Способ изготовления пъезоэлектрических керамических элементов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Респуублик (63) Дополнительное к авт. сеид-ву— (22) Заявлено 1М 280 (21) 3214591/29-33

)gq) .Кл.з

С 04 В 35/00 с присоединением заявки ¹â€”

Госуларственный комитет

СССР ао лелам изобретений н открытий (23) Приоритет

Опубликовано 2302.83. Бюллетень Мо 7 (33) УДК 666. 855 (088. 8) Дата опубликования описания 230283 (72) Авторы изобретения ь

В.Н. Зинченко, Н.Г. Гарбуз и A.Â. Межереикий-,"-;-;.": ;, 1"-:

1 (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

КЕРАМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

Изобретение относится к технологии изготовления пьезоэлектриче- ских элементов, в частности для радиоэлектроники.

В современной раднэлектронике, 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 (1l.

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 упругих констансов на различных участках керамики, что может быть вызвано неравномерностью распределения в ней напряжений и заполяризованности вследствие механической обработки. Этот эффект наиболее проявляется при изготовлении тонких элементов.

Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления пьезоэлектрических элементов, работающих при колебаниях сдвига по толщине, путем механической обработки поляризованных заготовок, нанесения рабочих электродов, нагрева и вы-. держки при заданной температуре, по которому для улучшения стабильности электрофизических параметров вводится дополнительная операция отжига при 100-150 С (2).

Однако этот отжиг не устраняет неравномерности амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) °

Целью изобретения является уменьшение неравномерности амплитудночастотной характеристики.

Поставленная цель достигается тем, что по способу изготовления

998426

45 пьезоэлектрических керамических элементов, включающему механическую обработку поляризованных заготовок, нанесение рабочих электродов, нагрев и выдержку при заданной темпе ратуре, нагрев ведут до температуры не ниже О;4 и не выше 0,9 от темпе.ратуры точки Кюри при времени выдержки 7-40 мин.

Элементы из цирконата вЂ,титаната свинца нагревают до 220 С и выдерживают при этой температуре 1030 мин.

Согласно существующим методам оценки величину неравномерности амплитудно-частотной характеристики определяют как отношение размаха паразитного резонанса к размаху основного резонанса.

Предлагаемый способ опробован при*изготовлении элементов для ультразвуковых линий задержки из.горячепрессованной керамики ЦТС-36, температура точки Кюри которой не менее 360 С. Для этого из керамики изготовляют блочки размером 20х10х х11 мм, наносят технологические электроды на грани 20х10 мм, поляриэуют, снимают технологические электроды, разрезают блочки на пластины размером 20х11х0,40 мм, шлифуют до толщины 0,2-0,005 мм, наносят никелевые рабочие электроды на грани пластинок 20х11 мм, нагревают пластинки до заданной температуры (220 С), выдерживают при этой температуре и охлаждают до чормальной температуры в воздушной среде. В этих элементах возбуждают сдвиговые колебания на основной .частоте,.

Экспериментально найдено, что чем выше температура обработки, тем меньше остаточная величина не- равномерности АЧХ. Нижняя температурная граница по предлагаемому способу определяется из условия уменьшения величины d до 1Ъ.

Пример 1. (Фиг. 1).

Сплошная кривая — исходная амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) с неравномерностью 5Ъ, Пунктирная кривая — АЧХ после термообработки при 140 С (0,4 тК, С) и выдержке 20 мин, охлаждении на воздухе. Неравномерность 3,5Ъ. При этом уменьшение резонансного промежутка составляет менее 1Ъ.

Оптимальная с точки зрения уменьшения неравномерности АЧХ температура определяется из условия полного исчезновения "празитного" резонанса.

Пример 3. (Фиг. 2).

Сплошная кривая — исходная АЧХ с неравномерностью 4Ъ. Пунктирная кривая — АЧХ после термообработки при 220 С, выдержке 20 мин, охлаждении в воздухе. Неравномерность

АЧХ ОЪ. При этом уменьшение резонансного промежутка составляет ме5

t0

50 нее 10Ъ. Оптимальная температура термообработки зависит от максималь-. ной величины а(Ъ) в партии. При 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 35Ъ от максимального значения промежутка.

Пример 4..(Фиг. 3).

Сплошная кривая — исходная АЧХ с неравномерностью 5Ъ. Пунктирная кривая — АЧХ после термообработки при 325 С 0,9 тК, С, выдержке

20 мин, охлаждении в воздухе. Неравномерность АЧХ вЂ” ОЪ. При этом. уменьшение резонансного промежутка составляет 27Ъ. Величина времени выдержки определяется из.условия исчезновения "паразитного" резонанса при оптимальной температуре термообработки.

Пример 5. (Фиг. 4).

Сплошная кривая — исходная АЧХ с неравномерностью 5Ъ. Пунктирная кривая — АЧХ после термообработки при

210 С, выдержке 7 мин, охлаждении в воздухе. Неравномерность АЧХ вЂ” 1Ъ.

Пример б, Фиг,(5 и 6).

Сплошная кривая — исходная АЧХ с неравномерностью 4Ъ. Пунктирная кривая — АЧХ после термообработки

210 С, выдержке 40 мин, охлаждении на воздухе. Неравномерность АЧХ вЂ” ОЪ.

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 IJTC-36) 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 шийся 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.

998426

2. Сйособ по п. 1, о т л н ч а " ю шийся темр что.элементы из цирконата-титаната свинца нагревают до 220©С и вьщераивают при этой температуре 10-30 мин, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Яффе Б. и др. Пьезоэлектрическая керамика, М., "Мир", 1974, с. 244.

2. Смажевская E.Ã. и фельдман Н.Б.

Пьезоэлектрическая керамика. М., "Советское радио", 1971, с. 85, 155, 183.