Способ соединения кварцевых элементов пьезорезонансных датчиков

 

Изобретение относится к технологии производства изделий из кристаллических материалов и может быть использовано при изготовлении пьезорезонансных датчиков на основе кристаллического кварца. Изобретение позволяет упростить процесс. Способ соединения кварцевых элементов пьезорезонансного датчика осуществляют путем предварительного нагрева кварцевых элементов до температуры 430- 470°С, затем н них размещают волокна из свинецсодержащего стекла с тем-, пературой деформащги 330-360 С и КТР (9,7-10,3) 10 , выдерживают при этой температуре до размягчения стекла, охлаждают, собирают датчик, механически поджимают, нагревают до 480-500 С и охлаждают, причем нагрев и охлаждение ведут со ско- ; ростью О,5-25°С/мин в среде азота при давлении З.ю - 510 Па. Погрешность гистерезиса полученного манометрического кварцевого блока составляет 0,0094-0,011. 3 табл. СЛ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (191 (11) А1 (59 4 С 03 С 27/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4211361/26-33 (22) 16.03.87 (46) 30.01.89. Бюл. У 4 (71) Московский инженерно-физический институт (72) Н.Н.Бабкина, В.П.Глазунова, В.Д.Козловский, В.А.Лучкин, В.M.Ìàêàðoâ и С.А.Морозов (53) 666. 1.037.6(088.8) (56) Патент ГДР У 216230 ° кл. С 03 В 23/20,,1984.

Meirauch D.F., Schwartz R.I. and

Bennett R..Ñ. Saw resonator frit-bonded pressure .transducer. — Uetrasonics Sytnposium, 1979, р. 874-877. (54) СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ КВАРЦЕВЫХ

ЭЛЕМЕНТОВ ПЬЕЗОРЕЗОНАНСНЫХ ДАТЧИКОВ (57) Изобретение относится к технологии производства изделий из кристаллических материалов и может быть использовано при изготовлении пьезореИзобретение относится к технологии производства иэделий из кристаллических материалов и может быть использовано при изготовлении пьеэорезонансных датчиков на основе кристаллического кварца.

Цель изобретения — упрощение процесса.

Соединяемые элементы через слой легкоплавкого стекла приводят в соприкосновение друг с другом с механическим поджатием и нагревают с последующим охлаждением. Причем соглас но изобретению соединяемые элементы со слоем легкоплавкого стекла нагре- эонансных датчиков на основе кристаллического кварца. Изобретение позволяет упростить процесс. Способ соединения кварцевых элементов пьеэорезонансного датчика осуществляют путем предварительного нагрева кварцевых элементов до температуры 430470 С, затем на них размещают волокна из свинецсодержащего стекла с тем-.

0 пературой деформации 330-360 С и

KTP = (9,7-10,3) 10 1/ С, выдерживают при этой температуре до размягчения стекла, охлаждают, собирают датчик, механически поджимают, нагревают до 480-500 С и охлаждают, причем нагрев и охлаждение ведут со скоростью 0,5-25 С/мин в среде азота при давлении 3 10 — 5 10 Па. По3 4 грешность гистереэиса полученного манометрического кварцевого блока составляет 0,0094-0,011. 3 табл. вают до 490+10 С, при этом скорость нагрева и охлаждения не более

25 С/мин, а нагрев и охлаждение осуществляют в среде азота при давлении не менее 3 ° 10 Па.

Такой способ соединения кварцевых элементов пьезорезонансных датчиков с помощью легкоплавкого стекла обеспечивает возможность безгистереэисного соединения с высокой механической прочностью и работу датчика в широком температурном диапазоне, а также исключает операцию предварительной обработки стекла, что упрощает технологический процесс. з 14547

В способе используют легкоплавкое свинцовосодержащее стекло, имеющее о температуру деформации 345+15 С и температурный коэффициент линейного расширения оа = (10+0,3) 10 1/ С, Для получения минимального возможного по толщине слоя легкоплавкого стекла, обеспечивающего безгистерезионость соединения, экспериментально установлена температура нагрева

490+10 С.

Для предотвращения возникновения предельно допустимых термодеформаций экспериментально установлена 15 скорость нагрева и охлаждения не боо лее 25 С/мин, причем процесс осуще-. ю ствляется в среде азота, который исключает пузырьковые газовключения в стеклосоединениях и защищает от разрушения электроды частотозадающих элементов пьезорезонансных,датчиков., Осуществляя технологический процесс

: в среде азота, исключается операция предварительной обработки стекла, 25 а именно отжиг в вакууме, которая необходима для исключения пузырьковых газовключений в стекле. Этим самым упрощается технологический процесс.

