Электронагреватель для микрокриогенных систем

 

Союз Советских

Социалистических

Ресеублнк

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ С ЕТЕЛЬСТВУ

<1>864594. т5тгЬ Р . йА ;4ВЮ

1кс1ючй ФАФ ИБЛИОТРК и (61) Дополнительное к авт. санд-ву (22) Заявлено 071279 (21) 2848729/24-07 Р1) + н 05 В 3/16 а 01 К 13/00 с присоединением заявки М (23) Г3рнорнтет

Государственный комитет

СССР но делан изобретений н открйтнй

Опубликовано 150931.бюллетень Й9 34 (53) УДК 621. 365.49 (088.8) Дата опубликования опнсанн» 1509.81 (72) Авторы изобретения

В.Н.Никуленко, В.И.Коришев, A.A.Øåíê и A.Ñ.Áîóø (71) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬ ДЛЯ МИКРОКРИОГЕННЫХ

СИСТЕМ

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электронагревательным элементам, используемым преимущественно в криогенной технике.

Известен нагревательный элемент, содержащий резнстивные дорожки, расположенные на подложке (1).

Однако у этого нагревательного элемента резнстивные дорожки не защищены от внешних воздействий и обладают недостаточной стабильностью сопротивления и надежностью в работе.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому устройству является 15 электронагреватель, содержащий основание, поверх которого нанесены резистивная металлическая пленка, металлический и изоляционные слои (2J.

Однако сопряжение изолирующего 20 синтетического материала с реэистивным слоем снижает механическую прочность нагревательного элемента при криогенных температурах, а наличие нескольких слоев изолирующего материала создает значительное тепловое сопротивление между реэистнвной пленкой и нагреваемым изделием, приво-. дящее к повышению температуры резистнвной пленки, что снижает надем- 30 ность и эффективность всего устройства.

Целью изобретения является повышение надежности и эффективности работы электронагревателя.

Поставленная цель достигается тем, что резистивная пленка выполнена с удельным поверхностным сопрО- g тивлением, не превышающим 100 Ом/см, металлический слой нанесен непосредственно на резистивный н выполнен из материала с близким к резистивному КТР, например алюминия, на поверхности металлического слоя расположен изоляционный слой из его .окисла, основание выполнено иэ окиси бериллия с соотношением сторон не более 1:3, а соотношение изоляционного слоя и резистивного 1:100.

На чертеже иэорражен схематически нагревательный элемент.

Нагревательный элемент содержит реэистивную пленку 1, расположенную на основании 2, покрытой слоем металла 3, позволяющим паять устройство к металлическому нагреваемому изделию, и изолирующее покрытие 4.

При включении нагревательного элемента в.электрическую цепь с.помощью электродов 5, соединенных с резистив-, 864594

SS

d0 ной пленкой, теплота, выделяемая на резистивной пленке, передается нагреваемому изделию, находящемуся при криогенных температурах, через пбдложку из окиси бериллия.

Выполнение нагревательного элемента в виде металлической пленки позволяет получить значение сопротивления 10Q Ом, необходимое для измерения и регулирования холодопроиэводительности микрокриогенных систем, на площаци 0,3-1,0 см, которая определяется размером зоны криостатирования. В качестве резис— тивного материала выбран нихром, манганин или другой металлический материал, обладающий постоянством сопротивления при изменении температуры в широких пределах (4,2-300 К).

При напылении резистивного слоя из металла обеспечивается повторяемость свойств нагревательных элементов, т.е. их взаимозаменяемость °

Минимальная толщина пленки, которая соответствует верхнему стабильному значению удельного сопротивления 100 Ом/см, равна 1-2 мкм. При

2 меньших толщинах удельное сопротивление пленки из нихрома и манганина резко увеличивается с уменьшением толщины, что снижает стабильность сопротивления нагревательного элемента и делает его непригодным для измерения холодопроизводительности.

В качестве основания выбрана теплопроводная при криогенных температурах керамико-поликристалличес- кая окись бериллия, у которой КТР близок к KTP пленки из нихрома, манганина и которая обладает. хорошей адгезией к большинству металлов.

Стороны основания должны удовлетворять соотношению 1:3, не более. При соотношении большем указанного при пр8пускании тока через нагревательный элемент влияние концевых эффектов в расределении токов увеличивается, чтд проявляется как нестабильность сопротивления.

Другой изолирующий слой выполняется из материала, образующего при окислении защитный окисный барьер, не образующего соединенйй с резистивной пленкой, с минимальной скоростью диффузии и с КТР, близким к

КТР пленки и подложки. В качестве такого материала выбран алюминий.

При толщине изолирующей пленки, равной 0,01 толщины резистивной, обеспечивается наличие слоя чистого алюминия между резистивной пленкой и слоем окиси алюминия толщиной несколько ангстрем. Этот слой выполняет роль демпфера, обеспечивая механическую прочность нагревательного элемента в широком диапазоне криогенных температур. Оптимальное соотношение толщин 1 :100 соответствует соотношению поверхностных сопротивлений, равному 3-8.

Полученные результаты показывают, что устройство работоспособно в интервале температур 4,2-300 К. При эксплуатации его установленным на криоповерхности микрокриогенных систем пОтери теплоты .в окружающую среду излучением минимальны и составляют 0,001%, т.е. практически вся теплота, выделяемая на нагревательном элементе, используется для компенсации измеряемой холодопроизводительности. Нагревательный элемент позволяет измерять холодопроизводительность, компенсируя тепловые потоки до 10 Вт/см, при этом температура элемента превышает температуру криоповерхности не более, чем.на 4 K.

Механическая прочность, обусловленная выбором. соотношения толщин слоев, стабильность сопротивления, подтвержденная при многократном термоциклировании от 4,2 до 300 К, минимальные температурные градиенты между элементом и криоповерхностью позволяют значительно увеличить длительность работы до 1000 ч и более.

Формула изобретения

Электронагреватель для микрокриогенных систем, содержащий основание, поверх которого нанесены реэистивная металлическая пленка, металлический и изоляционные слои, о т л и ч а юшийся тем, что; с целью повышения надежности и эффективности работы, резистивная пленка выполнена с удельным поверхностным сопротивлением, не превышающим 100 Ом/см, металлический слой нанесен непосред.ственно на реэистивный и выполнен из материала с близким к резистивному КТР, например алюминия, на поверхности металлического слоя расположен изоляционный слой из его окисла, основание выподнеио из окиси бериллия с соотношением сторон не более 1:3, а соотношение изоляционного слоя и резистивного 1:100.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9399086, кл. Н 05 В 3/06, 1964.

2. Патент ФРР В 2+6707, кл. Н 05 В 3/20, 1979.

864594

S i

Составитель О.Щедрииа

Редактор Т.Веселова Техред A. Вабинец Корректор Г.Реюетнкк

Заказ 7835/87 Тирам 891 Поддисное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открнтий

113035, Москва, Ж-35, Рауыская наб., д..4/5

Филиал ППП "Патент", r. Уагород, ул. Проектная, 4