RU2572292C1 - Способ изготовления многослойных пьезокерамических элементов - Google Patents
Способ изготовления многослойных пьезокерамических элементов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2572292C1 RU2572292C1 RU2014145024/28A RU2014145024A RU2572292C1 RU 2572292 C1 RU2572292 C1 RU 2572292C1 RU 2014145024/28 A RU2014145024/28 A RU 2014145024/28A RU 2014145024 A RU2014145024 A RU 2014145024A RU 2572292 C1 RU2572292 C1 RU 2572292C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- group
- paste
- powder
- piezoceramic
- blanks
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 9
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 45
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 19
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims abstract description 4
- 210000003041 ligament Anatomy 0.000 claims description 4
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 claims description 4
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 19
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 abstract description 3
- 239000002002 slurry Substances 0.000 abstract 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005474 detonation Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 230000036316 preload Effects 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
Изобретение относится к пьезотехнике, а именно к области создания многослойных пьезокерамических элементов для преобразователей электрической энергии в механическую. Сущность: способ включает приготовление шликера с порошком пьезокерамики, литье шликера через фильеру на движущуюся ленту и получение «сырых» пленок из органической связки с порошком пьезокерамики, резку сплошных «сырых» пленок на групповые заготовки, покрытие определенной части каждой групповой заготовки через сеткотрафарет пастой с порошком металла, сборку групповых заготовок в n-слойные пакеты, гидростатическое прессование собранных пакетов, рубку групповых n-слойных пакетов в соответствии с рисунком сеткотрафарета на отдельные n-слойные заготовки, удаление связки и спекание заготовок в монолит, металлизацию у монолитных заготовок боковых поверхностей, поляризацию монолитных заготовок, измерение параметров полученных монолитных многослойных (n-слойных) пьезокерамических элементов. Перед сборкой групповых заготовок в пакеты групповые заготовки подсушивают и участки каждой групповой заготовки, непокрытые пастой с порошком металла, покрывают через второй сеткотрафарет пастой с порошком пьезокерамики. При этом толщина слоя пасты с порошком керамики одинакова с толщиной слоя пасты с порошком металла. Технический результат: улучшение технологических и эксплуатационных характеристик изделий за счет повышения плоскостности внутренних электродов. 1 табл., 3 ил.
Description
Изобретение относится к электронной технике, а именно к области создания многослойных пьезокерамических элементов для электромеханических и механоэлектрических преобразователей электрической энергии в механическую с использованием обратного пьезоэфффекта, например, в актюаторах и механической энергии в электрическую с использованием прямого пьезоэффекта в различного рода датчиках (давления, детонации, вибрации и др), а так, же в многослойных пьзокерамических трансформаторах, преобразующих электрическую энергию в механическую с использованием обратного пьезоэфффекта с последующим преобразованием механической энергии в электрическую с использованием прямого пьезоэффекта.
Известны различные способы изготовления многослойных пьезокерамических элементов для актюаторов (или акселерометров) на их основе [Янчич В.В. Пьезоэлектрические виброизмерительные преобразователи (акселерометры). Ростов на Дону, 2010. 287 с.]. Конструкции многослойных пьезокерамических элементов различаются по способам механического соединения отдельных пьезокерамических пластин между собой, коммутации электродов и выполнения электрических выводов. Наиболее распространены следующие способы соединения пластин: - упругое поджатие, например, в составе изделия; - склеивание; - пайка; - сварка. В известных технических решениях из технологических соображений, минимальная толщина пьезокерамической пластины составляет ~0,5 мм.
Недостатком, ограничивающим применение многослойных пьезоэлементов из объемных пьезокерамеческих пластин, например, в актюаторах, использующих обратный пьезоэффект, является необходимость создания относительно сильного электрического поля, что сопряжено с использованием высоких 102-103 В напряжений, требуемых для создания практически полезных перемещений.
