RU2540440C1 - Способ изготовления монолитных многослойных пьезокерамических элементов-столбиков - Google Patents
Способ изготовления монолитных многослойных пьезокерамических элементов-столбиков Download PDFInfo
- Publication number
- RU2540440C1 RU2540440C1 RU2013136032/28A RU2013136032A RU2540440C1 RU 2540440 C1 RU2540440 C1 RU 2540440C1 RU 2013136032/28 A RU2013136032/28 A RU 2013136032/28A RU 2013136032 A RU2013136032 A RU 2013136032A RU 2540440 C1 RU2540440 C1 RU 2540440C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- columns
- raw
- blanks
- piezoceramic
- billets
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение относится к пьезоэлектронике, к технологии изготовления монолитных многослойных пьезокерамических элементов для электромеханических преобразователей и актюаторов. Сущность изобретения: способ включает операции приготовления шликера на основе порошка пьезокерамического материала и органической связки, литья шликера через фильеру на движущуюся ленту и его сушку с образованием тонких «сырых» пленок из связки с пьезокерамическим порошком, резки сплошных «сырых» пленок на групповые заготовки, покрытия каждой групповой заготовки металлосодержащей пастой через сеткотрафарет с образованием рисунка, сборки путем наложения друг на друга n групповых заготовок, групповых пакетов, прессования групповых пакетов, рубки, в соответствии с рисунком сеткотрафарета, групповых пакетов на отдельные n-слойные заготовки пьезокерамических элементов, сборки «сырых» многослойных заготовок-столбиков из m «сырых» заготовок n-слойных пьезоэлементов путем их склеивания с последующей сушкой, высокотемпературной обработки, металлизации боковых сторон, поляризации многослойных заготовок-столбиков, измерения параметров многослойных пьезоэлементов-столбиков. Технический результат: повышение надежности работы в сложных внешних условиях, упрощение процесса изготовления и снижение его трудоемкости. 1 з.п. ф-лы, 10 ил.
Description
Изобретение относится к изготовлению монолитных многослойных пьезоэлементов-столбиков, с большим числом слоев, для электромеханических преобразователей (ЭМП) и/или актюаторов - устройств из пьезоэлектрической керамики, осуществляющих электромеханические и механоэлектрические преобразования энергии с использованием обратного и прямого пьезоэффектов.
Известны многослойные, состоящие из n слоев пьезокерамических пластин с расположенными между ними электродами, пьезоэлементы. Конструктивно многослойные пьезоэлементы различаются способом механического соединения пластин из пьезокерамики между собой в стрлбик, коммутацией электродов и устройством электрических выводов. Для изготовления таких многослойных пьезоэлементов-столбиков механические соединения пластин между собой осуществляют, как правило, склейкой, пайкой или сваркой [1].
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ, реализованный в ОАО «НИИ «Элпа» при изготовлении многослойных пьезоэлементов-столбиков для ЭМП и актюаторов типа АПМ-2-22-М [2].
Способ изготовления многослойных пьезокерамических элементов-столбиков с большим числом слоев для ЭМП и актюаторов включает две стадии: первая - изготовление по «пленочной» технологии отдельных n-слойных пьезоэлементов 1 с ограниченным числом n слоев (фиг.1) и вторая - склейка m отдельных n-слойных пьезоэлементов 1 в пьезоэлемент-столбик 2 с большим числом (n×m) слоев (фиг.2), где m - число отдельных n-слойных пьезоэлементов 1 с ограниченным числом n слоев. Ограниченность числа n слоев в отдельных n-слойных пьезоэлементах обусловлена технологическими возможностями оборудования по изготовлению многослойных пьезоэлементов по «пленочной» технологии.
