полиэфиримида (PEI) при низкой температуре с помощью радиочастотного (RF) магнетронного распыления, имеют хорошую адгезию и низкую шероховатость поверхности. Анализ результатов показал, что частотная характеристика диафрагмы с покрытием увеличилась в среднем на 0,2-1,2 дБ. Однако, этот тип громкоговорителей не может иметь акустическую точность воспроизведения на частоте ниже 714,4 Гц (f0), потому что fo увеличивается с увеличением модуля Юнга диафрагмы в процессе распыления.
Наиболее близким техническим решением является способ нанесения алмазоподобной углеродной пленки (патент CN №1402589, публ. 2003.03.12), в частности, способ нанесения алмазоподобного пленочного слоя на диафрагму динамика акустической системы c использованием источника вакуумной катодной дуги и графитовой мишени для генерирования углеродной плазмы. Диафрагму, которая может быть изготовлена из алюминия, алюминиевого сплава, титана, титанового сплава, бериллия, также с покрытой проводящими материалами поверхностью, имеющую сферическую, круглую кольцевую или плоскую форму, помещают в вакуумную камеру, затем производят очистку поверхности ионами титана в среде газообразного аргона, далее наносят переходные слои титана и карбида титана в среде аргона или смеси аргона с водородом для улучшения адгезии. Затем в среде водорода производят нанесение углеродного алмазоподобного покрытия путем катодного распыления графитовой мишени, при этом подают на подложку напряжение смещения несколько сотен вольт. Толщина покрытия составляет 0,5-1,5 мкм. Изготовленная в вышеуказанных условиях диафрагма, имеет частотную характеристику примерно 18 кГц.
Основным недостатком прототипа является использование дополнительных переходных слоев титана и карбида титана, нанесение которых требует высоких температур, что ограничивает ассортимент материалов, используемых для изготовления диафрагмы, и увеличивает ее массу, а также для реализации данного способа необходимо использование дополнительного электростатического ускорения ионов углеродной плазмы путем приложения к изделию отрицательного потенциала, что не позволяет наносить покрытие на диэлектрические материалы. Кроме того, нанесение покрытия данным способом предполагает напуск газа водорода, что дополнительно снижает свойства получаемых алмазоподобных углеродных покрытий, в частности, с увеличением содержания водорода в покрытии повышается концентрация полимероподобных кластеров, которые понижают твердость покрытия.
В основу настоящего изобретения поставлена задача создания способа изготовления диафрагмы веерного типа с алмазоподобным углеродным покрытием, лишенного недостатков прототипа.
Технический результат - расширение диапазона частотной характеристики акустического устройства.
Задача решается следующим путем: предварительно изготовленную из бумаги диафрагму веерного типа через центральное отверстие в ней надевают на металлическую оснастку в форме цилиндра и размещают на планетарном механизме вращения в вакуумной камере, создают вакуум не хуже 3×10-3 Па и проводят очистку поверхности диафрагмы ускоренными ионами аргона с энергией 500-2000 эВ с помощью газового ионного источника, далее инициируют импульсный электродуговой разряд на графитовом катоде и получают импульсный поток углеродной плазмы с энергией ионов 40-100 эВ, с помощью которого производят формирование на диафрагме веерного типа алмазоподобного углеродного покрытия, при этом температуру диафрагмы поддерживают в пределах 300-350 K, путем регулирования частоты следования импульсов электродугового разряда 1-10 Гц.
Новизна и изобретательский уровень предлагаемого изобретения подтверждаются тем, что:
- использование газового ионного и импульсного источника углеродной плазмы обеспечивает очистку поверхности диафрагмы с последующим осаждением алмазоподобного углеродного покрытия без приложения к диафрагме отрицательного ускоряющего потенциала, что позволяет наносить покрытия на диэлектрические материалы, в предлагаемом изобретении на диафрагму, выполненную из бумаги. Толщина покрытия составляет 0,5-1 мкм.
- излучающая диафрагма представляет из себя плоскую рельефную поверхность в виде чередующихся выступов и впадин, образованных в результате гофрирования бумаги марки КМ-080 (ГОСТ 23436-83) - «диафрагма веерного типа», диаметром 25 мм, на которую вакуумно-дуговым методом наносят алмазоподобное углеродное покрытие. Выбор данной марки бумаги обоснован плотностью, высокой прочностью и жесткостью ее массива.
Данная конфигурация позволяет достигнуть равномерного распределения жесткости по всей поверхности излучающей диафрагмы, а вследствие этого и равномерного распределения вибронагрузки по всей поверхности звукообразующей диафрагмы при соединении с каркасом звуковой катушки.
