Файл: Соломоник И.Ш. Производство керамических деталей радиоаппаратуры.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 27.06.2024

Просмотров: 88

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

ров зависят и от остальных габаритных размеров, и от спо­ соба крепления вибратора. На рис. 4-16 в графической форме показаны свойства резонаторов вблизи резонансной частоты в зависимости от конструкции держателя, места зажатия и степени сжатия вибратора.

о) вибраторы ф /г* /

 

 

(диаметр12'мм

 

1

 

толщина 1мм)

 

9

fOkb

и

і

t °

^

 

 

Частото/ колебании

б)Виброторш ф?ч

mm

В) Вибраторы Ф4,8*і

Обозначениядержателей

(-£>|<г-| - Игольчатых,

г—0|<Э—і - с полукруглыми 1 зажимами,

|—I Д f—I -ВинтоВых,

гі>§с)-| - игольчато- !инто5ых,

I •—1 - с припаянными отводами.

Обозначения мест зажатия ршобибра/пороо'•

-ф- - &цен/пре, -ф- - / середине радиуса, -ф- - у обода диена

Обозначения степени сжатия б - большое сжатие,

У-умеренное сжатие,

м- малое сжатие

 

 

Р и с . 4-16

 

Важным

свойством

пьезорезонатора является

м о но ч а с ­

т о т н о с т ь ,

когда в

вибраторах возбуждаются

колебания

одной частоты и нет «паразитных резонансов». Тонкие дис­ ковые вибраторы из керамики системы ЦТС (цирконата-ти- таната свинца) отличаются хорошей моночастотностью, но и


для них надо соблюдать определенное

соотношение

диамет­

ра D и толщины диска

h (таблица

4-8).

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а 4-8

D

мм

4,2

4,6

4,8

5,3

5,5

h

мм

1

0,6

0,5

1,2

0,5

Пьезокерамические резонаторы по стабильности и доброт­ ности сравнимы с катушками индуктивности, в которых ис­

пользуются

сердечники

 

из самых

лучших марок

феррита.

При

этом

их» размеры

и

вес приближаются к габаритам и

весу

полупроводниковых

триодов,

что привлекает

внимание

конструкторов, занятых

микроминиатюризацией радиоаппара­

туры. На базе пьезорезонаторов можно создать упрощенные конструкции фильтров промежуточной частоты радиовеща­ тельных приемников и селективные фильтры в диапазоне час­ тот ЮО^-ЮОО кгц. Можно изготовить фильтры с полосой про­ пускания І 4 - 1 0 % от средней частоты настройки резонансной системы. Верхняя граничная рабочая температура пьезокерамических фильтров — 150° С.

Для генерирования низкочастотных сигналов используют­ ся прямоугольные вибраторы, в которых возбуждаются про­ дольные колебания по длине или колебания изгиба. В ка­ честве низкочастотных вибраторов применяются также пря­ моугольные бруски и бруски со щелями. В брусках со ще­

лями легко возбуждаются колебания изгиба

по

толщине.

У с т р о й с т в о

п ь е з о к е р а м и ч е с к и х

к а п с ю л е й

д л я т е л е ф о н о в

и м и к р о ф о н о в основано

на следую­

щем принципе: складываются два пьезокерамических диска и закрепляются по ободу. При возбуждении в дисках радиаль­ ных колебаний противоположного знака общая система плас­ тин совершает колебательный процесс перпендикулярно плос­

кости закрепления,

и

происходит либо преобразование элек­

трической энергии

в

акустическую

(телефонные капсюли

ти­

па ТПК-583), либо

акустическая

энергия

преобразуется

в

электрическую (микрофонные капсюли типа

МПК-586).

 

Пьезокерамические телефоны и микрофоны немагнитны, просты по конструкции, имеют малый вес и обладают повы­ шенной надежностью и достаточной для практики чувстви­ тельностью.

П ь е з о к е р а м и ч е с к и е

т р а н с ф о р м а т о р ы

н а ­

п р я ж е н и я могут в ряде

случаев заменить дорогостоящие

низковольтные и высоковольтные слаботочные трансформато­ ры. При этом значительно сокращаются вес, габариты и тру-


доемкость изделия. Пьезотрансформаторы напряжения вы­ полняются либо в виде керамических пластин, либо в виде

колец,

металлизированных

определенным образом (рис. 4-17

а, б).

