RU2607224C1 - Method of gluing elements of piezoelectric sensor of impact acceleration - Google Patents
Method of gluing elements of piezoelectric sensor of impact acceleration Download PDFInfo
- Publication number
- RU2607224C1 RU2607224C1 RU2015133557A RU2015133557A RU2607224C1 RU 2607224 C1 RU2607224 C1 RU 2607224C1 RU 2015133557 A RU2015133557 A RU 2015133557A RU 2015133557 A RU2015133557 A RU 2015133557A RU 2607224 C1 RU2607224 C1 RU 2607224C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- adhesive
- adhesive composition
- particles
- piezoelectric sensor
- piezoelectric
- Prior art date
Links
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 title claims abstract description 56
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 title claims abstract description 5
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims abstract description 59
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims abstract description 59
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 46
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 32
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 14
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 13
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims abstract description 8
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 5
- 229920006332 epoxy adhesive Polymers 0.000 claims abstract description 4
- 230000035939 shock Effects 0.000 claims description 31
- 238000004073 vulcanization Methods 0.000 claims description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 6
- 239000003292 glue Substances 0.000 abstract description 5
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 9
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 7
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 1
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000011231 conductive filler Substances 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 229920006037 cross link polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 235000019592 roughness Nutrition 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 230000035899 viability Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
- C09J9/00—Adhesives characterised by their physical nature or the effects produced, e.g. glue sticks
- C09J9/02—Electrically-conducting adhesives
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
- C09J5/00—Adhesive processes in general; Adhesive processes not provided for elsewhere, e.g. relating to primers
- C09J5/06—Adhesive processes in general; Adhesive processes not provided for elsewhere, e.g. relating to primers involving heating of the applied adhesive
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P15/09—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by piezoelectric pick-up
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться при изготовлении пьезоэлектрического датчика ударного ускорения для соединения его элементов, в частности - в технологии создания клеевых электропроводящих композиций.The invention relates to measuring technique and can be used in the manufacture of a piezoelectric shock acceleration sensor for connecting its elements, in particular in the technology of creating adhesive electrically conductive compositions.
Клеевое токопроводящее соединение пьезоэлемента с инерционным элементом и основанием датчика определяет его основные технические характеристики.The adhesive conductive connection of the piezoelectric element with the inertial element and the base of the sensor determines its main technical characteristics.
Известен способ склеивания немагнитных материалов [SU №434774, МПК C09J 5/00, опубл. 25.12.1976 г.], включающий нанесение клея на поверхности, подлежащие склеиванию, открытую выдержку, соединение поверхностей и отверждение клея. В период открытой выдержки проводят обработку слоев клея постоянным магнитным полем с индукцией от 200 до 500 Э, что позволяет повысить прочность клеевого соединения на 20-50% при склеивании элементов пьезоэлектрического датчика ударного ускорения. При этом съем пьезозарядов будет осуществляться за счет контактирования микрошероховатостей поверхностей электродов пьезоэлемента и металлических деталей датчика.A known method of bonding non-magnetic materials [SU No. 434774, IPC C09J 5/00, publ. 12/25/1976], including the application of glue on the surfaces to be glued, open exposure, surface bonding and curing of the glue. During the open exposure period, the adhesive layers are treated with a constant magnetic field with induction from 200 to 500 Oe, which allows to increase the adhesive strength by 20-50% when gluing the elements of the piezoelectric shock acceleration sensor. In this case, the piezoelectric charge will be removed by contacting the micro roughnesses of the surfaces of the piezoelectric electrodes and the metal parts of the sensor.
Однако отсутствие токопроводящего наполнителя в клее приведет к снижению надежности измерения ударных ускорений в условиях повышенных температур и/или действия ускорения «на отрыв» пьезоэлемента. А из-за отсутствия нормирования толщины клеевого соединения (отсутствия калиброванных частиц) точность измерений будет снижена, особенно при наличии поперечной составляющей ударного ускорения.However, the absence of a conductive filler in the adhesive will reduce the reliability of the measurement of shock accelerations at elevated temperatures and / or the acceleration effect “on separation” of the piezoelectric element. And due to the lack of standardization of the thickness of the adhesive joint (absence of calibrated particles), the measurement accuracy will be reduced, especially in the presence of the transverse component of shock acceleration.
