Способ изготовления пьезоэлектрического преобразователя

 

Использование: при изготовлении пьезоэлектрического преобразователя. Цель изобретения - повышение надежности способа изготовления преобразователя. Способ заключается в заливке компаундом пьезоэлемента с проводниками, предварительно установленного в литьевую матрицу. Пьезоэлемент перед заливкой компаундом прокаливают в модифицированной эпоксидной смоле при заранее заданной температуре. 2 ил.

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в технологии изготовления пьезоэлектрического преобразователя.

Известен способ изготовления пьезоэлектрического преобразователя, заключающийся в механической сварке деталей преобразователя [1] Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления пьезоэлектрического преобразователя, заключающийся в том, что на дно полуматрицы, предназначенной для изготовления преобразователя наносят тонкий слой вязкой жидкости, устанавливают и фиксируют в глухом отверстии нижней полуматрице пьезоэлемент, устанавливают верхнюю полуматрицу на нижнюю, заливают демпфирующей композицией полуматрицы, вводят соосно пьезоэлементу трубку с размещенным в ней электрическими проводниками, отверждают компаунд и извлекают пьезоэлемент с приклеенным демпфером, устанавливают на демпфер с пьезоэлементом втулку, заполняют последнюю композицией для протектора на требуемую толщину и после отверждения преобразователь извлекают из втулки [2] Известный способ изготовления преобразователя не достаточно надежен в условиях эксплуатации в средах с повышенной температурой, так как влага, газовые включения, содержащиеся в микропорах пьезоэлемента, при повышенных температурах испаряясь, расширяясь способствуют отслаиванию протектора от пьезоэлемента, вследствие чего возникает ситуация, в которой наряду со значительным уменьшением по амплитуде сигнала, уменьшается и декремент затухания его. При дальнейшем повышении температуры контролируемой среды преобразователь полностью делается неработоспособным. Этот процесс является необратимым.

Цель изобретения повышение надежности способа изготовления преобразователя и повышение стойкости преобразователя при эксплуатации его в средах с повышенной температурой.

Пьезоэлемент перед заливкой компаундом прокаливают в модифицированной эпоксидной смоле при температуре, выбранной из соотношения t_н≅t_p.n, где t_н температура нагретой модифицированной эпоксидной смолы выше температуры кипения воды, t_p.n. допустимая рабочая температура пьезоэлемента.

На фиг. 1 и 2 показаны схемы, поясняющие способ изготовления преобразователя.

Преобразователь содержит пьезоэлемент 1 (фиг. 1), протектор 2 (фиг. 2), демпфер 3 с трубкой 4, проходящей по центру демпфера 3 с размещенными в ней проводниками 5, рант 6, выполненный за одно целое с демпфером 3, фланец с буртиком 7, опирающимся на проточку, выполненную в верхней полуматрице 8. Верхняя полуматрица 8 по скользящей посадке входит в нижнюю полуматрицу 9. Втулка 10 опирается нижним основанием на pант 6.

Способ изготовления пьезоэлектрического преобразователя осуществляется следующим образом.

Центральное углубление нижней полуматрицы 9 покрывают тонким слоем вязкой жидкости. Пьезоэлемент 1 с припаянными электрическими проводами 5 после обезжиривания прокаливают в разогретой модифицированной смоле с температурой выше температуры кипения воды (время прокаливания пьезоэлемента в смеси подбирается экспериментально и зависит от выбранного наполнителя для эпоксидной смолы, габаритных размеров пьезоэлемента, температуры модифицированной смолы). За время выдержки все микропоры заполняются модифицированной смолой. После прокаливания пьезоэлемент по скользящей посадке устанавливают в глухое отверстие полуматрицы 9 и прижимают ко дну. Затем на цилиндрическую часть нижней полуматрицы 9 устанавливают по скользящей посадке полуматрицу 8, предварительно обработанную антиадгезионной смесью. Свежеприготовленный демпфирующий компаунд 3 заливают в полуматрицы 8 и 9. Электрические проводники 5 пьезоэлемента 1 пропускают через трубку 4 и буртик 7 (фланца). Трубка 4 вводится в центральную часть демпфирующего компаунда 3 соосно пьезоэлементу. Для фиксации трубки 4 в демпфирующей композиции 3 предусмотрен буртик 7, который по периметру фиксируются в проточке верхней полуматрицы 8. После отверждения пьезоэлемент 1 обезжиривают и снова прокаливают в модифицированной смоле при температуре не более температуры располяризации пьезоэлемента. Далее на демпфирующую часть пьезоэлемента (фиг. 2) устанавливают фторопластовую втулку 10 (или лавсановую планку), нижний конец которой опирается на рант 6. Свежеприготовленный компаунд 2 заливают на лицевую часть пьезоэлемента 1. После полимеризации компонентного материала с преобразователя снимают втулку и доводят резонансное донышко (протектор) до требуемой конкретной величины.

Таким образом, за счет прокаливания пьезоэлемента перед заливкой компаундом обеспечивается полная дегазация микропор пьезоэлемента, выпаривание влаги из микропор и заполнение их модифицированной смолой.

Разработанная технология позволяет получить сплошную пленку с хорошей адгезией к пьезоэлементу. Пленка, прореагировавшая с основным компаундом обеспечивает достаточную прочность сцепления пьезоэлемента с элементами преобразователя (демпфером и протектором). Образуются дополнительные "крючки", сцепляющие пьезоэлемент с протектором и демпфером за счет полимеризации композиции в микропорах. Разработанная технология позволяет получить промежуточный слой между пьезоэлементом и демпфером, между пьезоэлементом и протектором от твердого до эластичного.

Особенно важно получить промежуточный слой податливым, когда используется жесткая клеевая система в случае работы пьезопреобразователя выше 100^оС.

Способ в достаточной мере позволяет снизить воздействие упругих колебаний на клеевой слой во время работы преобразователя за счет податливости промежуточного слоя, полученного при рекомендуемом приеме.

За счет хорошей адгезии и податливости промежуточного слоя повышаются надежность и стойкость преобразователя при эксплуатации его в средах с повышенной температурой.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ, заключающийся в том, что на дно полуматрицы, предназначенной для изготовления преобразователя, наносят тонкий слой вязкой жидкости, устанавливают и фиксируют в глухом отверстии нижней полуматрицы пьезоэлемент, устанавливают верхнюю полуматрицу на нижнюю, заливают демпфирующей композицией полуматрицы, вводят соосно с пьезоэлементом трубку с размещенными в ней электрическими проводниками, отверждают компаунд и извлекают пьезоэлемент с приклеенным демпфером, устанавливают на демпфер с пьезоэлементом втулку, заполняют последнюю композицией для протектора на требуемую толщину, после отверждения преобразователь извлекают из втулки, отличающийся тем, что пьезоэлемент перед заливкой компаундом прокаливают в модицированной эпоксидной смоле при температуре, выбранной из соотношения t_н≅t_р.n., где t_н - температура нагретой модифицированной эпоксидной смолы выше температуры кипения воды; t_р.п - допустимая рабочая температура пьезоэлемента.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2