Способ изготовления пьезокерамического преобразователя

1757131 Ъ. -Рприводит к их растяжению, Далее"из-закоеой жесткости сжимаощей влильки,Огра:ИИ.ВаащЕй раСтяжЕиЕ пьЕЗОЭЛЕ-".ментов. деформация растяжения пьезозЛВМВНТОВ ПРИ ВОДИТ К СЖЗИЮ КЛВВВЫХшвов,:.:,;.": .-, 5.за счет усилия поджатия и уСадки клеящей: . где и, - механическое" напряжение сжатиямассы вклеевом слоеОстается внутреннее согласйо технологическому процессу полостаточное. напряжение, также направлен-, ., Имеризацииное внутрь клеевого слоя. Это осаочное . 10, д - механическоенапряжениев пьезбвнутреннее напряженйе является концент- . керамических элементах" ,возникшЕе в е-РатоРОм "Окальных напРЯжений и пРивоДит зультате подач:на:."Них и, зул.ьтате подачи. На них "постОянногок снижениюпрочности клеевого шва пьезо-,.,:, электрического "напряжения, это напяже-элементов. Однако после полимеризации-: ние создаетдополнительнольное пьезоэлектри-. клеевогосостава при снятииподвоДим 0 го".15. ческое сжатиеклевыхШвов;"сация остаточных внутренних напряжений 20 ;вклеевом Швенапряжением упругогосжа- "е ,ж ния,":.,:.":. тия пъезозлементов, направленным к тор"-сжа ":1 х-ш"вв л,-, ческого найряжения О,о есйечивавщего:я, ,.-:сжатиеклеевыхшвов, должна ыть равной-.цам склеиваемыхпьезоэлементов, В:.величине динамическогонрезультате прекращения воздейСтвия Ста-о " азвиваемоготическ О . кзксплуатационньа ежимах аботы.тйческого электрического поляпосле пол. :, аной полимеризации клеевого"шва .обеспечивается получение клеевого.шва,свободного от внутренних напряжений;:Величина подвод то условие,заключаащеесяа том, чтонапряжения согласно предлатаемому спо . бы величинас цмаоного.нап яжения вп особу изготовления Связана с величиной цик-".; :;. цессе склейки была равна"динамическом, о в..: Напряжению, оазвиваемоМ "в энном п еных Режимах Работы. Это свЯзано с иеобхо- . " О ои"еля .и л:образователе и и его эксплата Йонных едимостьосоздания в клеевом шве засчет"35:,:"р д;:.:пОлучение: . пьезбзлектрическогосжатия, еще на стадии:": .-:,;,-" "- -а ис.ег ., , клепаного соединения:, сво о його от вн т- "его формировайия; напряжейно-деформи-: :ренних -апояженийпдиЭМСлл ата ионных, ".нагрузках, Таким об азом е е н. ПОВЫШЕНИЮ ПРОЧНОСТИ КЛЕЕВОГО СЛОЯ ПРИ ;с вует .,; полимеризации клеевой Шов ьоэксйлуатационных режимах работы преоб.,разователя и повышает идентичность серйиЭт позволяет повысить динамическ ю."1, и очность поеобразователя.:," ",.:. ,-,преобразователей по механическим ха ак- . аТакйм образом. уровень напряжении в:.,: а ОСУществляется за: . швов нап яжением сг: ос ествляетсяклеевых швах;"сформированнь й и и сбо ке 45и.ц:, ; счет механическогссжимаю его .силия топреобразователя в соответствии с и е ла-и "рис орк, .растяжение пьезоэлементс и ла дополнительное йьезоэлектрическое скавнутренним остаточным напряжением иГав М С О Д ЕНЬШЕЦМ., тие клеевых швов является сле стви м. . - :Стаия Стат 1 ЕСКОГО ЭЛЕКтдИЧЕСКОГО ПОЛЯподготовлен ("оттРениРован") длЯ знакопе-" е л " ,чременных механическйх нагрузок; соответ. Езоэлектрической,"риРО-,.осснанного на ньбэоэлект ическ йи иствуц)щих номинальным эксплуатационным Величину о"можновыразить как", ,В процессе сборки преобразователя наклеевые швы пьезоэлементов деиствуетсжимающее усилие сгс, определейноеТехнологи еСкий пРОЦЕссо склейки."." - г Р. где Рд - сила, приложеннаяк пьезоэлементуВ 83 ЛЬТЗТВ ВЙСТВИЯэлектрическбго найряженйя в напраВлении, РичбСкОГО пОлЯ; растяжения пьезоэлементов вызываетсуммарнос меха:ическое напряже.ние сжавший клйеоога слоя, равноеЪгГ - площадь поперечного сечения пье-, С 11 - упругая постоя н ная материалаЗбзлР 48 нтбв.; .,;" ":.; .,:шпильки.Согласно третьему законуНьютона . -В результатеиз уравнений (7) и 8) сучетом (6) следует;Р=Р -: : .: . "5":ъггде Рш - усилие -возникающее в"шпильке " : 0 ": Р, -" Ршвследствие приложения электрического по-.: -.: Ьзз Сээ Рп С 11ГшЛФДлядостижения механического рановесия рассматриваемого состояния, крбме . ляем:ловия равенства абсолютных удлинений . р ., :.: : 1,щ ,рмаия шпильки, . : , ,. с -.,Уравнение деформации пьезозлемген-.