Известен способ склеивания деталей [SU №1694615, МПК C09J 5/04, опубл. 30.11.1991 г.], включающий зачистку склеиваемых поверхностей, нанесение на них клеевой композиции, соединение склеиваемых поверхностей и воздействие на них магнитного поля с индукцией 0,02-0,1 Тл. Клеевая композиция основана на использовании ферромагнитного наполнителя с дисперсностью 10-4-10-9 м в количестве 20-35% от объема клеевой композиции. Использование этого способа при изготовлении датчика ударных ускорений позволит повысить прочность клеевого соединения на 18-25%, и соответственно, расширить диапазон измеряемых ускорений.A known method of bonding parts [SU No. 1694615, IPC C09J 5/04, publ. November 30, 1991], including cleaning the glued surfaces, applying an adhesive composition to them, joining the glued surfaces and the effect of a magnetic field on them with induction 0.02-0.1 T. The adhesive composition is based on the use of a ferromagnetic filler with a dispersion of 10 -4 -10 -9 m in an amount of 20-35% of the volume of the adhesive composition. Using this method in the manufacture of a shock acceleration sensor will increase the strength of the adhesive joint by 18-25%, and accordingly, expand the range of measured accelerations.
Однако большое количество ферромагнитного порошка - 20-35% от объема клея (около 50-70% по массе) приводит к ухудшению механических характеристик клеевого соединения, что означает большую жесткость, недостаточный уровень эластичности клеевой композиции, приводящий к увеличению вероятности «ухода нуля» при измерении ударных ускорений, из-за наличия высоких внутренних напряжений. Кроме того, уровень магнитной индукции недостаточен для надежного обеспечения съема пьезозарядов при использовании данного способа склеивания элементов пьезоэлектрического датчика ударного ускорения. Указанные недостатки приведут к снижению точности измерения интенсивных ударных ускорений особенно при наличии высокочастотных неизмеряемых воздействий.However, a large amount of ferromagnetic powder - 20-35% of the glue volume (about 50-70% by weight) leads to a deterioration in the mechanical characteristics of the adhesive joint, which means greater rigidity, insufficient elasticity of the adhesive composition, leading to an increase in the likelihood of "zero" when measuring shock accelerations due to the presence of high internal stresses. In addition, the level of magnetic induction is insufficient to reliably ensure the removal of piezoelectric charges when using this method of gluing elements of a piezoelectric shock acceleration sensor. These shortcomings will lead to a decrease in the accuracy of measuring intense shock accelerations, especially in the presence of high-frequency unmeasured effects.
Известен способ склеивания полимерной электропроводящей композицией [RU №2322469, МПК C09J 9/02, C09J 163/00, H01L 23/48, опубл. 20.04.2008 г.], включающий смешивание клеевого материала с органическим растворителем, после испарения которого соединяют склеиваемые поверхности, прижимают при термообработке до расплавления указанного материала при температуре от 20°C до 185°C и продолжительностью от 1 до 60 мин. Данный способ приводит к образованию линейных и сшитых полимерных систем. Образующаяся при этом объемная электропроводящая структура может служить для съема пьезозарядов в датчике ударных ускорений.A known method of bonding a polymer electrically conductive composition [RU No. 2323269, IPC C09J 9/02, C09J 163/00, H01L 23/48, publ. April 20, 2008], including mixing the adhesive material with an organic solvent, after evaporation of which the bonded surfaces are connected, pressed during heat treatment until the specified material melts at a temperature of from 20 ° C to 185 ° C and lasts from 1 to 60 minutes. This method leads to the formation of linear and crosslinked polymer systems. The resulting volumetric electrically conductive structure can serve to pick up piezoelectric charges in the shock acceleration sensor.
Однако толщина получаемого клеевого соединения при этом незначительна (может составлять от 5 до 30 мкм), а жесткость полимеризованной композиции высока, что приведет к снижению точности измерения интенсивных ударных ускорений за счет снижения демпфирования высокочастотных составляющих ускорения.However, the thickness of the obtained adhesive joint is negligible (it can be from 5 to 30 microns), and the rigidity of the polymerized composition is high, which will lead to a decrease in the accuracy of measuring intense shock accelerations by reducing the damping of high-frequency acceleration components.
