Способ определения прочности клеевого соединения пьезокерамических материалов

 

Изобретение может быть использовано при изготовлении клея и пьезокерамических преобразователей. Цель изобретения - повышение достоверности получаемых результатов при испытании клеевых соединений и обеспечение возможности исследования высокопрочных материалов. В середине пьезокерамического образца выполняют щелевую прорезь на глубину, не превьшающую 1/3 его высоты, которую заполняют клеем. Длину пьезоэлемента подбирают такой, чтобы его резонансная частота соответствовала частоте работы преобразователя, причем поверхность пьезоэлемента предварительно полируют . 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦ ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

0681 А1 (191 (И) (я««4 G 01 N )9/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H A BTOPCH0MY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

I пх где

f г

Ъ I

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4290331/25-28 (22) 27.07 ° 87 (46) 23.02.89. Бюп. Ф 7 (72) И.А.Гринев (53) 620.178.4 (088.8) (56) Клеевые соединения металлов. Метод определения прочности при отрыве.

ГОСТ 14760-69. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ КЛЕЕВОГО СОЕДИНЕНИЯ ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение может быть использовано при изготовлении клея и пьезокерамических преобразователей. Цель

Изобретение относится к материаловедению и может быть использовано в химической промьппленности и пьезотехнике, в..частности при разработке и конструировании пьезокерамических преобразователей.

Цель изобретения — повьппение достоверности эа счет исключения несимметричности при нагружении и обеспечение возможности исследования высокопрочных материалов.

На чертеже изображен образец пье-. зокерамического материала.

Способ осуществляется следующим образом.

В середине пьеэокерамического образца 1 с предварительно полированными ребрами и поверхностями выполняют щелевую прорезь 2, глубиной, равной толщине слоя клея в изделии, которую заполняют клеем 3. После полимеризации клея удаляют его остатки заподлицо. Иэготовленньй образец поизобретения — повьппение достоверности получаемых результатов при испытании клеевых соединений и обеспечение воэможности исследования высокопрочных материалов. В середине пьеэокерамического образца выполняют щелевую прорезь на глубину, не превышающую

1/3 его высоты, которую заполняют клеем. Длину пьезоэлемента подбирают такой, чтобы его резонансная частота соответствовала частоте работы преобразователя, причем поверхность пьезоэлемента предварительно полируют. 1 э.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл..мещают в устройство для испытания образцов на циклическую и усталостную прочность (не показано), возбуждают в нем продольные колебания с частотой, равной основной резонансной частоте »пил образца и частоте, на которой работа- «ф» ет клей в реальных условиях, и дово- фф дят до разрушения ° Зная амплитуду тока, при котором разрушился образец ар (проходящий через образец), его резо- 0 нансную частоту, пьезомодуль, площадь электродов и место разрушения, определяют прочность соединения по известной формуле: усталостная прочность, 1%а; ток, протекающий через образец, А; резонансная частота, Гц; пьеэомодуль, Кл/Н; площадь электродов, м

1460681

1 — длина образца, м; х — координата разрушения, м.

Изменяя длину образца, а следовательно, и резонансную частоту, можно проводить испытания клеевого соедине ния на любых частотах, являющихся рабочими для конкретного преобразователя.

Предварительная полировка торцов и поверхностей пьезокерамического образца необходима для повышения его прочности эа счет устранения технологических концентраторов напряжения (микротрещийы).

Глубина щели, не превышающая 1/3 высоты образца, выбирается из тех соображений, что с увеличением этого размера происходят необратимые изменения электрофизических характеристик пьезоэлемента.

Дпя испытаний клея и склеиваемых поверхностей при более сложных колебаниях (кручение, сдвиг) соответствующим образом изготавливается пьеэокерамический образец, у которого преобладающей модой колебаний будет сдвиговая или крутильная.

Пример. Для определения прочности сцепления клея ПД20, изготовленного по различным рецептам и технологиям обработки (полимериэации), для пьезопреобразователей, работающих на частоте f опробовано два метода испытаний — статический и согласно изобретению, При статическом методе клеющая масса наносится между цилиндрическими хвостовиками, которые помещаются в разрывную машину. По величине силы разрушения и плошади склеиваемых поверхностей рассчитывают прочность.

Исследуют прочность сцепления клея с керамикой, который изготовлен из одного состава по трем технологическим режимам.

Согласно предлагаемому способу в середине пьезокерамического образца размерами 100 18 10 изготавливают щель шириной 10 мкм на глубину (по размеру 18), равную 5 мм, Заполняют щель клеющей массой по 10 образцов на каждый технологический режим, при" чем пьезоэлементы до нанесения щели подвергают полировке торцов (поверхности беэ электродов) и ребер.

Аналогично склеивают цилиндрические хвостовики иэ титана по 10 штук изменить резонансную частоту про35 дольных колебаний уменьшается разt брос получаемых результатов эа счет устранения влияния несоосности и других недостатков, присущих статическим методам.

5

l0

30 на каждую технологию изготовления клея.

После полимеризации клея проводят испытания на разрывной машине и на

I установке по определению усталостной прочности пьезоэлементов. При усталостных испытаниях в пьезоэлементе возбуждаются продольные колебания.

Распределение механических напряжений вдоль образца происходит по синусоидальному закону, при котором максимум напряжений приходится на середину пьезоэлемента.

Результаты испытаний сведены в таблицу.

Анализ результатов, изложенных в таблице, показывает, что предлагаемый способ определения прочности клеевого соединения по сравнению с известным имеет большую чувствительность к изменению прочностных свойств клеющей массы и меньший, более чем в два раза, разбросом (среднеквадратические отклонения d ).

При использовании предлагаемого способа определения прочности клея и клеевого соединения с пьезокерамикой расширяется диапазон циклических нагрузок и обеспечивается проведение испытания клея и клеевых соединений в рабочих режимах за счет изменения длины пьезоэлемента, что позволяет

Формула изобретения

1. Способ определения прочности клеевого соединения пьезокерамических материалов, заключающийся в том, что очищают склеиваемые поверхности образцов пьеэокерамического материала, располагают между ними клей, полимеризуют его и прикладывают к соединению разрушающую нагрузку, по которой судят о прочности соединения, отличающийся тем, что, с целью повьппения достоверности эа счет исключения несимметричности при нагружении, склеиваемые поверхности формируют путем выполнения щелевой прорези в одном из образцов на глубину, не превышающую I/3 его высоты, а разрушающую нагрузку создают путем.1460681 копрочных материалов, образец выполняют в форме призмы, прорезь выполняют на ее боковой грани, которую полируют, а продольные ребра скругляют путем полирования. возбуждения колебаний на основной резонансной частоте.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью обеспечения воэможности исследования высоМетод испытания

Технология изготовления клея кое откое отклонение d лонение Д „

Статический

22,7

5,6

6,8

22,4 6,6

22,2 2,3

23,1

Предлагаемый

21,3

2,1

2,4

28,7

Pdcrt asrd

Составитель Н. Вартанова

Редактор В.Петраш Техред М.Дидык Корректор Э.Лончакова

Заказ 539/54 Тираж 788 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, r. Ужгород, ул. Гагарина, tl lt

Г 1(!1

Средняя прочность

6„, МПа

Среднеквадратическое отклонение д „

Средняя прочность

d>, МПа

Среднекв адр атичесСредняя прочность

6„, МПа

Средне квадратичес