В

пластинчатых

конструкциях

трансформаторов

(рис. 4-17 а)

на одной половине длины пьезоэлемента с двух

сторон

нанесены электроды

1. С помощью этих электродов

поляризуется

материал по толщине. Вторая

половина пласти-

Р и с . 4-17

ны поляризуется в направлении длины, когда к электроду 2 на торце пластины и к электродам 1 прикладывается соответст­ вующее напряжение. Если к электродам 1 подвести перемен­ ное напряжение, возбуждающее продольные колебания, то пластина будет деформироваться по длине, а это в свою оче­ редь явится причиной возникновения напряжения на конце­ вом электроде 2. Меняя размещение электродов на пластине и их ширину, выбирая направление поляризации, можно в широких пределах варьировать параметрами вторичного на­ пряжения. Изготовлены опытные образцы пьезотрансформаторов напряжения на 3 кв при коэффициенте трансформации 15-5-25.

2

2

3

Р и с .

Аналогична работа кольцевых пьезотрансформаторов на­ пряжения (рис. 4-17 б). Поляризация материала кольца про­ изводится с помощью двух полукольцевых электродов 1 и электрода полоски 2. Подавая напряжение к электродам од-

ного полукольца, возбуждаем его и деформируем второе по­ лукольцо. С электрода 2 снимаем трансформированное на­ пряжение.

Пьезокерамические элементы с успехом применяются в ка­ честве у л ь т р а з в у к о в ы х л и н и й з а д е р ж к и . Прин­ цип действия простейшей линии задержки поясняется блоксхемой рис. 4-18, где 1 — импульсный генератор, 2 преобра­ зовательные элементы, 3 — усилитель задержанного импуль­ са. Подлежащий временной задержке электрический сигнал

подводится

к первому пьезоэлементу 2 и

преобразовывается

в звуковой

импульс, который со скоростью

у 3 в пробегает уча­

сток линии длиною / за время задержки /3 . В конце линии он снова преобразуется в электрический сигнал, но уже задер­

жанный

на

/3 ---

. Полученный сигнал усиливается уси-

лителем

3 и

 

^ З В

подается на другие участки электронной схемы.

Линии задержки применяются в радиотехнических и элект­ ронных счетно-решающих устройствах.

В последнее время начались интенсивные работы по сов­ местному использованию пьезокерамических и люминесцент­

ных материалов в качестве электро-механо-оптических

преоб­

разователей— в и д е о э к р а н о в. Пьезоэлектрические

видео­

экраны

представляют

из себя плоские панели

из пьезома-

териала,

покрытые

электролюминесцентным

веществом.

Импульсы электрического напряжения, прикладываемые к краям панели, возбуждают механические колебания панели. Электрические поля, получающиеся в результате механичес­ ких колебаний, взаимодействуют с электролюминесцентным материалом и вызывают местные свечения в виде отдельных пятен. Положение пятен можно менять, регулируя фазу им­ пульсного возбуждения. В настоящее время уже изготовлены

видеопанели размером до 33

см2. Эффективный

размер пятен

2 мм. Изображение в виде системы пятен различной

яркости

было получено для сигналов

с частотой до 1,25

Мгц.

При по­

ложительном исходе исследований можно ожидать замены крупногабаритных кинескопов телевизионных приемников плоскими экранами повышенной надежности и большого сро­ ка службы.

в. Т е х н о л о г и ч е с к и й п р о ц е с с п р о и з в о д с т в а д е т а л е й и з п ь е з о к е р а м и к и

Изготовление пьезокерамических деталей состоит из сле­ дующих основных этапов: подготовки исходного сырья, дози­ ровки и смешивания компонентов, высокотемпературного синтеза, помола синтезированного материала, формования за­ готовок пьезоэлементов, обжига заготовок, механической об-


работки обожженных заготовок, нанесения электродов, поля­ ризации и контроля пьезоэлементов. Выполнение отдельных операций и применяемое оборудование являются типичными для радиокерамического производства и получили достаточное освещение в предыдущих разделах пособия. Поэтому оста­ новимся только на некоторых особенностях производства пье­ зокерамических изделий.

П р и г о т о в л е н и е и с х о д н ы х м а т е р и а л о в

д л я

ф о р м о в а н и я заготовок пьезоэлементов сводится к

выбо­

ру исходного сырья, его дозировки, созданию твердых раст­ воров и помолу образующейся шихты.

Пьезокерамические материалы на основе титаната бария синтезируются из двуокисей титана ТіОг, в которой не допус­ тимы окиси калия, фосфора и вольфрама даже в незначитель­ ных концентрациях (сотых долях процента). Рекомендуется применение «конденсаторной» двуокиси титана.