Первая стадия - изготовление отдельных n-слойных пьезоэлементов 1 по «пленочной» технологии включает операции:
- приготовление шликера на основе порошка пьезокерамического материала, например ЦТС-46 и органической связки;
- литье шликера через фильеру на движущуюся ленту и его сушку с образованием тонких, толщиной h=(10…200) мкм, сплошных «сырых» пленок 3 из связки с пьезокерамическим порошком (фиг.3);
- резку сплошных «сырых» пленок на групповые заготовки 5 определенного размера (фиг.4), например, 160×160 мм;
- покрытие каждой групповой заготовки 5 металлосодержащей пастой через сеткотрафарет с образованием рисунка 8 (фиг.5);
- сборку путем наложения друг на друга n групповых заготовок 7, групповых пакетов 9 (фиг.6) высотой (n×h), например, 3,2 мм;
- прессование групповых пакетов 9, например гидростатическое, при давлении 250 атм, температуре 80°C и продолжительности 30 минут;
- рубку, в соответствии с рисунком сеткотрафарета 8, групповых пакетов 9 на отдельные n-слойные заготовки пьезокерамических элементов 11 (фиг.7) размером, например, 7,2×7,2×3,2 мм;
- высокотемпературную обработку n-слойных заготовок пьезокерамических элементов 11 для удаления связки и спекания их в монолитную заготовку 12 (фиг.8), которая состоит из чередующихся n слоев керамики и внутренних металлических электродов, выходящих на боковые поверхности n-слойной заготовки пьезокерамических элементов;
- металлизацию у монолитных заготовок 12 боковых поверхностей 13 (фиг.8), на которые выходят четные и нечетные внутренние электроды, таким образом, чтобы обеспечить параллельное соединение образующихся электрических емкостей из керамики и электродов с формированием электрических соединений;
- поляризацию монолитных заготовок 12 при температуре (120±5)°C, напряженности поля 2 кВ/мм и времени охлаждения под полем (для монолитных заготовок из материала ЦТС-46) в течение (15±3) мин;
- измерение параметров полученных отдельных n-слойных пьезоэлементов 1 с ограниченным числом (n≤3,2/h) слоев.
Вторая стадия - изготовление многослойных пьезоэлементов-столбиков из m отдельных n-слойных пьезоэлементов 1 (далее пьезоэлементов-столбиков 2), включает операции:
- нанесение на торцевые поверхности предварительно очищенных или механически обработанных отдельных n-слойных пьезоэлементов 1 эпоксидного клея, например ЭД-20;
- сборку пьезоэлементов-столбиков 2 из m отдельных n-слойных пьезоэлементов 1 в прижимном приспособлении типа струбцины с винтовым зажимом;
- очистку боковых поверхностей пьезоэлементов-столбиков 2 в струбцинах от затеков клея;
- сушку пьезоэлементов-столбиков 2 в струбцинах при температуре 120°C в течение 24 часов;
- монтаж пайкой, как показано на фиг.9, проводниками 15, например медной проволокой ММ 0,18, электрических соединений на боковых поверхностях 16 пьезоэлементов-столбиков 2 и измерение параметров полученных пьезоэлементов-столбиков 2 с большим числом (n×m) слоев, где m - число отдельных n-слойных пьезоэлементов 1.
Недостатком данного способа является то, что он двухстадийный, по совокупности операций трудоемкий и сложный, клеевые соединения не позволяют получить пьезоэлементы-столбики с большим числом слоев для надежной работы в сложных внешних условиях (включая радиационный фон), в диапазоне от минус 60°C до +250°C,
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является достижение технического результата, заключающегося в получении без эпоксидной склейки пьезоэлементов-столбиков 2 с большим числом слоев для надежной работы в сложных внешних условиях (включая радиационный фон), в диапазоне от минус 60°C до +250°C, в упрощении и снижении трудоемкости процесса изготовления.
