Способ изготовления составного электроакустического преобразователя
Владельцы патента RU 2552591:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный морской технический университет" (СПбГМТУ) (RU)
Открытое акционерное общество "Концерн "Морское подводное оружие-Гидроприбор" (RU)
Изобретение относится к области приборостроения, а именно к технологии изготовления составного электроакустического преобразователя, содержащего пьезокерамические активные элементы. Способ изготовления составного электроакустического преобразователя, содержащего в качестве активных элементов пьезокерамические элементы, включающий нанесение на торцевые поверхности пьезокерамических элементов клея, отверждающегося в результате полимеризации, сборку из них пьезоблока путем последовательного соединения пьезокерамических элементов друг с другом их торцевыми поверхностями. Затем воздействуют на собранный пьезоблок электромагнитным полем СВЧ в течение времени, требуемого для отверждения клея в клеевых соединениях. Воздействие на собранный пьезоблок электромагнитным полем СВЧ осуществляют в периодическом режиме с обеспечением суммарного времени воздействия, соответствующего времени, требуемому для отверждения клея в клеевых соединениях. Технический результат - сокращение длительности сборки
Изобретение относится к области приборостроения, а именно к технологии изготовления составного электроакустического преобразователя, содержащего пьезокерамические активные элементы.
Известен способ изготовления составного пьезокерамического преобразователя [SU 627711], включающий нанесение на склеиваемые поверхности пьезоэлементов клеящего компаунда и сборку из указанных элементов пьезоблока. Недостатком указанного способа является недостаточная механическая прочность клеевого соединения.
Известен способ изготовления составного электроакустического преобразователя, содержащего в качестве активных элементов пьезокерамические элементы [SU 1757131], который выбран в качестве ближайшего аналога.
Рассматриваемый способ включает нанесение на торцевые поверхности пьезокерамических элементов клея, сборку из них пьезоблока путем последовательного соединения пьезокерамических элементов друг с другом их торцевыми поверхностями. Далее нагревают пьезоблок до отверждения клея при температуре, определяемой технологическим процессом отверждения применяемого клея.
При этом на пьезоблок одновременно воздействуют полем постоянного электрического потенциала с полярностью, совпадающей с полярностью пьезоэлементов.
Воздействие указанным полем обеспечивает повышение механической прочности преобразователя.
Недостатком рассматриваемого способа является его длительность, обусловленная тем, что отверждение клея происходит в течение длительного времени. Так, в рассматриваемом способе приведен пример использования эпоксидного клея марки ДМ5-65, отверждение которого осуществляется при температуре 75-95°С в течение 24 часов.
Задачей заявляемого изобретения является уменьшение длительности способа.
Сущность изобретения заключается в том, что в способе изготовления составного электроакустического преобразователя, содержащего в качестве активных элементов пьезокерамические элементы, включающем нанесение на торцевые поверхности пьезокерамических элементов клея, отверждающегося в результате полимеризации, сборку из них пьезоблока путем последовательного соединения пьезокерамических элементов друг с другом их торцевыми поверхностями, согласно изобретению воздействуют на собранный пьезоблок электромагнитным полем СВЧ в периодическом режиме с обеспечением суммарного времени указанного воздействия, соответствующего времени, требуемому для отверждения клея в клеевых соединениях.
Принципиально важным в заявляемом способе является то, что процесс отверждения клея в клеевых соединениях осуществляют под воздействием поля СВЧ, что, как показали эксперименты, приводит к очень быстрому (в течение нескольких минут) отверждению клея. При этом периодически прерывают процесс воздействия на собранный пьезоблок электромагнитным полем СВЧ с обеспечением суммарного времени указанного воздействия, соответствующего времени, требуемому для отверждения клея в клеевых соединениях. Благодаря периодическому прерыванию процесса нагрева полем СВЧ обеспечивается щадящий режим воздействия указанного поля на материал пьезокерамических элементов, при котором сохраняются все их электрофизические параметры.
Таким образом, в заявляемом способе значительно сокращается (в разы) время, требующееся для отверждения клея в клеевых соединениях по сравнению с временем отверждения клея по традиционной технологии, включающей его нагрев при рекомендуемой температуре отверждения используемого клея.
Как показали экспериментальные исследования, при изготовлении преобразователя по заявляемому способу с использованием широко применяемого в приборостроении клея на основе эпоксидной смолы процесс отверждения указанного клея в клеевых соединениях в поле СВЧ завершается через 3-10 мин.
Следует отметить, что длительность отверждения указанного клея при использовании традиционной технологии составляет около 24 часов.
Конкретное время воздействия электромагнитным полем СВЧ на собранный пьезоблок, требуемое для отверждения используемого клея в клеевых соединениях, предварительно определяют экспериментально для каждого конкретного вида клея.
Таким образом, техническим результатом, достигаемым при реализации заявляемого способа, является значительное сокращение длительности стадии отверждения клея в клеевых соединениях пьезоблока, что обусловливает уменьшение длительности способа в целом.
Способ реализуется следующим образом.
Торцевые поверхности пьезокерамических элементов подготавливают к склейке путем их механической очистки и обезжиривания.
