CN100432004C - 压电陶瓷球壳制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种压电陶瓷球壳制作方法，其主要步骤是将压电陶瓷粉料经配料、预烧、细磨后烘干备用；将压电陶瓷粉料采用静水压成型方法成型为半球壳状，经高温烧结制成半球壳毛坯；将半球壳毛坯的内弧面和外弧面按D研＝DI×sin45°原理研磨到规定尺寸，并进行烧渗电极、高电压极化处理；将二个半球壳用环氧树脂胶合剂粘接成整球，得到压电陶瓷球壳。本发明由于采用高温烧结后半球壳毛坯机械研磨工艺，保证了半球磨的壁厚误差小于0.05mm，用这样二个半球壳粘接的压电陶瓷球壳的性能具有良好的三维空间的对称性。
Description
技术领域
本发明涉及一种压电陶瓷球壳的制作方法，特别是一种将二个采用机械研磨方法加工内外球面得到的压电陶瓷半球壳粘接成压电陶瓷球壳的方法。
背景技术
现有技术中，对于外径小于35mm的压电陶瓷球壳采用整球壳在1300-1350℃高温下烧结制作。但由于重力作用下的高温烧结变形，造成球壳的壁厚不均匀，特别是外径35mm以上的压电陶瓷球壳，随着外径尺寸的增大，烧结变形也随之增大，至使球壳的壁厚不均匀程度更趋严重，因此对于外径大于35mm而壁厚不均匀度小于0.05mm的压电陶瓷球壳不能采用整球壳高温烧结方法制作。
发明内容
本发明的目的是提供一种将内半球和外半球分别用机械方法研磨到所要求尺寸后再将两个半球壳粘接成压电陶瓷球壳的技术，并且达到压电陶瓷球壳的壁厚不均匀度小于0.05mm。
本发明的目的是这样实现的：一种压电陶瓷球壳制作方法，
将压电陶瓷粉料采用静水压成型方法成型为半球壳状，经高温烧结制成半球壳毛坯；
将半球壳毛坯的内弧面和外弧面按D研＝DI×sin45°原理进行研磨，达到规定尺寸的半球壳，D研为研具的直径，DI为所需的球面直径；
研磨到规定尺寸的半球壳进行烧渗电极、高电压极化处理；
将二个半球壳用环氧树脂胶合剂粘接成整球，得到压电陶瓷球壳。
本发明所提供的压电陶瓷球壳制作方法，由于采用高温烧结后半球壳毛坯机械研磨工艺，保证了半球壳的壁厚误差小于0.05mm，用这样二个半球壳粘接的压电陶瓷球壳的性能具有良好的三维空间的对称性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的静水压成型前装料图。
图2是本发明半球壳毛坯内球面研磨示意图。
图3是本发明半球壳毛坯外球面研磨示意图。
具体实施方式
作为一个实例，对于SR外＝35mm；壁厚t＝3mm的压电陶瓷球壳的制作方法如下：
(1)选取经配料、预烧、细磨并符合的CB1125-98压电陶瓷粉料，烘干备用；
(2)将压电陶瓷粉料1装在静水压成型金属内芯2和聚氯乙烯弹性模3之间，压电陶瓷粉料从中部以纸质分隔圈4分成两个半球壳；
(3)在已装有压电陶瓷粉料的聚氯乙烯弹性模外包裹数层高密度聚乙烯食物保鲜袋并密封，放入静水压成型容器的油介质中，以200MPa压力成型；
(4)成型后半球壳在1300-1350℃温度下烧结，制成半球壳毛坯7；
(5)将半球壳毛坯7外球弧面与内半球夹具6粗配，必要时在砂轮上打磨，使两球弧面基本贴和，在烘箱内将粗配后的半球壳毛坯和内半球夹具6加热，直至松香石腊胶合剂能熔融，将半球壳毛坯用松香石腊胶合剂胶合在内半球夹具6上，并冷凝；
(6)用三爪卡盘5夹持，平磨半球壳毛坯口部平面，控制其深度在31.5-32.0mm之间；
(7)选用工作台升降行程为315mm的MSU-250工具铣床，配动力分度头，三爪卡盘和φ16弹簧夹头。
考虑到研磨剂对分度头旋转部件的侵蚀和进刀的方便，将动力分度头主轴向上倾斜25°，机床主轴轴线向工件方向倾斜20°，保证主轴旋转轴线与工件旋转轴线相交45°夹角；