Поставленная задача решается в одностадийном способе изготовления пьезоэлементов-столбиков 2 с большим числом слоев для ЭМП и актюаторов по «пленочной» технологии, характеризующемся операциями:
- приготовления шликера на основе порошка пьезокерамического материала, например ЦТС-46, и органической связки;
- литья шликера через фильеру на движущуюся ленту и его сушку с образованием тонких, толщиной h=(10…200) мкм, сплошных «сырых» пленок 3 из связки с пьезокерамическим порошком;
- резки сплошных «сырых» пленок 3 на групповые заготовки 5 определенного размера, например 160×160 мм;
- покрытия каждой групповой заготовки 5 металлосодержащей пастой через сеткотрафарет с образованием рисунка 8;
- сборки путем наложения друг на друга n групповых заготовок 7, групповых пакетов 9 высотой (n×h), например, 3,2 мм;
- прессования групповых пакетов 9, например гидростатическое при давлении 250 атм, температуре 80°C и продолжительности 30 минут;
- рубки, в соответствии с рисунком сеткотрафарета 8, групповых пакетов 9 на отдельные n-слойные заготовки пьезокерамических элементов 11 размером, например, 7,2×7,2×3,2 мм,
отличающемся тем, что перед дальнейшими операциями проводят операцию сборки «сырых» заготовок-столбиков 20 (фиг.10) из m «сырых» заготовок отдельных n-слойных пьезоэлементов 21 в прижимном приспособлении типа струбцины с винтовым зажимом, а последующие операции: высокотемпературную обработку, металлизацию боковых сторон, поляризацию, проводят с заготовками-столбиками 20, а измерение параметров проводят на полученных пьезоэлементах-столбиках.
Еще одним отличием предлагаемого способа является то, что операцию сборки «сырых» заготовок-столбиков 20 из m «сырых» заготовок n-слойных пьезоэлементов 21 проводят путем склеивания торцевых поверхностей «сырых» заготовок n-слойных пьезоэлементов 21, например, 5%-ным раствором поливинилового спирта с последующей сушкой в течение 2 часов при 80°C в прижимных приспособлениях, например G-образных струбцинах с винтовым зажатием с нормированным усилием, создающим давление 300÷350 кг/см2.
Таким образом, отличительными признаками предлагаемого изобретения являются:
проведение перед операцией высокотемпературной обработки операции сборки «сырых» заготовок-столбиков 20 из m «сырых» заготовок n-слойных пьезоэлементов 21 путем склеивания торцевых поверхностей «сырых» заготовок-столбиков 20, например, 5%-ным раствором поливинилового спирта с последующей сушкой в течение 2 часов при 80°C в прижимных приспособлениях под давлением 300÷350-кг/см2
и выполнение с «сырыми» заготовками-столбиками 20 последующих операций:
- высокотемпературной обработки (m×n)-слойных «сырых» заготовок пьезокерамических элементов для удаления связки и спекания их в монолит, который состоит из чередующихся (m×n) слоев керамики и внутренних металлических электродов, выходящих на боковые поверхности пьезокерамических элементов;
- металлизацию боковых сторон заготовок-монолитов, на которые выходят четные и нечетные внутренние электроды, таким образом, чтобы обеспечить параллельное соединение образующихся электрических емкостей из керамики и электродов;
- поляризацию (m×n)-слойных заготовок,
а также измерение параметров у многослойных поляризованных пьезоэлементов-столбиков 20.
Технический результат достигается тем, что в готовом изделии - пьезоэлементе-столбике 20 - отсутствуют клеевые соединения на основе эпоксидных смол, разрушающихся при температуре 250°C, повышается надежность работы в сложных внешних условиях (включая радиационный фон), в диапазоне от минус 60°C до +250°C, процесс изготовления упрощается и снижается его трудоемкость.
Многослойные, монолитные из (n×m) слоев керамических пленок и электродов, без эпоксидной смолы, пьезоэлементы-столбики 20 обеспечивают надежную работу в сложных внешних условиях, (включая радиационный фон), в диапазоне от минус 60°C до +250°C. Процесс изготовления таким способом содержит меньшее количество операций и менее трудоемок.
В предлагаемом способе исключаются операции по изготовлению отдельных n-слойных пьезоэлементов 1 и сборке их в пьезоэлемент-столбик 2.
Вводимые операции сборки «сырых» заготовок-столбиков 20 из m сырых заготовок пьезоэлементов 21 с ограниченным числом n слоев и соединение сырых заготовок пьезоэлементов 21 с применением клея на основе поливинилового спирта, с поджатием усилием 300÷350 кг/см2 в специальных струбцинах, а также сушка «сырых» заготовок-столбиков 20 из m сырых заготовок пьезоэлементов 21 с ограниченным числом n слоев в специальных струбцинах в течение 2 часов при температуре 80°C более просты и менее трудоемки, чем изготовление по второй стадии.