Затем на склеиваемые поверхности наносят клей. При этом предпочтительным является использование клея, отверждающегося в процессе полимеризации его компонентов, что обеспечивает прочность клеевого соединения, в частности эпоксидного клея.
Пьезокерамические элементы собирают в пьезоблок путем последовательного соединения пьезокерамических элементов друг с другом их торцевыми поверхностями. Склеиваемые поверхности прижимают друг к другу с усилием, величина которого зависит от типа применяемого клея.
Затем пьезоблок устанавливают на подставку, выполненную из материала с высоким значением тангенса угла диэлектрических потерь, в частности из вспученного вермикулита. Установленный на подставке пьезоблок помещают в печь СВЧ и выдерживают его в электромагнитном поле СВЧ. При этом периодически прерывают процесс нагрева пьезоблока полем СВЧ с обеспечением суммарного времени воздействия указанным полем, соответствующего времени, требуемому для отверждения используемого клея. Указанное время воздействия полем СВЧ предварительно определяют экспериментально для используемого вида клея.
Возможность реализации способа показана в примерах конкретного выполнения
Пример 1.
Для изготовления электроакустического преобразователя использовали пьезокерамические элементы, изготовленные из пьезокерамики ЦТССт-3, представляющей собой твердый раствор цирконата-титаната свинца-стронция, модифицированный добавками оксидов цинка, висмута, марганца и лантана, со структурой перовскита. Химический состав пьезокерамики соответствует формуле
Использовали поляризованные пьезокерамические элементы в форме дисков толщиной 4 мм и диаметром 26 мм.
Торцевые поверхности пьезокерамических элементов подготавливали к склейке путем их механической очистки и обезжиривания.
Затем на склеиваемые поверхности наносили эпоксидный клей марки ДМ5-65.
Из пьезокерамических элементов собирали пьезоблок.
Склеиваемые поверхности прижимали с усилием, создаваемым с помощью торцевых металлических накладок и груза.
Собранный пьезоблок устанавливали на подставку, выполненную из вспученного вермикулита.
Далее установленный на подставке пьезоблок помещали в СВЧ-печь, мощность которой составляла 900 Вт.
Выдерживали пьезоблок в СВЧ-печи в течение 5 минут, что явилось достаточным для отверждения клея в клеевых соединениях.
Указанное время воздействия полем СВЧ предварительно определяли экспериментально для используемого вида клея. Для этого помещали испытуемый клей в СВЧ-печь с указанной выше мощностью и выдерживали его в СВЧ-печи до отверждения.
Воздействие на пьезоблок полем СВЧ осуществляли в периодическом режиме. При этом каждые одну - две минуты пьезоблок извлекали из СВЧ-печи и охлаждали на воздухе в течение 10-15 минут, чтобы обеспечить более щадящий режим воздействия поля СВЧ на материал пьезокерамических элементов.
Пример 2.
Для изготовления электроакустического преобразователя использовали пьезокерамические элементы, изготовленные из пьезокерамики ЦТС-19, представляющей собой твердый раствор цирконата-титаната свинца, модифицированный добавкой пятиокиси ниобия. Химический состав пьезокерамики соответствует формуле
Использовали поляризованные пьезокерамические элементы в форме стержней сечением 20×15 мм и толщиной 24 мм.
Торцевые поверхности пьезокерамических элементов подготавливали к склейке путем их механической очистки и обезжиривания.
Затем на склеиваемые поверхности наносили эпоксидный клей марки ДМ5-65.
Из пьезокерамических элементов собирали пьезоблок. Склеиваемые поверхности прижимали с усилием, создаваемым с помощью торцевых металлических накладок и груза.
Собранный пьезоблок устанавливали на подставку, выполненную из вспученного вермикулита.
Далее установленный на подставке пьезоблок помещали в СВЧ-печь, мощность которой составляла 900 Вт.
Выдерживали пьезоблок в СВЧ-печи в течение 7 минут, что явилось достаточным для отверждения клея в клеевых соединениях.
Указанное время воздействия полем СВЧ предварительно определяли экспериментально для используемого вида клея. Для этого помещали испытуемый клей в СВЧ-печь с указанной выше мощностью и выдерживали его в СВЧ-печи до отверждения.
Воздействие на пьезоблок полем СВЧ осуществляли в периодическом режиме. При этом каждые одну - две минуты пьезоблок извлекали из СВЧ-печи и охлаждали на воздухе в течение 5-10 минут, чтобы обеспечить более щадящий режим воздействия поля СВЧ на материал пьезокерамических элементов.
Способ изготовления составного электроакустического преобразователя, содержащего в качестве активных элементов пьезокерамические элементы, включающий нанесение на торцевые поверхности пьезокерамических элементов клея, сборку из них пьезоблока путем последовательного соединения пьезокерамических элементов друг с другом их торцевыми поверхностями, отличающийся тем, что воздействуют на собранный пьезоблок электромагнитным полем СВЧ в периодическом режиме с обеспечением суммарного времени указанного воздействия, соответствующего времени, требуемому для отверждения клея в клеевых соединениях.