ческого поля выражается как: .,:,:;. .Выражение (9) позволяет определить ., .О.": .Р,"Сзз. Р, ., -:.:;. состоянии, взависимости от величины погде О - вментам постоянного электрического напря О., Из выражения (9) можно определить ве-,жения;.-: ".:." . :.,:;, ;,-Йичину посгтоянного электрического напрязз - пьезопостоянная материала:пье- . -жения, необходимого для созданиязоэлементов :", :,;-".,. :" заданного механического напряжения в. - суммарная толщинапьезоэлементов;:. клеевых швахсклеиремьхпьезоэлеменСзз - уп ругая постоянная материада З 5 то в О;пьезоэлементов.Первое слагаемое вуравнении(7)бпре-,:фг оК" з о) (11) деляет деформацию растяжения пьезоэлементов при подаче на нихпоСтгоянногоэлектрического поля. Второе слагаемое в 4 Оуравнении (7) согласно закону Гука является .; Как следует. из"приведенного "анализа, .следствием сжатия пьезоэлементов сжима-:, -при раонгой величине и знаке сжатия склеиащей шпилькой и иоследуощегОподжатия ааемых пьезоэлементов механическим уси- ,поскольку в результате воздейСтвиязлект.-лием и механическим усилием в сумме срического поля.возрастает деформация пье- " дополнительным пьезоэлектрическим под- .зоэлементов, а шпилька с конечнойжатйемвозникают различные эффекты.жесткостью вызывает, соответственно де-При увеличении амплитуды механичеформациюсжатия в пьезоэлементах, чем и. ского сжатия клеевого слоя увеличивается вобьясняется знак "минус" во втором члене: нем остаточное внутреннее напряжение,уравнения (7). : . :, .,: О что снижает прочность преобразователя, аДеформация сжимающей шпильки со-в результате новой совокупности признаковгласно закону Гука определяется по форму-обеспечивается компенсация остаточных"ле :,:., - ::. - :.анутреннИхнапряйенийипговцшениепрочРш 1 " -ности преобразователя.Ш + С 1 РШ,). 55 На фиг.1 схематически-показан изготавгде Рц - сила, действующая на шпильку;ливаемьйпьезокерамическийпреобразоваГш - площадь поперечногосечения .гель; на фиг,2- найряжения, действующиеШПИЛЬКИ," .: . :.;. : .0 КЛЕЕВЫХ ШВВХ ПЬВЗОЗЛОМВНТ 08 И СООТаятствующйе им эпюры; в процессе пол9 . 1757131 10ймерйзации (а), после полимбриздции, но сом (например, ос= 0,06+ 0,03 МПа лляпри приложенцом постоянном злектричеДУ-65),.ском напряжении (б), после полимеризации -После этого на" контакты преобраэоваи снятия.электрического напряжения (в). талл подается постоянное электрйческоеНа фиг,2 обозйаценыг: гтрк- техйологиче напряжение отеченЙе"Ъаего процесса полское напряжение сжатия склеиваомых гй"еймеризации сполярйостью:, совпадающей сзоэлементов; о- папряжение полярностьЮ пьезоэлементов, и амплитудополнительйого пьезоэлектрического сжа-"дой, соответствукйцей "эксплуатационнымтия склеиваемых пьезоэлементов; оу,-"на- рвкимам работы преобразователя, Припряжен 1 ие; возникающее в клеевом швепри 10 этом благодаря обратйому пьезоэффекту вего усадке в процессе:полимеризации;преобразователе создакугся механичес:иеот- остаточные внутренггие напряжения в напряжения, равные по амплитуде механиклеевом шве -: .".-"-":-.. ческим напряжениям",воэникаощим"в пьеПьезокерамический: преобразователь ":-" зопреобразователе.:, приего(фиг.1) содержит поляризованные пьезоэле- "5 эксплуатацйонныхрежимахработы,менты 1, сжатые с помощью накладки 2 и ", . Далее производится полимеризация, шпильки 3. Между торцами" поляризован- клеевых соедйнений преобразователя прийых пьезоэлементов 1 имеется клеевой шовтемпературе, определенной конкретйым4. Пьезоэлементы 1 электрйчески Соедине: -твхналагиЧЕСКим-процессом (например,, электрическими контактами 5 и 6. Контакт 5 последующее снятие электрического напряпредназначен для присоединения к плюСуженисяисточниковтока,а контакт 6 - к минусу.