Прототип - способ изготовления многослойных пьезокерамических элементов для актюаторов по «пленочной» технологии [Головнин В.А. Каплунов И.А. Малышкина О. В. Педько Б.Б. Мовчикова А.А. Физические основы, методы исследования и практическое применение пьезоматериалов. Тверь, Техносфера, 2013, 272 с.] включает: - приготовление шликера с порошком пьезокерамики; - литье шликера через фильеру на движущуюся ленту и получение «сырых» пленок из органической связки с порошком пьезокерамики; - резку сплошных «сырых» пленок на групповые заготовки; - покрытие определенной части каждой групповой заготовки через сеткотрафарет пастой с порошком металла; - сборку групповых заготовок в n-слойные пакеты; - гидростатическое прессование собранных пакетов; - рубку групповых n-слойных пакетов, в соответствии с рисунком сеткотрафарета, на отдельные n-слойные заготовки; - удаление связки и спекание заготовок в монолит; - металлизацию у монолитных заготовок боковых поверхностей; - поляризацию монолитных заготовок; - измерение параметров полученных монолитных многослойных (n-слойных) пьезокерамических элементов.
Полученные по известному способу многослойные пьезокерамические элементы имеют толщину керамических слоев от 10 до 300-500 мкм. Число слоев обуславливается высотой пакетов из групповых заготовок, ограниченной технологическими возможностями оборудования, в 4-5 мм. При использовании таких пьезокерамических элементов высотой ~3 мм и толщиной керамического слоя, например, 50 мкм, рабочее напряжение для удлинения на ~0,1% (~2,5 мкм) составляет 100 В. Для изготовления актюаторов с большим удлинением склеивают несколько (до 20-30 шт) таких многослойных пьезокерамических элементов.
Недостатком известного способа является невозможность получать плоские внутренние электроды, что приводит к участию в работе устройств не только рабочего пьезомодуля d33, но и "паразитных" d31 и d15. Это ухудшает технологические и экспуатационные характеристики изделий.
Заявляемое изобретение иллюстрируется Фиг. 1-3 и Таблицей 1.
Фиг. 1. Схема сборки группового пакета
Фиг. 2. Фрагмент сборки по известному способу монолитных многослойных пьезокерамических элементов после гидростатического прессования: 1 - области, заполненные керамической пленкой; 2 - области, заполненные пастой с порошком металла; 3 - линии разделения групповых пакетов на отдельные n-слойные заготовки (линии рубки).
Фиг. 3. Фрагмент сборки по заявляемому способу монолитных многослойных пьезоэлементов после гидростатического прессования: 1 - области, заполненные керамической пленкой; 2 - области, заполненные пастой с порошком металла; 3 - линии разделения групповых пакетов на отдельные n-слойные заготовки (линии рубки); 4 - области, заполненные перед гидростатическим прессованием пастой с порошком керамики.
Кривизна внутренних электродов обуславливается особенностями известного способа изготовления многослойных пьезокерамических элементов. При сборке групповых заготовок в n-слойные пакеты участки каждой групповой заготовки, покрытые через сеткотрафарет пастой с порошком металла, оказываются друг над другом Фиг 1. При гидростатическом прессовании участки каждой групповой заготовки, которые не покрыты пастой с порошком металла заполняются керамической массой выше расположенной заготовки Фиг. 2. И после спекания толщины заготовок в центре и на краю многослойного пьезокерамического элемента, где преобладают незаполненные порошком металла участки, могут существенно уменьшаться. Разница по толщине, например, для 50-слойных пьзокерамических элеметов, где каждый пьезокерамический элемент - 50 мкм керамики и 3-5 мкм нанесенной через сеткотрафарет пасты, достигает 50-70 мкм.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является достижение технического результата, заключающегося в улучшении технологических и экспуатационных характеристик изделий на основе многослойных пьезокерамических элементов за счет повышения плоскостности внутренних электродов Фиг. 3.
