Способ изготовления пъезоэлектрических керамических элементов

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическит еспублнк о 1998426(22) Заявлено 1 Ц 12,80 (21) 3214591/29-33 РМ К, з С 04 В 35/00 с присоединением заявки Мо -Госуларственный комитет СССР ао ледам изобретений н открытий(088. 8) Дата опубликования описания 230283(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КЕРАМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВИзобретение относится к технологии изготовления пьезоэлектриче- ских элементов, в частности для радиоэлектроники.В современной радиоэлектронике, например в телевидении, широко используются малогабаритные устройства, разработанные на основе пьезоэлектрических элементов, например ультразвуковые линии задержки, поскольку такие устройства, помимо малых габаритов, обладают стабильностью, узкополосностью и технологичностью.Известны способы изготовления пьезоэлектрических элементов для ультразвуковых линий задержки, основанные на изготовлении пьезоэлектрических заготовок, нанесении технологических электродов на их противоположные грани, поляризации, снятии технологических электродов, нанесении рабочих электродов 1.3.Основным недостатком этого способа является наличие"паразнтных" резонансов на амплитудно-частотной характеристике, что затрудняет использование пьезоэлектрических элементов и ультразвуковых линиях задержки. Причиной возникновения"параэитных" резонансов является на.личие неодинаковых величин упругихконстансов на различных участкахкерамики, что может быть вызванонеравномерностью распределенияв ней напряжений и заполяризован .ности вследствие механической обработки. Этот эффект наиболее проявляется при изготовлении тонких элементов,Наиболее близким к предлагаемомуявляется способ изготовления пьезоэлектрических элементов, работающихпри колебаниях сдвига по толщине,путем механической обработки поляризованных заготовок, нанесениярабочих электродов, нагрева и вы-.держки при заданной температуре,по которому для улучшения стабильности электрофизических параметроввводится дополнительная операцияотжига при 100-150 С Г 23.Однако этот отжиг не устраняетнеравномерности амплитудно-частот 25 ной характеристики (АЧХ)Целью изобретения является уменьшение неравномерности амплитудночастотной характеристики,Поставленная цель достигаетсяЗ 0 тем, что по способу изготовленияпьезоэлектрических керамическихэлементов, включающему механическуюобработку поляризованных заготовок,нанесение рабочих электродов, нагрев и выдержку при заданной температуре, нагрев ведут до температурыне ниже 0;4 и не выше 0,9 от темпе.ратуры точки Кюри при времени вы-держки 7-40 мин,Элементы из цирконата в ,титаната свинца нагревают до 220 С и выдерживают при этой температуре 1030 мин,Согласно существующим методамоценки величину неравномерностиамплитудно-частотной характеристикиопределяют как отношение размахапаразитного резонанса к размаху основного резонанса.Предлагаемый способ опробованприизготовлении элементов для ультразвуковых линий задержки из.горячепрессованной керамики ЦТС, температура точки Кюри которой не менее 360 С. Для этого из керамикиизготовляют блочки размером 20 х 10 хх 11 мм, наносят технологическиеэлектроды на грани 20 х 10 мм, поляриэуют, снимают технологические электроды, разрезают блочки на пластины размером 20 х 11 х 0,40 мм, шлифуютдо толщины 0,2-0,005 мм, наносятникелевые рабочие электроды на грани пластинок 20 х 11 мм, нагреваютпластинки до заданной температуры(220 С), выдерживают при этой температуре и охлаждают до чормальнойтемпературы в воздушной среде. Вэтих элементах возбуждают сдвиговыеколебания на основной .частотеЭкспериментально найдено, чточем выше температура обработки,тем меньше остаточная величина не-равномерности АЧХ. Нижняя температурная граница по предлагаемому способу определяется из условия уменьшения величины б до 1.П р и м е р 1. (Фиг. 1).Сплошная кривая - исходная амплитудно-частотная характеристика(АЧХ) с неравномерностью 5, Пунктирная кривая - АЧХ после термообработки при 140 С (0,4 тК, С) ивыдержке 20 мин, .охлаждении на воздухе. Неравномерность 3,5. Приэтом уменьшение резонансного промежутка составляет менее 1.Оптимальная с точки зрения уменьшения неравномерности АЧХ температура определяется из условия полногоисчезновения "празитного" резонанса,П р и м е р 3, (Фиг. 2),Сплошная кривая - исходная АЧХс неравномерностью 4Пунктирнаякривая - АЧХ после термообработкипри 220 С, выдержке 20 мин, охлаждении в воздухе. НеравномерностьЛЧХ 0, При этом уменьшение резонансного промежутка составляет ме 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 нее 10. Оптимальная температура термообработки зависит от максималь- ной величины а( ) в партииПри температурах термообработки, превышающих оптимальную, наблюдается полное исчезновение "паразитного" резонанса, однако при этом уменьшение резонансного промежутка может превысить допустимые пределы.Поэтому верхняя температурная граница выбирается из условия уменьшения резонансного промежутка на величину не более 35 от максимального значения промежутка.П р и м е р 4(фиг. 3).Сплошная кривая - исходная АЧХ с неравномерностью 5. Пунктирная кривая - АЧХ после термообработки при 325 С 0,9 тК, С , выдержке 20 мин, охлаждении в воздухе, Неравномерность АЧХ - 0. При этом уменьшение резонансного промежутка составляет 27. Величина времени выдержки определяется из,условия исчезновения "паразитного" резонанса при оптимальной температуре термообработки.П р и м е р 5. (Фиг. 4).Сплошная кривая - исходная АЧХ с неравномерностью 5, Пунктирная кривая - АЧХ после термообработки при 210 С, выдержке 7 мин, охлаждении в воздухе. Неравномерность АЧХ - 1.П р и м е р б, Фиг,(5 и 6).Сплошная кривая - исходная АЧХ с неравномерностью 4. Пунктирная кривая - АЧХ после термообработки 210 С, выдержке 40 мин, охлаждении на воздухе, Неравномерность АЧХ - 0.Причина уменьшения неравномерности АЧХ пьезоэлектрических керамических элементов не связана с обычным старением (уменьшением коэффициента связи как основного,. так и "паразитного" резонанса), так как не наблюдается (в партии из 10000 и/э из ЦТС) корреляции между величиной коэффициента связи основного резонанса и отсутствием или наличием "празитного" резонанса, Естественное старение пьезоэлектрических элементов в течение 2 лет не обнаружило какого-либо изменения величины неравномерности АЧХ; Формула изобретения 1. Способ изготовления пьезоэлектрических керамических элементов, включающий механическую обработку поляризованных заготовок, нанесение рабочих электродов, нагре и выдержку при заданной температуре, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения неравномерности их амплутудно-частотной характеристики, нагрев ведут до,температуры не ниже 0,4 и не выше 0,9 от.температуры трчки Кюри при выдержке 7-40 мин,2, Сйособ по п. 1, о т л и ч а "ю щ и й с я темр что.элементы изцирконата-титаната свинца нагреваютдо 220 С и вьщераивают при этой температуре 10-30 мин,Источники информации,принятые во внимание при экспертизеМ.,998426Ц опи.е 0 ВНИИПИ Заказ 1062/41 Тираж 620 Подписное Филиал ППП фПатент", г,Ужгород, ул,Проектная,4