На поверхность диафрагмы наносят алмазоподобное углеродное покрытие импульсным вакуумно-дуговым методом. Свойства алмазоподобного углеродного покрытия определяются, главным образом, соотношением в аморфной матрице межатомных связей, образованных за счет sp2 и sp3 гибридизации, sp3-тип связи между атомами углерода характерен для алмаза, sp2-тип связи соответствует структуре графита. Покрытия, полученные вышеупомянутым способом, характеризуются высоким содержанием sp3-типа связи между атомами углерода, поэтому они характеризуются химической инертностью, высокой механической твердостью, высоким модулем Юнга (порядка 400-600 ГПа) и высокой скоростью распространения звука, что делает перспективным их использование в качестве покрытий на диафрагмах громкоговорителей (Robertson J. Diamond-like amorphous carbon // Material Science Engineering R. - 2002. - V.37. - P. 129-281; Rajak, D.K.; Kumar, A.; Ajit, B.; Menezes, P.L. Diamond-Like Carbon (DLC) Coatings: Classifications, Properties, and Applications // Applied Sciences. - 2021. - 11. - 4445- 4465; Lin C.-R., Liu S.-H., Liou W.-J., Chang C.-K. Improvement in the Frequency Response of Loudspeakers by Using Diamond-Like Carbon Film Coatings // Materials Transactions. - 2011. - V.52. - N.10. - P.1966 - 1971; Inkin V.N., Kirpilenko G.G., Kolpakov A.J. Internal stresses in ta-C films deposited by pulsearc discharge method // Diamond and Related Materials. - 2001. - V.10. - P.1103-1108; Lin C.-R., Liu S.-H., Liou W.-J., Chang C.-K. Improvement in the Frequency Response of Loudspeakers by Using Diamond-Like Carbon Film Coatings // Materials Transactions. - 2011. - V.52. - N.10. - P.1966 - 1971).
Предлагаемое изобретение поясняется рисунками.
Фиг. 1 - Внешний вид диафрагмы.
Фиг. 2 - Частотные характеристики диафрагмы до и после нанесения алмазоподобного углеродного покрытия.
Пример осуществления изобретения.
Сначала изготавливают излучающую диафрагму для головки громкоговорителя, которая представляет собой плоскую рельефную поверхность в виде чередующихся выступов и впадин, образованных в результате гофрирования бумаги («диафрагма веерного типа»), которую закрепляют на металлической оснастке и помещают в вакуумную камеру. Камеру вакуумируют до давления не хуже 3×10-3 Па. Производят обработку (очистку) диафрагмы ускоренными ионами газа аргона с помощью газового ионного источника. Затем наносят алмазоподобное углеродное покрытие с использованием импульсного электродугового распыления графитового катода. Углеродная плазма, конденсируясь на поверхности диафрагмы, образует однородную аморфную структуру с высоким содержанием sp3-типа связи между атомами углерода, таким образом, формируется покрытие с повышенными механическими свойствами и высокой скоростью распространения звука, что позволяет расширить диапазон частотной характеристики диафрагмы.
Пример
Диафрагму веерного типа закрепили на металлической оснастке и поместили в вакуумную камеру. Камеру вакуумировали до давления 2×10-3 Па. Проводили обработку поверхности ускоренными ионами аргона с помощью ионного источника при следующих параметрах разряда: ток разряда- 80 мА, напряжение разряда- 2500 B, время обработки составляло 3 мин. Потом наносили алмазоподобное углеродное покрытие с использованием импульсного электродугового распыления графитового катода при следующих параметрах: величина емкостного накопителя- 2000 мкФ, напряжение на емкостном накопителе - 300 B, частота следования импульсов - 2 Гц, общее количество импульсов - 3000. Производительность процесса нанесения покрытия составила 0,2 нм/имп. Толщина покрытия составляла 0,6 мкм. Температура подложки не превышала 330 К. После этого диафрагму с покрытием закрепляют на каркасе звуковой катушки с использованием клея БФ-2. Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) громкоговорителя с диафрагмой веерного типа была измерена при помощи usb микрофона USB RTA Meter с встроенным прецизионным аналого-цифровым преобразователем и усилителем низкой частоты. Используемый в микрофоне всенаправленный электретный микрофонный капсюль имеет линейную АЧХ, что сводит к минимуму разброс характеристик. В качестве источника сигнала использовался генератор Актаком АНР-1003, и в режиме качания частоты в диапазоне 3,8 кГц - 18 кГц снимают частотные характеристики диафрагмы.
Результаты измерений показали, что нанесение алмазоподобного углеродного покрытия на диафрагму веерного типа позволило расширить частотный диапазон в области высоких частот с 12 кГц до 18 кГц по уровню ±3дБ по сравнению с диафрагмой без покрытия.
Частотные характеристики диафрагмы до и после нанесения алмазоподобного углеродного покрытия приведены на фиг. 2.
Таким образом, поставленная задача решена, предложенный способ позволяет наносить алмазоподобное углеродное покрытие при низких температурах осаждения на диэлектрические материалы, а именно на бумажную диафрагму веерного типа, конфигурация которой позволяет равномерно распределять жесткость по всей ее поверхности и расширяет частотный диапазон в области высоких частот с 12 кГц до 18 кГц по уровню ±3дБ по сравнению с диафрагмой без покрытия.