Поставленная задача решается в способе изготовления многослойных пьезокерамических элементов, в том чиле для пьезокерамических актюаторов и акселерометров, включащем приготовление шликера с порошком пьезокерамики, литье шликера через фильеру на движущуюся ленту с получением «сырых» пленок из органической связки с порошком пьезокерамики; резку сплошных «сырых» пленок на групповые заготовки; покрытие определенной части каждой групповой заготовки через сеткотрафарет пастой с порошком металла; сборку групповых заготовок в n-слойные пакеты; гидростатическое прессование собранных пакетов; рубку групповых n-слойных пакетов, в соответствии с рисунком сеткотрафарета, на отдельные n-слойные заготовки; удаление связки и спекание заготовок в монолит; металлизацию у монолитных заготовок боковых поверхностей; поляризацию монолитных заготовок; измерение параметров полученных монолитных многослойных (n-слойных) пьезоэлементов, в котором, перед сборкой групповых заготовок в пакеты, групповые заготовки подсушивают и участки каждой групповой заготовки, непокрытые пастой с порошком металла, дополнительно покрывают через второй сеткотрафарет пастой с порошком пьезокерамики, так что толщина слоя пасты с порошком керамики равна толщине слоя пасты с порошком металла, что достигается выбором сеткотрафарета, дисперсности порошка керамики и характеристик пасты.
Таким образом, отличительными признаками заявляемого изобретения являются: наличие второго сеткотрафарета и то, что перед сборкой групповых заготовок в пакеты групповые заготовки подсушивают и участки каждой групповой заготовки непокрытые пастой с порошком металла покрывают через второй сеткотрафарет пастой с порошком пьезокерамики, так что толщина слоя пасты с порошком керамики равна толщине слоя пасты с порошком металла, что достигается выбором сеткотрафарета, дисперсности порошка керамики и характеристик пасты.
Указанная совокупность отличительных признаков позволяет достичь технического результата, заключающегося в улучшении технологических и экспуатационных характеристик изделий на основе многослойных пьезокерамических элементов за счет повышения плоскостности внутренних электродов. Это иллюстрируется фрагментом схемы сборки Фиг 3.
Технический результат достигается тем, что перед гидростатическим прессованием вся поверхность пленки покрыта пастами одинаковой толщины Фиг. 3 и последующий слой ровно прилегает к слою паст с порошками металла и порошками керамики.
По известному способу, в соответствии с действующим комплектом технологических документов на процесс изготовления элементов пьезокерамических многослойных ЖКГД.01300.00071 КТД, изготовлены 50-слойные монолитные пьезокерамические элементы ЭП-9-61-Пл-001 с толщиной пьезокерамического слоя 50 мкм.
В известном способе приготовление шликера с порошком пьезокерамики проводят на валковой мельнице ГМ 714; для литья шликера через фильеру на движущуюся ленту и получения «сырых» пленок из органической связки с порошком пьезокерамики используют линию САМ 220 (фирма «Кеко», Словения); резку сплошных «сырых» пленок на групповые заготовки, покрытие определенной части каждой групповой заготовки через сеткотрафарет пастой с порошком металла, сборку групповых заготовок в n-слойные пакеты выполнют на линии ПАЛ-3 (фирма «Кеко», Словения) с использованием первого блока трафаретной печати; гидростатическое прессование собранных 50-слойные пакетов осуществляют в гидростатическом прессе «ILS-6A»; рубку 50- слойных пакетов, в соответствии с рисунком сеткотрафарета выполняют в автоматической рубочной машине СМ-14А (фирма «Кеко», Словения); удаление связки и спекание заготовок в монолит проводят в установках утильного обжига и спекания СЭМ3.023.022; металлизацию у монолитных заготовок боковых поверхностей проводят вручную; поляризацию монолитных заготовок и измерение параметров полученных пьезокерамических элементов выполняют на метрологическом оборудовании участка.
По заявляемому способу изготовлены 50- слойные монолитные пьезокерамические элементы ЭП-9-61-Пл-001-01. Они изготовлены по измененной, в соответствии с заявляемым способом, экспериментальной технологии, отличающейся тем, что перед сборкой групповых заготовок в пакеты групповые заготовки подсушивают и участки каждой групповой заготовки непокрытые пастой с порошком металла покрывают через сеткотрафарет второй пастой с порошком пьезокерамики. Для этого после покрытия определенной части каждой групповой заготовки пастой с порошком металла через сеткотрафарет первого блока трафаретной печати линии ПАЛ-3 заготовки подсушивают и покрывают пастой с порошком пьезокерамики, для чего дополнительно используют сеткотрафарет второго блока трафаретной печати на линии ПАЛ-3.
