Способ изготовления датчикадавления

Союз Советских Социалистических Республик(б 1) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 040778 (21) 2639977/18-21с присоединением заявки Иф -(23) ПриоритетОпубликовано 300181. Бизллетень М 9 4Дата опубликования описания 300181 Н 01 С 17/00 Государствеиный комитет СССР по дедам изобретений и открытий) тЕ, сй 1 фМосковский авиационный технологический инстттт,:",ЛИМ е К е Э е ЦИОЛКОВСКОГО(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДАТЧИКОВ ДАШ 1 ЕН 11 Я Изобретение относится к технологии изготовления датчиков динамического давления мембранного типа и можетбыть использовано в технологии произз,водства устройств, регистрирующих дий"5намическое давление при высоких температурах окружающей среды,Известен способ изготовления датчиков давления мембранного типа, зак Олючающийся в установке кремниевойтенэочувствительной схемы на диэлектрической подложке с помощью специального клея и ее последующей герметизации в откачиваемом корпусе (1,Такой способ изготовления непригоден для датчиков, работающих при температуре выше 125 оС из-эа потери тензочувствительных свойств кремниевойсхемой. Клеевое соединение датчикавыходит иэ строя при температурах вы Оше 150 оС и датчик перестает работать.Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности является способ изготовления датчика давления,включающий нанесение тензорезистивнойпленки на упругий элемент, установкуупругого элемента на основание корпуса, нанесение герметизирующего материала , закрепление упругого элемента в корпусе и герметизацию датчика с помощью прижимной гайки и листовых металлических прокладок 121.Основной недостаток данного способа состоит в нарушении кор ".алькой ра-,боты датчика при темп.ра"у:.е вк.1-:150 С из-эа возникковеки . б .-1.г,чоВНутрЕННИХ Наиряжаний црн; в .Гг- жЕСтКО СОЕДИНЕННОЙ С;1 отс 1;Ы 11.1 ;г.с.прижимной гайки и 11 рок:1 а 11.".,эация при нагреве као-ша тойВнтЕЛЬНОСтЬ ДатЧИКа Р-.э., .1:1 ас 1,т.сс.,Цель изобретен 1 я - ;,.в 1 ц 1 с. чнеКОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ Цат:-Н-;. в :РИ ПОВЬ 1.к.1 нных температурах.Поставленная цель дсс -игл.ется тем,что нанесение тензорезистизной пленки на упругий элемент проводят послеустановки упругого элемента ка основание корпуса, а герметнэац:;ю дат"яка осуществляют отжигом в 1.:куумко 1 йкамере с последующим сблучо:,:,.1 сгспри атмосферном давлении ультраФ 11 олетовым излучением интенсивностью 0,255 клк, затем нагревают датчик дс400-420 С И вьтцерж 1 твс 1 ют его под давЛЕНИЕМ 30 - 60 атМ, В тай 1 Ей 11 хЕ 1. - :ЛМИН е ПРИЧЕМ дтМОСФЕРс 1 ОЯ ДаВЛСКИЕКаМЕРЕ СОЗДаЮт т 1 УтЕМ .:а. в ЛНЕИНЯ Е:.ИКЕРтНЫМ Гаэои,. а В 1 аЧ."т:тВЕ ГЕ 1;МС тнЗИРУЮЩЕГО МатЕРИ,ц т;.: 1: к 1 йшок разлагаемого алюминий-органического связующего,Датчик давления изготовляют следующим образом,Перед нанесением тенэорезистивной,схемы на упругую мембрану ее устанав 1 ливают на прозрачное сапфировое кольцо, на обе стороны кольца наносяттонкий слой в виде фаски порошка иэалюминий-органического связующего.Порошок представляет собой смесь алюминий-органического соединения сосвязкой, которую растворяют в спиртеи тонким слоем наносят с помощью пульверизатора, Упругий элемент в сборкеустанавливают на основание корпусаи все устройство помещают в вакуумную камеру или вакуумируемый автоклав.Герметизацию датчика осуществляют после откачки камеры до 10 4 - 10 б ммрт.ст. путем нагрева до 150 С и выдержки в течение 10 - 15 мин до полногоудаления связки. Напускают инертныйгаз, например очищенный аргон, до установления атмосферного, давления вобъеме и облучают поверхность контактируеьых изделий ультрафиолетовьм излучением, Так как сапфир является про -зрачньм для ультрафиолетового излучения, то его поглощение происходит преимущественно в слое алюминий-органического соединения. В результате соединение активируется и разлагается придополнительном нагреве до образованияА 2 Оъ.Для получения надежного контактас мембраной и титановым кольцом, накотором крепится датчик, его нагревают до 400 - 420 С и выдерживают поддавлением инертного газа 30 - 60 атм,в течение 15 - 20 мин, При этом образуется прочный переходной слой А 20,соединяющий титановое кольцо с сапфировой или кварцевой мембраной,В качестве органического соединения используют ацетилацетонат илииэопропилат алюминия. Предварительноеакуумирование необходимо для дегазации соединительного шва, откачки продуктов распада связки и более надежного контактирования гранул органического соединения. Роль ультрафиолетового излучения сводится к резонансному возбуждению молекул органическогосоединения и его последующей диссоциации эа счет поглощения избыточной знергйк квантов излучения. Резонанснаячастота излучения подбирается экспериментально в зависимости от типа соединения, Для полной диссоциации соединения энергии квантов обычно бывает недосаточна, поэтому вводят дбполнительную операцию термического нагрева датчика в атмосфере инертного газа, препятствующего протеканию окислительновосстановительных реакций.При нагреве происходит полная термическая активация соединения, продукты распада улетучиваются иэ области 45 шва и образуется герметичное и прочное соединение иэ чистого АЙОЙ. Для повышения надежности контакта датчик выдерживают под давлением окружающей среды.