(8)装夹半球壳毛坯，主轴上安装弹簧夹头及P50×32×16GC60JV园柱形砂轮，用砂轮园柱面和端面磨削半球壳毛坯的边口，使面A和面B交点圆尺寸达φ67-1 +1mm。注意磨削时加水冲刷和冷却，并适当控制进给量，防止工件边沿碎裂；
工件转速30-35r/min；
砂轮转速1800-2400r/min；
(9)装夹内半球研具8，以研具8外园柱面与半球壳毛坯内口斜面靠擦对刀，锁紧工作台，轴向送进进行研磨加工。研磨剂是金刚砂加水配和而成，金刚砂粒度宜选用80-120号，研磨加工过程中需不断加入研磨剂和控制送进压力，防止产生过热，并且要注意测量工件尺寸，掌握加工余量。当余量小于0.8mm时，研具与工件的接触宽度应修磨至小于2.5mm范围内，并适当减小送进压力(可在机床主轴上加装百分表监控加工状况)，以免过研超差。检测时用卡尺直接测量结合用内半球检测板对光检测；
工件转速30r/min；
主轴转速112-140r/min；
(10)内球面研磨结束后，加热熔融松香石腊胶合剂，取出半球壳毛坯7；
(11)将已加工好内球面的半球壳毛坯7用松香石腊胶合剂胶合在外半球夹具10上，用中心定位套保证工件端面与夹具中心线垂直；
(12)试装夹工件和外半球研具11，粗调机床加工及测量时所须进退刀行程。
用中心校正器调校外半球研具11旋转轴线对外半球夹具11SR的中心重合度，锁紧工作台12。
(13)卡盘5上安装胶合工件的外半球夹具3，挡水盘9，主轴装夹外半球研具11，从外半球研具11上面的孔中加入研磨剂，轴向送进进行研磨。研磨过程中需不断地加入研磨剂和控制送进压力，防止产生过热，并且要注意测量工件尺寸，掌握加工余量。当余量小于0.8mm时，研具和工件接触宽度应修磨至小于2.5mm范围内，随着研具的磨损，研具上的容砂槽也要相应修复，并适当减小送进压力，可以机床主轴头上加装百分表监控加工状况，以免过研超差。检测时用卡尺直接测量结合用外半球检测板对光检测；
工件转速30r/min；
主轴转速90-112r/min；
半球壳毛坯的内弧面和外弧面研磨过程中按D研＝DI×sin45°原理进行，达到规定尺寸的半球壳，D研为研具的直径，DI为所需的球面直径；
(14)外球面研磨结束后，加热熔融松香石腊胶合剂，取出半球壳；
(15)在研磨平面板上用180号金刚砂研磨已加工好内外球面的半球壳的平面余量，用卡尺或高度尺测量其尺寸，直至达到要求尺寸。根据要求在半球壳上研出穿线及安装用半园孔(留有加工余量)；
(16)用汽油酒精各半溶液清除半球壳上的胶合剂；
(17)在半球壳的内外球面上烧渗银电极；
(18)用2000V-3200V/mm直流电压在90°-160℃油浴内对半球壳极化处理；
(19)用618环氧树脂和咪唑配制胶合剂并调和均匀，刮涂于二个半球壳的胶合面，对准半园孔并适当施加压力，在烘箱内于室温升温到80℃保温4小时固化；
(20)将穿线和安装用孔研磨到要求尺寸；
(21)测量压电陶瓷球壳的电容、介质损耗，并用传输线法测量fr、fa。计算Kp和d31。
Claims (1)
1、一种压电陶瓷球壳制作方法，其特征在于：
将压电陶瓷粉料采用静水压成型方法成型为半球壳状，经高温烧结制成半球壳毛坯；
将半球壳毛坯的内弧面和外弧面按D研＝DI×sin45°原理进行研磨，达到规定尺寸的半球壳，D研为研具的直径，DI为所需的球面直径；
研磨到规定尺寸的半球壳进行烧渗电极、高电压极化处理；
将二个半球壳用环氧树脂胶合剂粘接成整球，得到压电陶瓷球壳。
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| 压电、压磁材料球对称问题的通解. 关群，何顺荣.固体力学学报，第25卷第3期. 2004 |
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