Совокупность операций по предлагаемому способу изготовления монолитных многослойных, с большим числом слоев, пьезокерамических элементов-столбиков 20 для электромеханических преобразователей и актюаторов по количеству и трудоемкости существенно меньше, чем у существующего аналога.
Технический результат достигается тем, что в готовом изделии - пьезоэлементе-столбике 20 - отсутствуют клеевые соединения на основе эпоксидных смол, повышается надежность работы в сложных внешних условиях (включая радиационный фон), в диапазоне от минус 60°C до +250°C, процесс изготовления упрощается и снижается его трудоемкость.
Источники информации
1. В.В. Янчич. Пьезоэлектрические виброизмерительные преобразователи, акселерометры. Ростов-на-Дону. Изд-во ЮФУ, 2010 - 287 с. (Пьезоэлектрическое приборостроение. Т.7).
2. http://www.elpapiezo.ru/mnogo_piezo.shtml
Claims (2)
1. Способ изготовления монолитных многослойных пьезокерамических элементов-столбиков с большим числом слоев по «пленочной» технологии, характеризующийся операциями:
- приготовления шликера на основе порошка пьезокерамического материала и органической связки;
- литья шликера через фильеру на движущуюся ленту и его сушку с образованием тонких «сырых» пленок из связки с пьезокерамическим порошком;
- резки сплошных «сырых» пленок на групповые заготовки;
- покрытия каждой групповой заготовки металлосодержащей пастой через сеткотрафарет с образованием рисунка;
- сборки путем наложения друг на друга n групповых заготовок, групповых пакетов;
- прессования групповых пакетов;
- рубки, в соответствии с рисунком сеткотрафарета, групповых пакетов на отдельные n-слойные заготовки пьезокерамических элементов,
отличающийся тем, что перед дальнейшими операциями, начиная с высокотемпературной обработки, проводят операцию сборки «сырых» заготовок-столбиков из m «сырых» заготовок отдельных n-слойных пьезоэлементов, а последующие операции:
высокотемпературную обработку, металлизацию боковых сторон, поляризацию проводят с многослойными заготовками-столбиками, а измерение параметров проводят у многослойных пьезоэлементов-столбиков.
- приготовления шликера на основе порошка пьезокерамического материала и органической связки;
- литья шликера через фильеру на движущуюся ленту и его сушку с образованием тонких «сырых» пленок из связки с пьезокерамическим порошком;
- резки сплошных «сырых» пленок на групповые заготовки;
- покрытия каждой групповой заготовки металлосодержащей пастой через сеткотрафарет с образованием рисунка;
- сборки путем наложения друг на друга n групповых заготовок, групповых пакетов;
- прессования групповых пакетов;
- рубки, в соответствии с рисунком сеткотрафарета, групповых пакетов на отдельные n-слойные заготовки пьезокерамических элементов,
отличающийся тем, что перед дальнейшими операциями, начиная с высокотемпературной обработки, проводят операцию сборки «сырых» заготовок-столбиков из m «сырых» заготовок отдельных n-слойных пьезоэлементов, а последующие операции:
высокотемпературную обработку, металлизацию боковых сторон, поляризацию проводят с многослойными заготовками-столбиками, а измерение параметров проводят у многослойных пьезоэлементов-столбиков.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сборку «сырых» заготовок-столбиков из m «сырых» заготовок n-слойных пьезоэлементов проводят путем склеивания торцевых поверхностей «сырых» заготовок-столбиков с последующей сушкой.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013136032/28A RU2540440C1 (ru) | 2013-08-01 | 2013-08-01 | Способ изготовления монолитных многослойных пьезокерамических элементов-столбиков |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013136032/28A RU2540440C1 (ru) | 2013-08-01 | 2013-08-01 | Способ изготовления монолитных многослойных пьезокерамических элементов-столбиков |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2540440C1 true RU2540440C1 (ru) | 2015-02-10 |