Известен способ склеивания элементов пьезоэлектрического датчика ударного ускорения, описанный в пьезоэлектрическом датчике ударного ускорения [RU №2495438, МПК G01P 15/09, опубл. 10.10.2013 г.] и наиболее близкий по технической сущности к заявляемому, поэтому взятый за прототип. Данный способ включает создание клеевого состава путем смешивания эпоксидного клея с каучуком не менее 60% массовых долей и графитом не более 10% массовых долей с дальнейшим вводом в полученный клеевой состав токопроводящих калиброванных частиц размером 20-80 мкм, нанесение клеевого состава на поверхности, подлежащие склеиванию, соединение поверхностей и вулканизацию при температуре от 100°C до 110°C. В качестве токопроводящих калиброванных частиц используют калиброванные ферромагнитные частицы размером 20-80 мкм. Данный способ позволяет обеспечить съем электрических зарядов с пьезоэлементов пьезоэлектрического датчика ударного ускорения.A known method of bonding elements of a piezoelectric shock acceleration sensor described in a piezoelectric shock acceleration sensor [RU No. 2495438, IPC G01P 15/09, publ. 10.10.2013,] and the closest in technical essence to the claimed, therefore, taken as a prototype. This method includes the creation of an adhesive composition by mixing epoxy adhesive with rubber of at least 60% by mass and graphite of not more than 10% by mass with further introduction of conductive calibrated particles of 20-80 μm in size into the obtained adhesive composition, applying the adhesive composition to surfaces to be bonded , surface bonding and vulcanization at temperatures from 100 ° C to 110 ° C. As conductive calibrated particles using calibrated ferromagnetic particles with a size of 20-80 microns. This method allows for the removal of electric charges from the piezoelectric elements of the piezoelectric shock acceleration sensor.
Однако недостатками известного способа является то, что:However, the disadvantages of this method is that:
- электрическая связь в прототипе между инерционным элементом и электродом пьезоэлемента датчика ударного ускорения обеспечивается за счет использования калиброванных ферромагнитных частиц размером 20-80 мкм. Количество частиц, участвующих в образовании электрической связи, в клеевом слое пьезоэлектрического датчика ударного ускорения может оказаться небольшим (порядка трех), так как толщина слоя регламентируется размером данных частиц. В случае реализации «монослоя» - клеевого соединения толщиной, определяемой размером всего одного зерна наполнителя, при повышенной температуре (более 100°C) точность измерения ударных ускорений может снизиться за счет разрыва электропроводящих связей (из-за разницы температурных коэффициентов наполнителя и связующего) или действии ускорения «на отрыв» пьезоэлемента. Данная клеевая композиция не обеспечивает надежное соединение, устойчивое к повышенным температурным изменениям, и, как следствие, не обеспечивает высокую надежность;- the electrical connection in the prototype between the inertial element and the piezoelectric electrode of the shock acceleration sensor is provided through the use of calibrated ferromagnetic particles with a size of 20-80 microns. The number of particles involved in the formation of electrical communication in the adhesive layer of the piezoelectric shock acceleration sensor may turn out to be small (of the order of three), since the thickness of the layer is governed by the size of these particles. In the case of the implementation of a “monolayer” - an adhesive joint with a thickness determined by the size of just one grain of the filler, at an elevated temperature (more than 100 ° C) the accuracy of the measurement of impact accelerations may decrease due to the breakdown of the electrically conductive bonds (due to the difference in temperature coefficients of the filler and the binder) the effect of acceleration "on separation" of the piezoelectric element. This adhesive composition does not provide a reliable connection, resistant to elevated temperature changes, and, as a result, does not provide high reliability;
- при наличии высокочастотных неизмеряемых воздействий (колебаний, наложенных на основной измеряемый импульс ударного ускорения) существует вероятность «ухода нуля» датчика из-за превышения допустимого воздействия на пьезокерамику;- in the presence of high-frequency unmeasured influences (oscillations superimposed on the main measured impulse of shock acceleration) there is a probability of “zero” of the sensor due to exceeding the permissible effect on piezoceramics;
- при действии интенсивных ударных ускорений прочность клеевого соединения может оказаться недостаточной, и возможен отрыв пьезоэлемента от опоры датчика, т.е. его разрушение;- under the action of intense shock accelerations, the strength of the adhesive joint may be insufficient, and the piezoelectric element may detach from the sensor support, i.e. its destruction;
