Способ соединения кварцевых элементов пьезорезонансных датчиков

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИ РЕСПУБЛИ С 27/О ЗОБРЕТЕНИ ЕЛЬСТВУ ОПИСАНИ СВ ВТОРС Бюл. У 4ий инженерно-Физический а К.Т. апйГгг-Ьоп- Чесгазо 74-877. АРЦЕВЫХДАТЧИКОВк технолоз кристалт быть иси пьезорется к технолоелий из кристалможет быть исвлении пьеэореоснове кристал Изобретение относи производства иэд еских материалов ьзовано при изгот ансных датчиков н еского кварца. Цель изобретения рощение проце Соединяемые элементы через легкоплавкого стекла приводят прикосновение друг с другом с ческим поджатием и нагревают с ледующим охлаждением. Причем с но изобретению соединяемые эле со слоем легкоплавкого стекла ани посогласменты нагреГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(54) СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ КВЭЛЕМЕНТОВ ПЬЕЗОРЕЗОНАНСНЫХ(57) Изобретение относитсягии производства изделий илических материалов и можепользовано при изготовлени эонансных датчиков на основе кристаллического кварца. Изобретение позволяет упростить процесс. Способ соединения кварцевых элементов пьеэорезонансного датчика осуществляют путем предварительного нагрева кварцевых элементов до температуры 430- 470 С, затем на них размещают волокна из свинецсодержащего стекла с тем-, пературой деФормации 330-360 С и КТР = (9,7-10,3) 10 1/С, выдерживают при этой температуре до размягчения стекла, охлаждают, собирают датчик, механически поджимают, нагревают до 480-500 С и охлаждают, причем нагрев и охлаждение ведут со ско- : а ростью 0,5-25 С/мин в среде азота при давлении 310 - 5 10 Па. По 3 4 грешность гистереэиса полученного манометрического кварцевого блока С" составляет 0,0094-0,011. 3 табл. вают до 490+10 С, при этом скорость нагрева и охлаждения не более 25 С/мин, а нагрев и охлаждение осуществляют в среде азота при давлении не менее 310 Па.Такой способ соединения кварцевых элементов пьезорезонансных датчиков с помощью легкоплавкого стекла обеспечивает возможность безгистереэисного соединения с высокой механической прочностью и работу датчика в широком температурном диапазоне, а также исключает операцию предварительной обработки стекла, что упрощает технологический процесс.з 14547В способе используют легкоплавкоесвинцовосодержащее стекло, имеющееотемпературу деформации 345+15 С итемпературный коэффициент линейногорасширения к = (10+0,3) 10 1/ С,Для получения минимального возможного по толщине слоя легкоплавкогостекла, обеспечивающего безгистерезионость соединения, экспериментальноустановлена температура нагрева490+10 С.Для предотвращения возникновенияпредельно допустимых термодеформаций экспериментально установлена 15скорость нагрева и охлаждения не боолее 25 С/мин, причем процесс осуще-.ствляется в среде азота, который исключает пузырьковые газовключения встеклосоединениях и защищает от разрушения электроды частотозадающихэлементов пьезорезонансных,датчиков., Осуществляя технологический процессв среде азота, исключается операцияпредварительной обработки стекла, 25а именно отжиг в вакууме, которая необходима для исключения пузырьковыхгазовключений в стекле. Этим самымупрощается технологический процесс.Давление азота, обеспечивающеевысококачественное стеклосоединение,составляет не менее 3 10 Па,Полученное стеклосоединение обладает хорошей адгезией по отношениюк варцу, а при затвердевании приобретает большую механическую прочность.Данный способ реализован на примере соединения с помощью легкоплавкого стекла кварцевого манометрическоио блока,Кварцевый манометрический блокпредставляет собой вакуумированныймембранный манометрический элементабсолютного давления и состоит издвух кварцевых мембран, кварцевогокольца и силочувствительного пьезорезонатора, находящихся в жесткомсоединении между собой с помощьюлегкоплавкого стекла. Вывод электродов пьезорезонатора на внешнюю по 50верхность блока осуществлен серебросодержащей пастой.Способ осуществляется следующимобразом.Вначале производят очистку кварцевых деталей, предназначенную дляудаления с поверхности кварцевыхдеталей органических загрязнений,994частиц абразива, а также снятия дефектного слоя толщиной -3 мкм,Затем осуществляют подготовку мембран к операции соединения. Мембраны нагревают на воздухе до темпеоратуры 450+20 С и наносят на периферийную часть мембран с помощью стеклянных нитей диаметром 1-1,5 мм дорожки стекла шириной 2 мм, толщиной 0,3 мм, В паз мембраны укладываются две стеклянные нити длиной 4 мм, диаметром 0,4 мм. Мембраны выдерживаются при 450+20 С в течение 20 мин, затем охлаждаются до комнатной температуры. Скорость нагрева и охлаждения не превышает 25 С/мин.Подготовленные детали приводят в соприкосновение, при этом для юстировки деталей относительно друг друга используют медные оправки. Механическое поджатие осуществляют с помощью груза 0,7 кг, Собранную конструкцию кварцевого манометрического блока помещают в вакуумную установку оснащенную нагревательным элементом. Контроль температуры осуществляется термопарой "хромель-капель" с выводом на вольтметр. Процесс соединения производят в азотной среде при3давлении 3 10 Па. При давлении азо 3та менее 3 10 Па возрастает величина погрешности гистерезиса из-за появления пузырьковых газовключений в стекле.Далее приведены примеры конкретного исполнения соединения кварцевых элементов пьезорезонансных датчиков с помощью легкоплавкого стекла. В процессе экспериментальной обработки были изготовлены манометрические кварцевые блоки при вариации температуры спаивания в диапазоне 480-500 6 и скорости нагрева и охлаждения 0,5-25 С/мин, в седе азота при давлении 310 - 510 Па.В табл. 1 дана зависимость погрешности. гистерезисаот температуры спаивания при 7 2,1 С/мин, Р = = 3 10 Па.Таблица 1480 490 5000,013 0,011 0)0093В. табл. 2 дана зависимость погрешности гистерезисаот скорости нагрева и охлаждения при с С = = 490 С, Р = 310Па.5 1454799 6Т а б л и ц а 2 рое снижение погрешности гистерезисаьезорезонансных датчиков.0,5 10 25 Чфс/ Формула изобретения 5Способ соединения кварцевых элементов пьезореэонансных датчиков спомощью стеклообраэного материалапутем механического поджатия, на грева и охлаждения в защитной среде,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью упрощения процесса, кварцевые элементы предварительно нагревают до 430 - 470 С, затем размещают 15 на них волокна из свинецсодержащегостекла с температурой деформации330 - 360 С и КТР = (9,7 - 10,3) "10 1/С, выдерживают при этой температуре до размягчения стекла, охлаждают, собирают датчик и нагреваютдо 480 - 500 С, причем нагрев и охлажение ведут со скоростью 0,5 -25 С/мин в среде азота при давлении310 - 510 Па0,0097 0,0094 0)0095 В табл. 3 дана зависимость погрешности гистерезисаот давления среды азота приС = 490 С, 7 = = 2,1 С/миню Таблица 3 3 10 3 10 5 10 Р, Па 0,0097 0,011 0)0095 Таким образом, предлагаемый способ соединения обеспечивает упрощение технологического процесса. Кроме того, использование данного способа при изготовлении манометрических блоков обеспечивает механическую прочность, герметичность соединения и эффективСоставитель О.СамохинаТехред М.Дидык Корректор В.Бутяга Редактор М.недолуженко Заказ 7405/27 Тираж 416 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4