Характеристики многослойных пьезокерамических элементов для двух выборок по 180 шт многослойных монолитных пьезокерамических элементов ЭП-9-61-Пл-001, изготовленных по известному способу и многослойных монолитных пьезоэлементов ЭП-9-61-Пл-001-01, изготовленных по заявляемому способу представлены Таблице 1.
Из результатов, представленных в Таблице 1, следует, что при изготовлении по заявляемому способу у изделий в ~1,5 раза уменьшается разброс параметров и в ~2 раза уменьшается количество отбракованных изделий, повышается выход годных изделий и их надежность.
Улучшенные технологические и эксплуатационные характеристики многослойных монолитных пьезокерамических элементов, изготовленных по заявляемому способу, особенно актуальны при их использовании в исполнительной части интеллектуальных систем стелс-покрытий подводных обьектов и систем звукопоглощения.
Claims (1)
- Способ изготовления многослойных пьезокерамических элементов, включающий приготовление шликера с порошком пьезокерамики; литье шликера через фильеру на движущуюся ленту и получение "сырых" пленок из органической связки с порошком пьезокерамики; резку сплошных "сырых" пленок на групповые заготовки; покрытие определенной части каждой групповой заготовки через сеткотрафарет пастой с порошком металла, сборку групповых заготовок в n-слойные пакеты; гидростатическое прессование собранных пакетов; рубку групповых n-слойных пакетов в соответствии с рисунком сеткотрафарета на отдельные n-слойные заготовки; удаление связки и спекание заготовок в монолит; металлизацию у монолитных заготовок боковых поверхностей; поляризацию монолитных заготовок; измерение параметров полученных монолитных многослойных (n-слойных) пьезоэлементов, отличающийся тем, что перед сборкой групповых заготовок в пакеты групповые заготовки подсушивают и участки каждой групповой заготовки непокрытые пастой с порошком металла покрывают через второй сеткотрафарет пастой с порошком пьезокерамики, так что толщина слоя пасты с порошком керамики одинакова с толщиной слоя пасты с порошком металла.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014145024/28A RU2572292C1 (ru) | 2014-11-10 | 2014-11-10 | Способ изготовления многослойных пьезокерамических элементов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014145024/28A RU2572292C1 (ru) | 2014-11-10 | 2014-11-10 | Способ изготовления многослойных пьезокерамических элементов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2572292C1 true RU2572292C1 (ru) | 2016-01-10 |
Family
ID=55072073
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014145024/28A RU2572292C1 (ru) | 2014-11-10 | 2014-11-10 | Способ изготовления многослойных пьезокерамических элементов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2572292C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2774652C1 (ru) * | 2021-10-29 | 2022-06-21 | Акционерное общество "Акустический институт имени академика Н.Н. Андреева" | Многослойный пьезоэлектрический преобразователь и способ его сборки |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5245734A (en) * | 1989-11-14 | 1993-09-21 | Battelle Memorial Institute | Multilayer piezoelectric actuator stack and method for its manufacture |
| US6260248B1 (en) * | 1996-04-19 | 2001-07-17 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for producing a monolithic multilayer piezo actuator |
| US6912761B2 (en) * | 2001-10-17 | 2005-07-05 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Method of producing multilayer piezoelectric resonator |
| EP2012374A2 (en) * | 2003-09-24 | 2009-01-07 | Kyocera Corporation | Multi-layer piezoelectric element |
| RU2462792C2 (ru) * | 2007-09-26 | 2012-09-27 | Эпкос Аг | Пьезоэлектрический многослойный компонент |
