Способ контроля прочности пьезокерамических элементов

СОЮЗ СОВЕТСКИХКРМАМРРетикРЕСПУБЛИК 4 (51) С 01 М 3/08 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИЦЕТВТЪСТВУ с ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54)(57) 1. СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПРОЧНОСТИ ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ(ПКЭ),включающий приложение к ПКЭ растяги-вающей нагрузки до его разрушения,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения точности контроляпутем приближения условий нагруженияк условиям эксплуатации ПКЭ, измеря:ют пьезомодуль И и модуль Юнга ю контролируемого ПКЭ, нагрузку, создают приложением к электродам ПКЭ электрического поля с вектором, совпадающим по направлению с вектором поляризации ПКЭ, нагружение проводят в диэлектрической среде, исключающей пробой между электродами ПКЭ, измеряют напряженностьЕ электрического поля в момент разрушения ПКЭ и с учетом измеренных величин судят о прочности ПКЭ,2, Способ по п. 1, о т л и ч аю щ ий с я тем, что в качестве диэлектрической среды используют сжатый воздух под давлением (4-8) 10 Па или высокий вакуум..1 11Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при испытании пьезокерамических элементов (ПКЭ) на механическую прочность при растяжении,Известен способ контроля прочности ПКЭ, включающий приложение к ПКЭ растягивающей нагрузки до его разрушения. Для этого ПКЭ приклеи-. вают к захватам разрывной машины и растягивают, измеряя при разрушении усилие, по которому судят о прочности ПКЭ 13.Однако данный способ не позволяет получать напряженное состояние, адекватное напряженному состоянию в режиме эксплуатации ПКЭ, что снижает точность контроля, Кроме того, на точности отражаются перекосы и несоосность при склейке ПКЭ с захватами, погрешности захватов и ПКЭ по геометрии, различные значения модулей упругости и термического расширения захватов, слоя клея и ПКЭ и т.д, Все это приводит к возникновению в испытуемом ПКЭ неоднородного напряженного состояния, ,при этом эпюра механических напряжений в поперечном сечении ПКЗ имеет экстремумы, величина которых существенно отличается от среднего значения механического напряжения по сечений, что в свою очередь ведет к значительному разбросу и занижению прочностных характеристик.Цель изобретения - повышение точности контроля путем приближения условий к условиям эксплуатации ПКЭ.Указанная цель достигается тем, что согласно способу контроля прочности ПКЭ, включающемуприложение к ПКЭ растягивающей нагрузки до его разрушения, измеряют пьезомодуль д и модуль Юнга Е контролируемого ПКЭ, нагрузку создают приложением к электродам ПКЭэлектрического поля с вектором, совпадающим по направлению с вектором поляризации ПКЭ, нагружение проводят в диэлектрической среде, исключающей пробой между электродами ПКЭ, измеряют напряженность Е электрического поля, в момент разрушения ПКЭ и с учетом измеренных величин судят о прочности ПКЭ.При этом в качестве диэлектрической среды используют сжатый воздух под давлением (4-8) 10 Па или высокий вакуум. 37378 ЪПри рабочих режимах эксплуатациив ПКЗ возникают механические напряжения в результате изменения линейных размеров его частей (доменов икристаллов сегнетоэлектрика), Именно эти напряжения возникают в случае приложения в ПКЭ электрического поля с вектором, совпадающим понаправлению с вектором поляризации 1 О ПКЭ, т,е, ПКЭ при контроле испытывает механические напряжения, идентичные рабочим.Способ осуществляют следующимобразом.Для контролируемой партии ПКЭопределяют пьезомодуль дз и модульЮнга Ею . Пьезомодуль д можетбыть определен различнымй известными способами, например в соответ ствии с ГОСТ 12370-80. Модуль ЮнгаЕю ,может быть измерен при непосредственном механическом нагружении либо определен по формуле2 1юИ-д25 где- антирезонансная частотаПКЭ (определяется в соответствии с ГОСТ 12370-80);В - расстояние между электродами ПКЭ:ЗО . Я - плотность материала ПКЭ,ПКЭ,с измеренными значениями ди Ею помещают в камеру с диэлектрической средой, например со сжатымвоздухом или с высоким вакуумом,предварительно Установив его в приспособление для подключения электродов ПКЭ к внешнему источнику высокого напряжения. Давление сжатого воздуха 4-8.10 Па, вакуум 105 -6 4010 мм рт.ст.От внешнего источника высокогонапряжения на электроды подают напряжение, вызывающее деформацию ПКЭв направлении электрического поля и,как следствие этого, создающее в нем 45механические напряжения. ПомещениеПКЭ в камеру с диэлектрической средой позволяет создавать электрическое поле напряженностью до 3-5 кВ/мм,что при пьезомодулях д = (200400)10мВ и модулях Юнга Е порядка 8106 Н/м достаточно для разрушения ПКЭ. Для определения пределапрочности ПКЭ при разрушении.напряженность электрического поля доводят до величины, при которой разрушается. Момент разрушения фиксируется, например, прекращением тока вдатчике, установленном последовательСреднее квад" Относительнаяратичное от- погнешностьношение, измерений, Х10-Н/м 2 Среднее арифметическое значениерастягивающих напряжений при разрушении, 10 5 М/м Способ испытания 425 98 23 Предлагаемый 104 282 36,8 Известный Составитель А. БулашевичРедактор Н. Киштулинец Техред 1 Л,Коцюбняк КорректорИ. Леантюк Тираж 898 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Иосква, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Заказ 10514/32 филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул, Проектная, 4 3 1137378но с ПКЭ в цепи подключения его к ис- дисков диаметром 30 мм и высотой точнику высокого напряжения, При этом 10 мм иэ материала ЦТБСприведены измеряют напряженность Е электричес- в таблице.КОГО Поляе Как показали испытания, изобретеВеличину механического напряже 5 ние позволяет создавать механичесния, соответствующую пределу проч- кие напряжения в ПКЭ, приближенные. ности, определяют по формуле к напряжениям, возникающим в них приэ = Есюззфээ рабочих режимах эксплуатации; приСреднеарифметические значения этом уменьшаются погрешности прирезультатов испытаний ПЭК в виде 1 О контроле прочности на растяжение.