Давление азота, обеспечивающее высококачественное стеклосоединение, составляет не менее 3 10 Па, Полученное стеклосоединение обладает хорошей-адгезией по отношению к варцу, а при затвердевании приобретает большую механическую прочность.

Данный способ реализован на примере соединения с помощью легкоплав. кого стекла кварцевого манометрическоио блока.

Кварцевый манометрический блок представляет собой вакуумированный

:мембранный манометрический элемент абсолютного давления и состоит из

45 двух кварцевых мембран, кварцевого кольца и силочувствительного пьезорезонатора, находящихся в жестком соединении между собой с помощью легкоплавкого стекла. Вывод электродов пьезорезонатора на внешнюю по50 верхность блока осуществлен серебросодержащей пастой.

Способ осуществляется следующим образом.

Вначале производят очистку кварцевых деталей, предназначенную для

-удаления с поверхности кварцевых деталей органических загрязнений, 99

Д частиц абразива, а также снятия дефектного слоя толщиной 3 мкм, Затем осуществляют подготовку мембран к операции соединения. Мембраны нагревают на воздухе до темпео ратуры 450+20 С и наносят на периферийную часть мембран с помощью стеклянных нитей диаметром 1-1,5 мм дорожки стекла шириной 2 мм, толщиной

0,3 мм, В паз мембраны укладываются две стеклянные нити длиной 4 мм, диаметром 0,4 мм. Мембраны выдержива1

0 ются при 450+20 С в течение 20 мин, затем охлаждаются до комнатной температуры. Скорость нагрева и охлаждения не превышает 25 С/мин.

Подготовленные детали приводят в соприкосновение, при этом для юстировки деталей относительно друг друга используют медные оправки. Механическое поджатие осуществляют с помощью груза 0,7 кг. Собранную конструкцию кварцевого манометрического блока помещают в вакуумную установку оснащенную нагревательным элементом.

Контроль температуры осуществляется термопарой "хромель-капель" с выводом на вольтметр. Процесс соединения производят в азотной среде при

3 давлении 3 10 Па. При давлении азоЪ та менее 3 10 Па возрастает величина погрешности гистерезиса из-за появления пузырьковых газовключений в стекле.

Далее приведены примеры конкретного исполнения соединения кварцевых элементов пьезорезонансных датчиков с помощью легкоплавкого стекла. В процессе экспериментальной обработки были изготовлены манометрические кварцевые блоки при вариации температуры спаивания в диапазоне 480-500 6 и скорости нагрева и охлаждения

0,5-25 С/мин, в с еде азота при давлении 3 ° 10 — 5 10 Па.

В табл. 1 дана зависимость погрешности. гистерезиса от температуры спаивания при Y g,! С/мин, P =

=310 Па.

Таблица 1

480 490 500

0,013 0,011 0)0093

В. табл. 2 дана зависимость погрешности гистерезиса / от скорости нагрева и охлаждения при t С =

= 490 С, Р = 3 ° 10 Па.

5 1454799 6

Т а б л и ц а 2 рое снижение погрешности гистерезиса пьезорезонансных датчиков.

0 5 10 25

V С/мин

Формула и з обретения

Способ соединения кварцевых элементов пьезореэонансных датчиков с помощью стеклообраэного материала путем механического поджатия, на10 грева и охлаждения в защитной среде, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса, кварцевые элементы предварительно нагревают до 430 — 470 С, затем размещают на них волокна из свинецсодержащего стекла с температурой деформации

330 — 360 С и КТР = (9,7 — 10,3) "

«10 1 / С, выдерживают при этой температуре до размягчения стекла, охлаждают, собирают датчик и нагревают до 480 — 500 С, причем нагрев и охлажение ведут со скоростью 0,5—

25 С/мин в среде азота при давлении

3 10 — 5 10 Па.

0,0097 0,0094 0,0095

В табл. 3 дана зависимость погрешности гистерезиса от давления среды азота при t С = 490 С, V =

= 2,1 С/мин, Таблица 3

3 10 3 10 5 -10

P Па

0,0097 Ор 011 0,0095

Таким образом, предлагаемый способ соединения обеспечивает упрощение технологического процесса. Кроме того, использование данного способа при изготовлении манометрических блоков обеспечивает механическую прочность, герметичность соединения и эффективСоставитель О.Самохина

Техред M.Äèäûê Корректор В Бутяга

Редактор М.недолуженко

Заказ 7405/27 Тираж 416 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие,. г . Ужгород, ул . Проектная, 4