-":.:, В качестве примера конкретного ис" Способ. изготовленйя иьезокерамиче- .;. пользования были проведены исследованияского преобразователя осуществляется сле изготовленных стержневых пьезопреобоа-,: дующим образом.: .: .:, ,:; зователей из пьезокерамикитипа ЦТБ.3,Предварительно собирают по способу- : . ПьезокерамичесКйе стержни склеивалисьпрототипу по мейьшей мере одинпреобра- иэ пьезокерамическйх колец 40 х 32 хБ мм,зователь из серии и определяют .в нв 4;:.СравнительныеиСпытания двух преобрйво-амплитуду циклических напряженйй о", воз вателей, собранных "по способу-прототипу,никающих в преобразователе при эксплуа- .: и двух преобразователей, собранных потационных режимах, Эксплуатационный. " предлагаемому способу, показали, что цикрежим преобразователя определяется ве- -.:лическая прочность преобразователей, соличиной заданного смещения рабочей: по. бранных по предлагаемому способу,верхности преобразователя, При этом на 35 возросла в 1,6 раза,.Результаты проведенэлектрической стороне преобразователя" ных исследований подтверждают высокуюизмеряют ффективное значение тока по-,"эффективность преобразователей, изготовтребляемогопреобразователемприэксплу- ".:. ленных по предлагаемому способу за счетатационном" режиме, коэффйциентповышенияциклической прочностй.электромеханической трансформации и."по 40, Способ наряду с повышением циклйчеййм с учетомлодуля Юнга пьезоэлемейтов,: .:-ской прочности преобразователя также сускорости звука в пьезокерамике, коэффици- -:. щественно влияет на повышениеента формы колебаний определяют ампли-.".стабильности его характеристик,.чем повытуду циклического напряжения,-", :;," :шает идентичйость механических характеДалее собираются остальнь е преобра- .45 ристик серии преобразователей.зователи серии.;, О о р мул а и зоб ретен ияПодготавлйваются склеиваемые йовер- :": Способ изготовления пьезокерамиче-. хности к склейке; Подготовка поверхностейского пРеобразователя, заключающийся вк склейке заключается в пескоструйной об- . нанесеййи на торцевые поверхностиполяработке металлических деталей, обезжири. ризованных пьезоэлементов клеевого совании всех склеиваемых поверхностей става, сборке пьезоблока, установкеспиртобензиновой смесью (1:1) и просушке, " накладок на торцах пьезоблока, сжатии пье- Затем на склеиваемые поверхности йа- " зоблока посредством стягивающей шпильносится клеящая масса(например, клей дМ- " ки, полимеризации клеящей массы, о т л и 5-65 на основе эпоксидной смолы ЭДс 55 чаю щи йся тем,что,с целью повышенияОтвердителем), собирается преобразова-эффективности за счет увеличеййя цикличетель и склеиваемые поверхности прижима- . ской прочностйпреобразователя иповышеются усилием, определенным ния стабильности характеристикпутемсоответствующймтехнологическимпроцес.- снижения уровня остаточных внутреннихнвирвххений в клеевизх швех; предваритель :1 Ьз(С 1 Ги + Сзз Ре 1 на производят сборку: преобразователя и:Сзэ С 1 Гшопределяютамплитуду"циклического наттхряжения 0 в нем ври эксплуа.зационныхре-. : где- длина пьезоблока;жимах работы, а полимеризацию клеящей 5 паз - пьезоэлектрическая постояннаямассы:производят при: подаче на контакты . : материала пьезоэлементов;пьезоэлементов постоянного электрическо-:С 11; Сзз - упругие постоянные материаго:напряжения С полярностзькХ совпадаю- : ла стягивающей шпзильки и пьезоэлементов щей с полярзностзью" пьезоэлементов" ,при . соответственно;этом постоянное" электрическое напряже: Гш, Гр- площади поперечйого сечения : ние"подают в течение всего-процесса йзозл- ,стятивающейшпильки и пьезоэлементов соимеризации; аего амплитудузопределзяютизответственно.выражения1757131 Составитель Н, Евкорковецкая Техред М.Моргентал Корректор В, Петр еда кто твенно-издательский комбинат "Патент", г. Чжгород, ул.Гагарина, 101 Произ Р рО.Ю ааЗаказ 3101 . Тираж .: ., Подписное. ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб;, 4/5