На чертеже представлена принципиальная технологическая схема процесса изготовления датчиков,На сапфировое кольцо 1 с обеих сторон наносят слой алюминий-органического соединения со связкой 2, причем верхний слой имеет наружный диаметр, равный внутреннему диаметру нижнего слоя кольца. Затем сборку с мембраной 3 устанавливают на титановое кольцо-шайбу 4 и осуществляют формировачие датчика.Тензореэистивную схему 5 наносят на мембрану после формовки всей сборки, затем устанавливают крышку б корпуса и осуществляют герметизацию датчика. Для установки изделия в корпус объекта используют вакуумно-плотную прокладку 7 из мягкого металла, Герметизация обеспечивается завинчиванием титанового кольца в тело объекта 8. Отличительной особенностью является то, что датчиком является весь сборочный узел. Этот узел легко устанавливать и герметизировать в корпусе изделий с сохранением высокой чувствительности измерения динамического давления датчиком. Высокая термостойкость обеспечивается за счет применения термостойких материалов прокладки и кольца, а также герметизирующих швов и уплотнения. Стрелки Н и Р на чертеже соответствуют компрессионному и динамическому давлению.Термический нагрев беэ активации приводит к образованию рыхлого пористого слоя А 10," разрушающегося при испытаниях, а только активационное облучение не обеспечивает высокой адгеэии переходного слоя к мембране иметаллическому кольцу, Отсутствие компрессионного давления также не обеспечивает хорошей адгеэии переходного слоя. Без удаления связки при нагреве ее включения приводят к отравлению переходного шва иэ-за дегазации АХ О продуктами распада связки и постепенному выходу датчика из строя. При рабочем вакууме отхига датчика ниже 10"4 мм рт,ст. в шве остаются следы органической связки, приводящие к дегаэации А 20, Откачкадо разрежения выше 10 б мм рт,ст. не влияет на качество шва и становится малоэффективной. Это позволяет выбирать величину рабочего вакуума при отжиге, равной 10 4 - 10 8 мм рт,ст. При облучении ультрафиолетовым излучением интенсивностью ниже 0,25 клк распад исходного органического соединения происходит не полностью, что ухудшает качество и прочность соединения мембраны с металлом. При интенсивности выше 5 клк начинается частичный распад остаточ801119 формула изобретения аказ 10443/71 Т 9 НИ одписнэ лиал ППП "Патент", г. Ужгород ул. Проектна ных органических продуктов раэложени:. и выделяется атомарный углерод, обра Зующий карбиды. Включения карбидов способствуют увеличению хруйкостй соединения, что снижает чувствительность и срок службы датчика под нагрузкой. Температура активационного распада большинства алюминий-органических соединений, используемых при изготовлении динамических датчиков давления, составляет 400 - 420 С. Вне указанных пределов качество слоя АХО ухудшается, Для получения однородного и плотного соединения мембраны с металлическим основанием корпуса формирование соединения осуществляют под давлением в автоклаве. При 15 давлении ниже 30 атм в шве могут со" храняться пустоты и раковины, ухудшающие чувствительность измерения давления в динамическом режиме. Увеличение давления выше 60 атм сопро О вождается появлением трещин и сколов в самой мембране, что также снижает чувствительность датчика.Датчик после его изготовления устанавливают заподлицо с поверхностью 25 изделия. Механическая нагрузка при закреплении датчика, полученного дан" ным способом, передается преимущественно титановому кольцу, а не воспринимающему элементу, что обеспечивает рр высокую стабильность прибора и сохранение чувствительности во всем диапазоне рабочих температур. Срок службы датчиков превышает 1000 ч под нагрузкой, а рабочая температура достигает 500 ОС. Такие датчики могут работать в парах НСЙ, Н, О, НН, мета" не и окиси углерода.Применение данного способа в промышленных условиях существенно расширяет диапазон рабочих температур иизмеряемых давлениЙ в динамическомрежиме и обеспечивает сохранение высокой чувствительности измерения. Способ изготовления датчиков давления, включающий нанесение тенэсрезистивной пленки на упругий элел:ент, установку упругого элемента на с :-.авание корпуса, нанесение герметнэнрующего материала, закрепление упругого элемента в корпусе и герметизацию датчика, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что с целью повышения точности измерения давления при повышенных температурах, нанесение тенэореэистивной пленки на упругий элемент проводят после установки упругого элемента на основание корпуса, а герметизацию датчика осуществляют отжигом в вакуумной камере с последующим облучением его в камере при атмосферном давлении ультрафиолетовым излучением интенсивностью 0,25-5 клк, затеи нагревают датчик до температуры 400 420 ОС и выдерживают его под давлением 30 - 60 атм в течение 15 - 20 лян, причем атмосферное давление в камре создают путем наполнения ее инертным газом а в качестве герметизирующего материала используют порошок раэлагаемого алюминий-органического связующего. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1, Авторское свидетельство СССР Р 249700, кл. 6 01 В 9/04, 1969. 2. Патент Японии Р 31397,кл. С 23, 1971 (прототип).