- время жизнеспособности клеевой композиции небольшое, что позволяет изготавливать одновременно только 2-4 датчика. Из-за высокой скорости полимеризации и большой вязкости клеевой композиции равномерные клеевые слои для большего количества датчиков не удается сформировать, что снижает точность измерений ускорений при изготовлении большего количества датчиков и наличии поперечной составляющей ускорения.- the viability of the adhesive composition is small, which allows to produce at the same time only 2-4 sensors. Due to the high polymerization rate and the high viscosity of the adhesive composition, uniform adhesive layers cannot be formed for more sensors, which reduces the accuracy of acceleration measurements in the manufacture of more sensors and the presence of the transverse component of acceleration.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение точности и надежности измерений ударных ускорений пьезоэлектрическим датчиком в условиях интенсивного ударного ускорения при повышенной температуре и/или высокочастотных неизмеряемых воздействиях.The problem to which the invention is directed, is to increase the accuracy and reliability of shock acceleration measurements by a piezoelectric sensor under conditions of intense shock acceleration at elevated temperature and / or high-frequency unmeasured influences.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является повышение прочности склеивания элементов пьезоэлектрического датчика ударного ускорения при увеличении эластичности токопроводящего клеевого соединения, устойчивого и работоспособного в условиях интенсивного ударного ускорения при повышенной температуре и/или высокочастотных неизмеряемых воздействиях, а также расширение диапазона измеряемых ускорений и ускорений, после воздействия которых датчик сохраняет работоспособность, увеличение количества одновременно изготавливаемых датчиков за счет увеличения времени жизнеспособности клеевой композиции.The technical result, to which the claimed invention is directed, is to increase the bonding strength of the elements of the piezoelectric shock acceleration sensor while increasing the elasticity of the conductive adhesive joint, stable and workable in conditions of intense shock acceleration at elevated temperature and / or high-frequency unmeasured impacts, as well as expanding the range of measured accelerations and accelerations, after which the sensor remains operational, increases number of sensors simultaneously produced by increasing the pot life of the adhesive composition.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе соединения элементов пьезоэлектрического датчика ударного ускорения, включающем создание клеевого состава путем смешивания эпоксидного клея с каучуком не менее 60% массовых долей и графитом не более 10% массовых долей с дальнейшим вводом в полученный клеевой состав токопроводящих калиброванных частиц размером 20-80 мкм, нанесение клеевого состава на поверхности, подлежащие склеиванию, соединение поверхностей, и вулканизацию при температуре от 100°C до 110°C, согласно изобретению при создании клеевого состава в него вводят растворитель в соотношении от 1:10 до 1:3 от объема клеевого состава, в качестве токопроводящих частиц используют ферромагнитные частицы размером не более 10 мкм в количестве 2-10% массовых долей, а в качестве калиброванных частиц используют стеклянные или полимерные микросферы, причем вулканизацию проводят под давлением 0,05-0,20 МПа в течение 21-24 ч в постоянном магнитном поле с индукцией не менее 0,2 Тл, силовые линии которого перпендикулярны склеиваемым поверхностям.The specified technical result is achieved by the fact that in the method of connecting the elements of the piezoelectric shock acceleration sensor, including the creation of an adhesive composition by mixing epoxy adhesive with rubber at least 60% by mass and graphite not more than 10% by mass with further introduction of conductive calibrated particles into the obtained adhesive composition 20-80 microns in size, applying adhesive to surfaces to be bonded, bonding surfaces, and vulcanizing at temperatures from 100 ° C to 110 ° C, according to the invention when creating the adhesive composition, a solvent is introduced into it in a ratio of 1:10 to 1: 3 of the volume of the adhesive composition, ferromagnetic particles using a size of not more than 10 μm in an amount of 2-10% by weight are used as conductive particles, and calibrated particles are used glass or polymer microspheres, the curing being carried out under a pressure of 0.05-0.20 MPa for 21-24 hours in a constant magnetic field with an induction of at least 0.2 T, the lines of force of which are perpendicular to the surfaces to be bonded.