RU2013136032A RU2013136032A (ru) | 2015-02-10 |
Family
ID=53281638
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013136032/28A RU2540440C1 (ru) | 2013-08-01 | 2013-08-01 | Способ изготовления монолитных многослойных пьезокерамических элементов-столбиков |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2540440C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2680310C1 (ru) * | 2018-06-06 | 2019-02-20 | Евгений Михайлович Фёдоров | Способ сборки пьезоактуатора прямого действия |
RU2751896C1 (ru) * | 2020-11-30 | 2021-07-19 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Южный федеральный университет» | Композиционный пьезоматериал и способ его изготовления |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6260248B1 (en) * | 1996-04-19 | 2001-07-17 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for producing a monolithic multilayer piezo actuator |
RU2178222C2 (ru) * | 1996-11-12 | 2002-01-10 | Сименс Акциенгезелльшафт | Пьезоэлектрический исполнительный элемент с контактированием нового типа и способ изготовления |
RU2264678C2 (ru) * | 2000-04-27 | 2005-11-20 | Эндресс + Хаузер Гмбх + Ко. Кг | Пьезокерамическая многослойная деталь для измерительных приборов и способ ее изготовления |
-
2013
- 2013-08-01 RU RU2013136032/28A patent/RU2540440C1/ru active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6260248B1 (en) * | 1996-04-19 | 2001-07-17 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for producing a monolithic multilayer piezo actuator |
RU2178222C2 (ru) * | 1996-11-12 | 2002-01-10 | Сименс Акциенгезелльшафт | Пьезоэлектрический исполнительный элемент с контактированием нового типа и способ изготовления |
RU2264678C2 (ru) * | 2000-04-27 | 2005-11-20 | Эндресс + Хаузер Гмбх + Ко. Кг | Пьезокерамическая многослойная деталь для измерительных приборов и способ ее изготовления |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2680310C1 (ru) * | 2018-06-06 | 2019-02-20 | Евгений Михайлович Фёдоров | Способ сборки пьезоактуатора прямого действия |
RU2751896C1 (ru) * | 2020-11-30 | 2021-07-19 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Южный федеральный университет» | Композиционный пьезоматериал и способ его изготовления |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013136032A (ru) | 2015-02-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9876161B2 (en) | Method of fabricating piezoelectric energy harvesting device | |
JP2019519930A5 (ru) | ||
US20100295420A1 (en) | Piezoceramic surface actuator and method for the production thereof | |
JP2011254569A (ja) | 振動体とその製造方法及び振動波アクチュエータ | |
JP2009124791A (ja) | 振動体及び振動波アクチュエータ | |
RU2540440C1 (ru) | Способ изготовления монолитных многослойных пьезокерамических элементов-столбиков | |
CN108231993B (zh) | 压电驻极体材料组件的极化方法及应用 | |
CN104882277B (zh) | 层状复合结构可调控电容和压电应力调控介电的方法 | |
CN107565013B (zh) | 一种纵向梯度短纤维压电复合材料及其制备方法 | |
CN103155191A (zh) | 层叠型压电致动器以及压电振动装置 | |
CN103002387A (zh) | 层压型压电式扬声器装置 | |
RU2472253C1 (ru) | Пьезоэлектрический прибор и способ его изготовления | |
CN116133507A (zh) | 叠层型压电陶瓷全电极结构及其制造工艺 | |
WO2015170446A1 (ja) | 圧電デバイスおよびそれの製造方法 | |
CN107565012B (zh) | 压电纤维复合材料的制备方法与压电纤维复合材料 | |
KR20170049830A (ko) | 압전 에너지 하베스터 | |
JP2016219691A (ja) | 積層セラミック電子部品の製造方法 | |
JP3994758B2 (ja) | チップ型電子部品の製造方法 | |
CN104538545B (zh) | 一种基于铁弹畴变的大致动应变压电致动器 | |
US20150048720A1 (en) | Piezoelectric actuator module and method of manufacturing the same | |
CN101075804A (zh) | 独石型片式厚度切变振动陶瓷谐振器及其制造方法 | |
JPS62290187A (ja) | 円筒状圧電アクチユエ−タ及びその製造方法 | |
CN219536760U (zh) | 一种叠层压电振子 | |
CN210897338U (zh) | 一种新型压电触觉反馈致动器 | |
RU2680310C1 (ru) | Способ сборки пьезоактуатора прямого действия |