Двуокись циркония Z r 0 2 должна иметь чисто белый цвет. Двуокись циркония серого цвета содержит присадки, мало пригодные для производства пьезокерамики.

Окись свинца РЬО применяется в виде г л е т а марки «О». Пятиокись ниобия ND2O5 используется для производства ниобатной пьезокерамики. Содержание ионов натрия и калия в сырье крайне нежелательно из-за резкого снижения пьезо-

модуля и увеличения тангенса угла потерь.

Дозировка компонентов сырья составляется в соотноше­ ниях, соответствующих стехиометрическому составу керамики с учетом содержания основного вещества в каждом компо­ ненте. Например, если надо синтезировать керамику со стехиометрическим составом

/3 b0 ,9sS/-0.05(Zr0 > 537, t0.47)O3 + l % ^ . , O 3

из сырья с содержанием основного вещества в %: РЬО — 99; SrC03 —99; Z r 0 2 — 96; ТЮ2 —99; N b 2 0 5 — 100, то расчет мо­ лярных количеств производится следующим образом:

Исходные

Мо­

Молекулярные

Молярные коли­

ляр­

матери­

ные

веса

чества

ал ы

части

 

 

 

РЬО

 

0.95

РЬ 207,21 '

223,21

212,0495

 

 

 

О

+16

 

 

(223,21-0,95)

S r C 0

3

0,05

Sr

87,63

'

747,63

7,3815

 

 

 

С

12

 

 

(147,63-0,05)

ZrO..

 

0,53

0 3

48

'

123,22

65,3066

 

Zr

91.22

 

 

0,47

0 2

32

 

 

37,553

т ю 2

 

Ті

47,9

'

79,9

 

 

 

О,

32

 

 

-1

о 322,2


Молярные количества с учетом основного вещества:

РЬО — 212,0495 : 0,99 =

214,191

 

 

SrCOs —

7,3815 : 0,99 =

7,456

 

 

Z r O — 65,3066:0,96=

68,027

о«

Т і 0 2

37,533

: 0,99 =

37,932

|

Nb 2 0 5 — il%

от 322,2906

=

3,22

 

 

 

Расчет весовых

процентов:

 

 

РЬО — 214,191 : 330,826 =

64,74%

 

S r C 0 3 — 7,456:330,826=

2,26%

 

 

Z r 0 2

68,027 : 330,826 =

20,56%

 

Т і 0 2

37,932 : 330,826 =

11,47%

 

Nb 2 0 5

 

3,22 :330,826=

0,97%

 

 

 

 

 

 

 

100,00%

 

Синтез свинецсодержащих

пьезокерамических материалов

производится с применением специальных способов, снижаю­

щих или полностью устраняющих улетучивание

окиси свинца

из материала в процессе

высокотемпературной

обработки.

Технологическая схема производства пьезокерамики пред­

ставлена на рис. 4-19.

 

 

 

О с о б е н н о с т ь ю

ф о р м о в а н и я

п ь е з о э л е м е н -

т о в является большая тщательность в удалении воздушных включений из материала заготовок, так как они резко ухуд­ шают колебательные процессы в пьезоэлементах, вносят боль­ шие затухания, многочастотность и другие отрицательные по­ следствия. Во время прессования заготовок масса подверга­ ется многократному предварительному уплотнению в прессформах при давлении более 200 кг/см2. После однократного уплотнения плунжер поднимается и масса несколько секунд выдерживается без внешнего давления. Затем заготовка вновь уплотняется и снова снимается давление и т. д. Количество циклов уплотнения зависит от толщины заготовки и колеб­

лется от 2 до 5. Прессование используется

в массовом произ­

водстве пьезоэлементов простой формы.

 

 

Изделия

сложной конфигурации

оформляются

методами

горячего литья в холодную литьевую

пресс-форму.

 

О б ж и г

производится в туннельных

электропечах при

температуре

до 1400° С в условиях окислительной

среды. Ре­

жим подъема и снижения температуры напоминает режим об­ жига радиокерамики. Недостаток кислорода ведет к повы­ шенной электронной электропроводности материала и резко­

му ухудшению

пьезоэлектрических

характеристик

деталей.

Повторный обжиг не устраняет брака

изделий.

 

 

Э л е к т р о д ы

наносятся методом

вжигания.

Пайка вы­

водов к электродам

производится

легкоплавкими

припоями.

П о л я р и з а ц и я

материала

осуществляется

в

сильных

электрических полях

напряженностью

до 2-^4 кв/мм.

Перед