При отсутствии магнитного поля проводящие частицы в электропроводящем полимере расположены беспорядочно, многие из них не принимают участия в образовании электропроводящей структуры. Электрическая проводимость материала идентична во всех направлениях. Под действием постоянного магнитного поля в еще не полимеризированной клеевой композиции происходит движение токопроводящих частиц с образованием цепочек вдоль магнитных силовых линий, которые перпендикулярны склеиваемым поверхностям. Максимальная проводимость - в направлении ориентации токопроводящих частиц. Процесс образования цепочек называется «магнитной коагуляцией» (образование цепочных структур, образование агломераций). Клеевое соединение элементов пьезоэлектрического датчика ударного ускорения определяет его основные технические характеристики. Для пьезоэлектрических датчиков ударного ускорения необходимо создать тонкий эластичный слой из электропроводящего клея со стабильными электрическими характеристиками в широком диапазоне температур и ударных ускорений.In the absence of a magnetic field, the conductive particles in the electrically conductive polymer are randomly arranged, many of them do not participate in the formation of the electrically conductive structure. The electrical conductivity of the material is identical in all directions. Under the influence of a constant magnetic field in the not yet polymerized adhesive composition, the movement of conductive particles occurs with the formation of chains along magnetic lines of force that are perpendicular to the surfaces to be bonded. Maximum conductivity - in the direction of the orientation of the conductive particles. The process of chain formation is called "magnetic coagulation" (the formation of chain structures, the formation of agglomerations). The glue connection of the elements of the piezoelectric shock acceleration sensor determines its basic technical characteristics. For piezoelectric shock acceleration sensors, it is necessary to create a thin elastic layer of electrically conductive adhesive with stable electrical characteristics in a wide range of temperatures and shock accelerations.
Совокупность признаков - вязкость клеевого состава (за счет введения в клеевой состав растворителя в соотношении от 1:10 до 1:3 от объема клеевого состава), концентрация ферромагнитных частиц (в качестве токопроводящих частиц используют ферромагнитные частицы размером не более 10 мкм в количестве 2-10% массовых долей), значение индукции (не менее 0,2 Тл) и время нахождения в постоянном магнитном поле (в течение 21-24 ч) обеспечивает то, что цепочки токопроводящих частиц полностью перекрывают толщину клеевого слоя между элементами пьезоэлектрического датчика ударного ускорения с образованием гибкой токопроводящей связи. А при повышенной температуре и/или высокочастотных неизмеряемых воздействиях и действии ускорения «на отрыв» пьезоэлемента электропроводность клеевого соединения обеспечивается через контакт цепочек из зерен токопроводящего ферромагнитного наполнителя с инерционным элементом и электродом пьезоэлемента датчика ударного ускорения благодаря «растяжению» цепочек, обеспечивая тем самым надежный съем пьезозарядов при работе датчика в условиях интенсивного ударного ускорения, повышая надежность и точность измерения. Проведение вулканизации под давлением 0,05-0,20 МПа и действием постоянного магнитного поля не менее 0,2 Тл повышает прочность клеевого соединения, увеличивает диапазон измеряемых ускорений и ускорений, после воздействия которых датчик сохраняет работоспособность. При проведении вулканизации при температуре от 100°C до 110°C растворитель испаряется, оставляя поры в клеевом соединении, что повышает его эластичность и демпфирование высокочастотных неизмеряемых воздействий, тем самым снижается вероятность «ухода нуля» датчика.The set of features is the viscosity of the adhesive composition (due to the introduction of a solvent into the adhesive composition in a ratio of 1:10 to 1: 3 of the volume of the adhesive composition), the concentration of ferromagnetic particles (ferromagnetic particles using size no more than 10 microns in an amount of 2- 10% by mass), the induction value (at least 0.2 T) and the residence time in a constant magnetic field (for 21-24 hours) ensures that the chains of conductive particles completely overlap the thickness of the adhesive layer between the elements of the piezoelectric the impact of the acceleration sensor with the formation of a flexible conductive connection. And at elevated temperature and / or high-frequency unmeasured influences and the action of acceleration “on separation” of the piezoelectric element, the adhesive connection is provided through the contact of chains of grains of conductive ferromagnetic filler with the inertial element and the electrode of the piezoelectric element of the shock acceleration sensor due to the “stretching” of the chains, thereby ensuring reliable removal piezoelectric charges when the sensor is operating in conditions of intense shock acceleration, increasing the reliability and accuracy of measurement. The vulcanization under pressure of 0.05-0.20 MPa and the action of a constant magnetic field of at least 0.2 T increases the strength of the adhesive joint, increases the range of measured accelerations and accelerations, after which the sensor remains operational. During vulcanization at temperatures from 100 ° C to 110 ° C, the solvent evaporates, leaving pores in the adhesive joint, which increases its elasticity and damping of high-frequency unmeasured influences, thereby reducing the likelihood of a sensor “zero”.
