Способ изготовления пьезокерамических преобразователей
Изобретение относится к способу изготовления пьезокерамических преобразователей. Способ заключается в том, что вначале изготавливают заготовки пьезокерамических элементов. С целью повышения механической прочности преобразователей и снижения тангенса угла диэлектрических потерь пьезокерамические элементы пропитывают эпоксидным компаундом, который затем полимеризуют под давлением от 3,5 до 5 атм и температуре 110-120°С. Далее проводят поляризацию пропитанных заготовок и собирают блоки пьезокерамических элементов. В случае, если блоки пьезокерамических элементов подвергают дополнительной механической обработке при сборке преобразователей, их также пропитывают эпоксидным компаундом, который затем полимеризуют под давлением. Изобретение позволяет повысить механическую прочность преобразователей и снизить тангенс угла диэлектрических потерь. 1 з.п. ф-лы.
Введение
В настоящее время мощность излучения гидроакустических преобразователей, изготовленных из пьезокерамики, ограничивается их механической прочностью. Для повышения механической прочности производится армирование преобразователей. Циклическая прочность (способность материала воспринимать повторные и знакопеременные напряжения без разрушений называется циклической прочностью) преобразователя, как армированного, так и не армированного, находится в прямой зависимости от циклической прочности пьезокерамического элемента. При этом источником усталостных трещин являются микротрещины и крупные поры, расположенные преимущественно у поверхности пьезокерамического элемента.
Существующий (известный) способ изготовления пьезокерамических гидроакустических преобразователей содержит следующие операции:
1. Изготовление заготовок пьезокерамических элементов.
2. Поляризация пьезокерамических элементов.
3. Сборка блоков пьезокерамических элементов.
К недостаткам этого способа надо отнести:
1. Недостаточную циклическую прочность преобразователей.
2. Уменьшение на порядок сопротивления изоляции пьезокерамических элементов при изменении относительной влажности окружающей среды от 65 до 80% и соответственное снижение электрической прочности.
3. Большой отход в процессе производства заготовок пьезокерамических элементов по tg
(тангенсу угла диэлектрических потерь).
Предлагаемый способ изготовления преобразователей устраняет указанные недостатки.
Описание предлагаемого способа
Предлагаемый способ содержит следующие операции:
1. Изготовление заготовок пьезокерамических элементов.
2. Пропитка заготовок эпоксидным компаундом.
3. Поляризация пьезокерамических элементов.
4. Сборка блоков пьезокерамических элементов.
Этот способ в отличие от известного предусматривает перед операцией поляризации вакуумную пропитку заготовок пьезокерамических элементов эпоксидным компаундом. Заполнение поверхностных микротрещин и пор эпоксидным компаундом препятствует развитию усталостных трещин.
Процесс пропитки пьезокерамических элементов эпоксидным компаундом с отверждением под избыточным давлением выполняется следующим образом:
1. Производится вакуумная сушка заготовок пьезокерамических элементов в автоклаве в течение 6 часов при t=100°C и остаточном давлении 1-4 мм рт. ст.
2. Без снятия вакуума подается на элементы эпоксидный компаунд и производится вакуумирование при t=80-100°С и остаточном давлении 1-4 мм рт. ст. до полного окончания выделения пузырьков воздуха.
3. Снимается вакуум и подается давление 3-5 атм (три цикла).
4. Элементы вынимаются из компаунда и промываются марлевым тампоном, смоченным в ацетоне.
5. Промытые элементы помещаются в автоклав и заполнивший поры элементов компаунд полимеризуется в течение 36 часов при t=110-120°С и давлении 3,5-5 атм.
Сборка блоков пьезокерамических элементов может включать в себя операцию шлифования, что может привести к снятию слоя керамики, пропитанного эпоксидным компаундом. Поэтому после механической обработки блок пьезокерамических элементов необходимо вновь пропитать эпоксидным компаундом.
Процесс пропитки блоков элементов отличается от процесса пропитки заготовок пьезокерамических элементов только температурным режимом, который определяется температурой деполяризации пьезокерамики.
Проведенные экспериментальные исследования показали, что:
1. Динамическая прочность (под динамической прочностью образца понимается прочность при переменных механических напряжениях в режиме линейного возрастания амплитуды этих напряжений с определенной скоростью) склеенных пьезокерамических элементов, пропитанных эпоксидным компаундом по вышеизложенному способу, в среднем на 40% выше, чем у аналогичных элементов, не подвергавшихся пропитке.
2. Стабилизируется сопротивление изоляции и электрическая прочность элемента вследствие герметизации эпоксидным компаундом.
3. Исключается отход в процессе производства заготовок пьезокерамических элементов по tg.
Формула изобретения
1. Способ изготовления пьезокерамических преобразователей путем изготовления заготовок пьезокерамических элементов, поляризации их и сборки блоков пьезокерамических элементов, отличающийся тем, что, с целью повышения механической прочности преобразователей и снижения тангенса угла диэлектрических потерь, пьезокерамические элементы перед поляризацией пропитывают эпоксидным компаундом, который затем полимеризуют под давлением от 3,5 до 5 атм и температуре 110-120°С.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что блоки пьезокерамических элементов, прошедшие дополнительную механическую обработку при сборке преобразователей, пропитывают эпоксидным компаундом, который затем полимеризуют под давлением от 3,5 до 5 атм и температурах, не нарушающих поляризацию пьезокерамики.