Claims (1)

  1. Способ изготовления диафрагмы веерного типа с алмазоподобным углеродным покрытием, включающий предварительную очистку поверхности диафрагмы ускоренными ионами и нанесение алмазоподобного углеродного покрытия, отличающийся тем, что предварительно изготовленную из бумаги диафрагму веерного типа через центральное отверстие в ней надевают на металлическую оснастку в форме цилиндра и размещают на планетарном механизме вращения в вакуумной камере, создают вакуум не хуже 3×10-3 Па и проводят очистку поверхности диафрагмы ускоренными ионами аргона с энергией 500-2000 эВ с помощью газового ионного источника, далее инициируют импульсный электродуговой разряд на графитовом катоде и получают импульсный поток углеродной плазмы с энергией ионов 40-100 эВ, с помощью которого производят формирование на диафрагме веерного типа алмазоподобного углеродного покрытия, при этом температуру диафрагмы поддерживают в пределах 300-350 K путем регулирования частоты следования импульсов электродугового разряда 1-10 Гц.
RU2024102801A 2024-02-05 Способ изготовления диафрагмы веерного типа с алмазоподобным углеродным покрытием RU2819098C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2819098C1 true RU2819098C1 (ru) 2024-05-14

Family

ID=

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2056218B (en) * 1979-07-10 1984-02-01 Tokyo Shibaura Electric Co Diaphragm
CN1402589A (zh) * 2002-11-02 2003-03-12 广州有色金属研究院 一种类金刚石复合扬声器振膜的制备方法
RU2453071C1 (ru) * 2011-02-17 2012-06-10 Общество с ограниченной ответственностью "Наноконпроект РД" Диффузор громкоговорителя из композиционного материала

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2056218B (en) * 1979-07-10 1984-02-01 Tokyo Shibaura Electric Co Diaphragm
CN1402589A (zh) * 2002-11-02 2003-03-12 广州有色金属研究院 一种类金刚石复合扬声器振膜的制备方法
RU2453071C1 (ru) * 2011-02-17 2012-06-10 Общество с ограниченной ответственностью "Наноконпроект РД" Диффузор громкоговорителя из композиционного материала

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6093875B2 (ja) 基材とdlc膜との間に形成される中間層の形成方法、dlc膜形成方法、基材と中間層とから成る中間層形成基材およびdlcコーティング基材
JP2010174310A (ja) ダイヤモンドライクカーボン膜の製造方法
JPH0881299A (ja) 弓そりを低下させた合成ダイヤモンド皮膜とその製造方法
RU2819098C1 (ru) Способ изготовления диафрагмы веерного типа с алмазоподобным углеродным покрытием
CN100397953C (zh) 一种类金刚石复合扬声器振膜的制备方法
KR100592100B1 (ko) 마이크로 스피커의 진동판
JP2004137541A (ja) Dlc傾斜構造硬質被膜及びその製造方法
CN116761117A (zh) 一种扬声器振膜、制备方法及扬声器
CN113293357B (zh) 一种脉冲复合射频增强空心阴极长管内壁沉积类金刚石涂层方法
CN116623129A (zh) 一种基于反向正脉冲技术的高硬度四面体非晶碳膜ta-C涂层的制备方法
CN211047202U (zh) 一种振膜
CN113151797B (zh) 一种基于硬质合金表面镀ta-C膜的离子清洗工艺
JPH02280310A (ja) 電解コンデンサ用電極材料の製造方法
TWI626854B (zh) 具立體形貌之駐極體薄膜的製作方法及其產品
JP2007031797A (ja) ダイヤモンドライクカーボン皮膜被覆部材およびその製造方法
JP2017218624A (ja) 硬質膜の成膜方法
Sun et al. Microstructure, mechanical properties, and adhesion behavior of DLC/W coating on Al-Mg loudspeaker diaphragm for enhancing its acoustic performance
US10993058B2 (en) Manufacturing method for diamond-like carbon vibrating diaphragm and loudspeaker
JP3378758B2 (ja) 非晶質炭素系被膜の形成方法
TWI554633B (zh) 類鑽碳膜及其製作方法
KR100373953B1 (ko) 콘덴서 마이크로폰용 진동판의 제조방법
JPH11310868A (ja) 被覆部材の製造方法
Yoshioka et al. Thin solid films of ceramic and diamond and their application
JPH11152568A (ja) 円筒状部材の内周面への硬質カーボン膜形成方法
TW202120743A (zh) 具有超音波鍍覆膜層的鍍覆件及超音波鍍膜方法