Использование в качестве калиброванных частиц стеклянных или полимерных микросфер размером 20-80 мкм, т.е выполненных из неферромагнитного материала, дает возможность с одной стороны регламентировать толщину клеевого слоя, а с другой - не позволяет ферромагнитным частицам размером не более 10 мкм образовать агломерации («комки») вокруг крупных частиц 20-80 мкм. Это приводит к образованию существенно большего количества цепочных структур и позволяет обеспечить надежный съем пьезозаряда в условиях повышенных температур и действии ускорения «на отрыв». Кроме этого введение в клеевой состав растворителя приводит к увеличению времени жизнеспособности клеевой композиции, позволяя одновременно изготавливать от 6 до 10 датчиков, повысив тем самым точность измерений при наличии поперечной составляющей ускорения.The use of glass or polymer microspheres with a size of 20-80 microns as calibrated particles, that is, made of non-ferromagnetic material, makes it possible to regulate the thickness of the adhesive layer on the one hand and, on the other hand, prevent ferromagnetic particles of no more than 10 microns in size from forming agglomerations (" lumps ") around large particles of 20-80 microns. This leads to the formation of a significantly larger number of chain structures and allows for reliable removal of the piezoelectric charge under conditions of elevated temperatures and the effect of acceleration “on separation”. In addition, the introduction of a solvent into the adhesive composition leads to an increase in the pot life of the adhesive composition, making it possible to simultaneously produce from 6 to 10 sensors, thereby increasing the accuracy of measurements in the presence of a transverse acceleration component.
Наличие в заявляемом способе признаков, отличающих его от прототипа, позволяет считать его соответствующим условию «новизна».The presence in the claimed method of signs that distinguish it from the prototype, allows us to consider it appropriate to the condition of "novelty."
Новые признаки, которые содержит отличительная часть формулы изобретения, не выявлены в технических решениях аналогичного назначения, на этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».New features that contain a distinctive part of the claims are not identified in technical solutions for a similar purpose, on this basis we can conclude that the claimed invention meets the condition of "inventive step".
Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.
Вначале создают клеевой состав путем смешивания эпоксидной диановой смолы ЭД-20 [ГОСТ 10587-84] с каучуком ПДИ-3АК, графитом ГС-2 и токопроводящими частицами размером не более 10 мкм в виде никелевого порошка ПНК-1Л7 [ГОСТ-9722-79]. Для этого никелевый порошок ПНК-1Л7 насыпают в емкость, заливают спирто-нефрасовой смесью [спирт этиловый ГОСТ 18300-72, нефрас ТУ 38-401-67-108-92] в соотношении спирта и нефраса 1:1 так, чтобы смесь спирта и нефраса покрывала порошок никелевый ПНК-1Л7 не менее чем на один сантиметр. Полученный состав перемешивают, сливают избыток спирто-нефрасовой смеси, затем сушат вначале на открытом воздухе на противнях толщиной не более 1 см в течение 1 часа, и далее - в сушильном шкафу при (100±10)°C - 3-5 часов. Охлаждение до температуры (25±10)°C производят вместе с сушильным шкафом. В полученную смесь вводят растворитель (ацетон) в соотношении 1:5 от объема всей клеевой композиции, добавляют калиброванные частицы, в качестве которых используют микросферы стеклянные размером 20-80 мкм, регламентирующие толщину клеевого соединения. Далее наносят клеевой состав на поверхности, подлежащие склеиванию, и соединяют поверхности. Затем проводят вулканизацию клеевого соединения при температуре от 100°C до 110°C под давлением 0,05-0,20 МПа в течение 21-24 ч в постоянном магнитном поле с индукцией не менее 0,2 Тл, силовые линии которого перпендикулярны склеиваемым поверхностям.First, create an adhesive composition by mixing ED-20 epoxy resin [GOST 10587-84] with rubber PDI-3AK, graphite GS-2 and conductive particles no larger than 10 microns in the form of nickel powder PNK-1L7 [GOST-9722-79] . For this, nickel powder PNK-1L7 is poured into a container, poured with an alcohol-nephras mixture [ethyl alcohol GOST 18300-72, nefras TU 38-401-67-108-92] in a ratio of alcohol and nefras 1: 1 so that the mixture of alcohol and nefras covered nickel PNK-1L7 powder by at least one centimeter. The resulting composition is stirred, the excess alcohol-nephras mixture is poured, then first it is dried in the open air on baking sheets with a thickness of not more than 1 cm for 1 hour, and then in the oven at (100 ± 10) ° C for 3-5 hours. Cooling to a temperature of (25 ± 10) ° C is carried out together with an oven. A solvent (acetone) is introduced into the resulting mixture in a ratio of 1: 5 of the volume of the entire adhesive composition, calibrated particles are added, which are glass microspheres with a size of 20-80 μm, which regulate the thickness of the adhesive compound. Next, an adhesive is applied to the surfaces to be bonded, and the surfaces are joined. Then, the adhesive joint is cured at a temperature of from 100 ° C to 110 ° C under a pressure of 0.05-0.20 MPa for 21-24 hours in a constant magnetic field with an induction of at least 0.2 T, the lines of force of which are perpendicular to the surfaces to be bonded .