| RU2472253C1 (ru) * | 2011-08-17 | 2013-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный университет" | Пьезоэлектрический прибор и способ его изготовления |
-
2014
- 2014-11-10 RU RU2014145024/28A patent/RU2572292C1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5245734A (en) * | 1989-11-14 | 1993-09-21 | Battelle Memorial Institute | Multilayer piezoelectric actuator stack and method for its manufacture |
| US6260248B1 (en) * | 1996-04-19 | 2001-07-17 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for producing a monolithic multilayer piezo actuator |
| US6912761B2 (en) * | 2001-10-17 | 2005-07-05 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Method of producing multilayer piezoelectric resonator |
| EP2012374A2 (en) * | 2003-09-24 | 2009-01-07 | Kyocera Corporation | Multi-layer piezoelectric element |
| RU2462792C2 (ru) * | 2007-09-26 | 2012-09-27 | Эпкос Аг | Пьезоэлектрический многослойный компонент |
| RU2472253C1 (ru) * | 2011-08-17 | 2013-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный университет" | Пьезоэлектрический прибор и способ его изготовления |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU218566U1 (ru) * | 2021-09-23 | 2023-05-31 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Прибор" имени С.С. Голембиовского" | Малогабаритный пьезодатчик удара |
| RU218566U9 (ru) * | 2021-09-23 | 2023-11-24 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Прибор" имени С.С. Голембиовского" | Малогабаритный пьезодатчик удара |
| RU2774652C1 (ru) * | 2021-10-29 | 2022-06-21 | Акционерное общество "Акустический институт имени академика Н.Н. Андреева" | Многослойный пьезоэлектрический преобразователь и способ его сборки |
| RU2817987C1 (ru) * | 2023-07-25 | 2024-04-23 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук (ИВТЭ УрО РАН) | Состав шликера для получения керамического электролита |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103247441B (zh) | 层叠陶瓷电容器的制造方法及层叠陶瓷电容器 | |
| US20190164698A1 (en) | Multi-layer ceramic electronic component, method of producing the same, and ceramic body | |
| CN102543424A (zh) | 层叠陶瓷电子部件以及其制造方法 | |
| CN104576055A (zh) | 层叠陶瓷电容器 | |
| KR20180083244A (ko) | 적층 세라믹 콘덴서 및 그 실장 구조체 | |
| KR20160068642A (ko) | 적층 세라믹 전자 부품 | |
| EP3000139A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines elastomerstapelaktors | |
| DE102011102266A1 (de) | Anordnung mit einem MEMS-Bauelement und Verfahren zur Herstellung | |
| US5255972A (en) | Electrostrictive effect element and the process of manufacturing the same | |
| CN108183024B (zh) | 层叠陶瓷电子部件的制造方法 | |
| US9112152B2 (en) | Method for producing a piezo actuator and piezo actuator | |
| RU2572292C1 (ru) | Способ изготовления многослойных пьезокерамических элементов | |
| WO2005075113A1 (de) | Ultraschallwandler mit einem piezoelektrischen wandlerelement, verfahren zum herstellen des wandlerelements und verwendung des ultraschallwandlers | |
| CN100378879C (zh) | 制造陶瓷叠层制品的方法、叠层电子元件及其制造方法 | |
| JP3466524B2 (ja) | 積層型電子部品およびその製法 | |
| KR101823369B1 (ko) | 적층 세라믹 전자부품의 제조 방법 | |
| DE19542365A1 (de) | Verfahren zur Herstellung eines vielschichtigen keramischen Elektronikbauteils | |
| JP2018113300A (ja) | 積層電子部品の製造方法 | |
| RU2472253C1 (ru) | Пьезоэлектрический прибор и способ его изготовления | |
| RU2540440C1 (ru) | Способ изготовления монолитных многослойных пьезокерамических элементов-столбиков | |
| JP3363236B2 (ja) | 積層セラミックコンデンサの製造方法 | |
| JP2011003655A (ja) | 積層セラミックの製造方法 | |
| Medesi et al. | A novel co-casting process for piezoelectric multilayer ceramics with silver inner electrodes | |
| JPH04282812A (ja) | 積層体の製造方法 | |
| JP2015032791A (ja) | 積層電子部品およびその製造方法 |