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
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 |