Проведенные на предприятии исследования показали, что увеличение концентрации ферромагнитных частиц в объеме клеевого состава, в сравнении с предлагаемым по формуле изобретения соотношением, приведет к большей жесткости, недостаточному уровню эластичности клеевой композиции, приводящему к увеличению вероятности «ухода нуля» при измерении ударных ускорений, из-за наличия высоких внутренних напряжений. А уменьшение количества ферромагнитных частиц приведет к уменьшению количества образующихся токопроводящих цепочек, недостаточного для осуществления надежного съема пьезозаряда. Кроме этого уменьшение концентрации введения растворителя в клеевой состав, в сравнении с предлагаемым по формуле изобретения соотношением, приведет к увеличению вязкости клеевой композиции, из-за чего, при изготовлении того же количества датчиков в них будут сформированы недостаточно равномерные клеевые слои, что снизит точность измерений при наличии поперечной составляющей ускорения, а увеличение - к снижению прочности клеевого слоя и уменьшению диапазона измеряемых ускорений. Проведение вулканизации под давлением 0,05-0,20 МПа и действием постоянного магнитного поля не менее 0,2 Тл повышает прочность клеевого соединения, увеличивает диапазон измеряемых ускорений и ускорений, после воздействия которых датчик сохраняет работоспособность.Studies conducted at the enterprise showed that an increase in the concentration of ferromagnetic particles in the volume of the adhesive composition, in comparison with the ratio proposed by the claims, will lead to greater rigidity, insufficient elasticity of the adhesive composition, leading to an increase in the likelihood of "zero" when measuring impact accelerations, from due to the presence of high internal stresses. A decrease in the number of ferromagnetic particles will lead to a decrease in the number of formed conductive chains, insufficient to ensure reliable removal of the piezoelectric charge. In addition, a decrease in the concentration of introducing the solvent into the adhesive composition, in comparison with the ratio proposed by the claims, will increase the viscosity of the adhesive composition, due to which, when manufacturing the same number of sensors, insufficiently uniform adhesive layers will be formed in them, which will reduce the accuracy of measurements in the presence of a transverse component of acceleration, and an increase - to reduce the strength of the adhesive layer and reduce the range of measured accelerations. The vulcanization under pressure of 0.05-0.20 MPa and the action of a constant magnetic field of at least 0.2 T increases the strength of the adhesive joint, increases the range of measured accelerations and accelerations, after which the sensor remains operational.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:Thus, the above information indicates the fulfillment of the following set of conditions when using the claimed invention:
- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в измерительной технике и может использоваться при изготовлении пьезоэлектрического датчика ударного ускорения для склеивания его элементов, в частности - в технологии создания клеевых электропроводящих композиций;- a tool embodying the claimed invention in its implementation is intended for use in measuring technique and can be used in the manufacture of a piezoelectric shock acceleration sensor for bonding its elements, in particular in the technology of creating adhesive electrically conductive compositions;
- повышение точности и надежности измерений ударных ускорений пьезоэлектрическим датчиком в условиях интенсивного ударного ускорения при повышенной температуре и/или высокочастотных неизмеряемых воздействиях;- improving the accuracy and reliability of shock acceleration measurements with a piezoelectric sensor under conditions of intense shock acceleration at elevated temperatures and / or high-frequency unmeasured influences;
- для заявляемого способа в том виде, в котором он охарактеризован в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке и известных до даты приоритета средств и методов.- for the proposed method in the form in which it is described in the claims, the possibility of its implementation using the means and methods described in the application and known prior to the priority date is confirmed.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».Therefore, the claimed invention meets the condition of "industrial applicability".
