RU2052811C1

RU2052811C1 - Method for piezoelectric transducer manufacturing

Info

Publication number: RU2052811C1
Authority: RU
Inventors: Николай Семенович Марьин
Original assignee: Николай Семенович Марьин
Priority date: 1992-06-15
Filing date: 1992-06-15
Publication date: 1996-01-20

Abstract

FIELD: instruments. SUBSTANCE: method involves sealing piezoelectric element and its terminals with compound. Element is positioned in mould matrix. Before sealing piezoelectric element is annealed in modified epoxy acid under given temperature. EFFECT: increased reliability of transducer manufacturing. 2 dwg

Description

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в технологии изготовления пьезоэлектрического преобразователя. The invention relates to instrumentation and can be used in the manufacture of a piezoelectric transducer.

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.A known method of manufacturing a piezoelectric transducer, consisting in the mechanical welding of transducer parts [1]
Closest to the proposed is a method of manufacturing a piezoelectric transducer, which consists in the fact that a thin layer of a viscous liquid is applied to the bottom of the matrix intended for the manufacture of the transducer, a piezoelectric element is installed and fixed in the blind hole, the upper semi-matrix is installed on the lower one, and the damping composition is filled in, the semi-matrix they introduce a tube coaxially with the piezoelectric element with electrical conductors placed in it, cure the compound and remove the piezoelectric element with glued damper, the damper is mounted on a piezo sleeve last fill composition for a tread and to a desired thickness after curing converter sleeve is removed from [2]
The known method of manufacturing the transducer is not sufficiently reliable under operating conditions in environments with elevated temperatures, since moisture, gas inclusions contained in the micropores of the piezoelectric element, evaporating at elevated temperatures, expanding contribute to the tread peeling off the piezoelectric element, as a result of which there is a situation in which, along with significant by decreasing the signal amplitude, the decrement of its attenuation also decreases. With a further increase in the temperature of the controlled medium, the converter becomes completely inoperative. This process is irreversible.

Цель изобретения повышение надежности способа изготовления преобразователя и повышение стойкости преобразователя при эксплуатации его в средах с повышенной температурой. The purpose of the invention is to increase the reliability of the manufacturing method of the Converter and increase the resistance of the Converter when it is used in environments with high temperature.

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.Before pouring the compound, the piezoelectric element is calcined in a modified epoxy resin at a temperature selected from the relation t _n ≅t _pn , where t _{n the} temperature of the heated modified epoxy resin is higher than the boiling point of water, t _{pn is the} allowable working temperature of the piezoelectric element.

На фиг. 1 и 2 показаны схемы, поясняющие способ изготовления преобразователя. In FIG. 1 and 2 are diagrams explaining a method of manufacturing a converter.

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. The transducer contains a piezoelectric element 1 (Fig. 1), a protector 2 (Fig. 2), a damper 3 with a tube 4 passing through the center of the damper 3 with conductors 5 located in it, a welt 6 made in one piece with the damper 3, a flange with a shoulder 7, based on a groove made in the upper half-matrix 8. The upper half-matrix 8 is slidingly inserted into the lower half-matrix 9. The sleeve 10 is supported by the lower base on the edge 6.

Способ изготовления пьезоэлектрического преобразователя осуществляется следующим образом. A method of manufacturing a piezoelectric transducer is as follows.

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. The Central recess of the lower matrix 9 is covered with a thin layer of viscous liquid. After degreasing, the piezoelectric element 1 with soldered electric wires 5 is calcined in a heated modified resin with a temperature above the boiling point of water (the calcination time of the piezoelectric element in the mixture is selected experimentally and depends on the filler chosen for the epoxy resin, the overall dimensions of the piezoelectric element, and the temperature of the modified resin). During exposure, all micropores are filled with a modified resin. After calcination, the piezoelectric element on a sliding fit is installed in the blind hole of the half-matrix 9 and pressed to the bottom. Then, on the cylindrical part of the lower half-matrix 9, a half-matrix 8, pre-treated with a release mixture, is installed on a sliding fit. Freshly prepared damping compound 3 is poured into half-matrices 8 and 9. The electric conductors 5 of the piezoelectric element 1 are passed through the tube 4 and the bead 7 (flange). The tube 4 is inserted into the central part of the damping compound 3 coaxially with the piezoelectric element. To fix the tube 4, a collar 7 is provided in the damping composition 3, which is perimeter fixed in the groove of the upper half-matrix 8. After curing, the piezoelectric element 1 is degreased and calcined again in a modified resin at a temperature not exceeding the polarization temperature of the piezoelectric element. Next, a fluoroplastic sleeve 10 (or lavsan bar) is installed on the damping part of the piezoelectric element (Fig. 2), the lower end of which rests on the welt 6. Freshly prepared compound 2 is poured onto the front of the piezoelectric element 1. After polymerization of the component material, the sleeve is removed from the transducer and the resonant bottom is brought up (protector) to the desired specific value.

Таким образом, за счет прокаливания пьезоэлемента перед заливкой компаундом обеспечивается полная дегазация микропор пьезоэлемента, выпаривание влаги из микропор и заполнение их модифицированной смолой. Thus, due to the calcination of the piezoelectric element before filling with the compound, complete degassing of the micropores of the piezoelectric element, evaporation of moisture from the micropores and filling them with a modified resin is ensured.

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. The developed technology allows to obtain a continuous film with good adhesion to the piezoelectric element. The film that reacted with the main compound provides sufficient adhesion of the piezoelectric element to the transducer elements (damper and tread). Additional “hooks” are formed that couple the piezoelectric element with the tread and damper due to the polymerization of the composition in micropores. The developed technology allows to obtain an intermediate layer between the piezoelectric element and the damper, between the piezoelectric element and the tread from solid to elastic.

Особенно важно получить промежуточный слой податливым, когда используется жесткая клеевая система в случае работы пьезопреобразователя выше 100^оС.It is especially important to obtain an intermediate layer pliable when used rigid adhesive system in the case of the piezoelectric transducer above 100 ° ^C.

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. The method sufficiently reduces the effect of elastic vibrations on the adhesive layer during operation of the transducer due to the flexibility of the intermediate layer obtained with the recommended technique.

За счет хорошей адгезии и податливости промежуточного слоя повышаются надежность и стойкость преобразователя при эксплуатации его в средах с повышенной температурой. Due to the good adhesion and flexibility of the intermediate layer, the reliability and resistance of the converter are increased when it is used in environments with elevated temperatures.

Claims

METHOD FOR PRODUCING A PIEZOELECTRIC CONVERTER, which consists in applying a thin layer of viscous liquid to the bottom of the semi-matrix intended for the manufacture of the transducer, installing and fixing it in the blind hole of the lower semi-matrix of the piezoelectric element, and installing the upper semi-matrix on the lower matrix a tube with electrical conductors placed in it, cure the compound and remove the piezoelectric element with an attached damper, set to empfer with piezo sleeve last fill composition for a tread of the desired thickness, after curing, is removed from the converter hub, characterized in that the piezoelectric element before casting compound is calcined in moditsirovannoy epoxy resin at a temperature selected from the relation
t _n ≅t _p.n. ,
where t _n is the temperature of the heated modified epoxy resin above the boiling point of water;
t _{_p.} _p - permissible operating temperature of the piezoelectric element.