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015133557A RU2607224C1 (en) | 2015-08-10 | 2015-08-10 | Method of gluing elements of piezoelectric sensor of impact acceleration |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015133557A RU2607224C1 (en) | 2015-08-10 | 2015-08-10 | Method of gluing elements of piezoelectric sensor of impact acceleration |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2607224C1 true RU2607224C1 (en) | 2017-01-10 |
Family
ID=58452446
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015133557A RU2607224C1 (en) | 2015-08-10 | 2015-08-10 | Method of gluing elements of piezoelectric sensor of impact acceleration |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2607224C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU594157A1 (en) * | 1976-09-27 | 1978-02-25 | Ленинградский Ордена Красного Знамени Механический Институт | Method of bonding ferromagnetic plates |
| US4749833A (en) * | 1987-08-07 | 1988-06-07 | Tocco, Inc. | Induction heating for adhesive bonding |
| SU1754929A1 (en) * | 1990-06-15 | 1992-08-15 | Головное конструкторское бюро Научно-производственного объединения "Энергия" | Method of production of adhesive joint |
| WO1993013426A1 (en) * | 1991-12-23 | 1993-07-08 | Elf Atochem North America Inc. | Multi-mode accelerometer |
| RU2495438C1 (en) * | 2012-01-23 | 2013-10-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е.И. Забабахина " | Piezoelectric sensor of impact acceleration |
-
2015
- 2015-08-10 RU RU2015133557A patent/RU2607224C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU594157A1 (en) * | 1976-09-27 | 1978-02-25 | Ленинградский Ордена Красного Знамени Механический Институт | Method of bonding ferromagnetic plates |
| US4749833A (en) * | 1987-08-07 | 1988-06-07 | Tocco, Inc. | Induction heating for adhesive bonding |
| SU1754929A1 (en) * | 1990-06-15 | 1992-08-15 | Головное конструкторское бюро Научно-производственного объединения "Энергия" | Method of production of adhesive joint |
| WO1993013426A1 (en) * | 1991-12-23 | 1993-07-08 | Elf Atochem North America Inc. | Multi-mode accelerometer |
| RU2495438C1 (en) * | 2012-01-23 | 2013-10-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е.И. Забабахина " | Piezoelectric sensor of impact acceleration |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105579533B (en) | Submicron silver particle ink compositions, methods and uses | |
| TWI746849B (en) | Resin composition | |
| BR112012015896B1 (en) | COMPOUND PIEZOELECTRIC BODY, COMPOUND PIEZOELECTRIC ELEMENT, AND METHOD FOR PRODUCING A COMPOUND PIEZOELECTRIC BODY | |
| JP2015195238A5 (en) | ||
| US10424538B2 (en) | Anisotropic conductive film | |
| KR20160060073A (en) | Thermally curable resin sheet for sealing semiconductor chip, and method for manufacturing semiconductor package | |
| JP2008094870A5 (en) | ||
| JP2015195240A5 (en) | ||
| WO2015164200A1 (en) | Piezoelectric composite and method of forming same | |
| US10749102B2 (en) | Piezoelectric vibration component and application method | |
| RU2607224C1 (en) | Method of gluing elements of piezoelectric sensor of impact acceleration | |
| JP2012188555A5 (en) | Semiconductor sealing resin composition, semiconductor device, and method of manufacturing semiconductor device | |
| JP2009194054A5 (en) | ||
| JP6228734B2 (en) | Resin sheet for encapsulating electronic components, resin-encapsulated semiconductor device, and method for producing resin-encapsulated semiconductor device | |
| JP6856489B2 (en) | Inductor adhesives and inductors | |
| US9997486B2 (en) | Anisotropic conductive film including oblique region having lower curing ratio | |
| CN111777860B (en) | Formula and preparation method of insulating silicone rubber applied to piezoresistor | |
| KR20130119165A (en) | Functional adhesive containing silica | |
| US10531555B1 (en) | Tungsten oxide thermal shield | |
| JP2010016383A5 (en) | ||
| JP2005330300A (en) | Thermosetting resin composition, film-like adhesive and semiconductor package | |
| WO2007120078A2 (en) | Polymer anisotropic electroconductive gluing material and a gluing method | |
| JP5254359B2 (en) | Curable reactive resin system | |
| RU2741623C1 (en) | Method of forming a protective coating on the surface of frameless elements | |
| KR102059117B1 (en) | Release film for packaging epoxy molding compound |