×
10.01.2016
216.013.9ecf

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: 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.
Основные результаты: 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.
Реферат Свернуть Развернуть

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.

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.
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 19 items.
10.01.2013
№216.012.1a69

Пьезоэлектрический прибор и способ его изготовления

Изобретение относится к пьезоэлектронике. Сущность: прибор состоит из пьезокерамических пластин, включающих участки поляризованной и неполяризованной керамики. Поляризованные участки с нанесенными на них электродами образуют биморф. Неполяризованный участок является элементом консольного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472253
Дата охранного документа: 10.01.2013
27.08.2013
№216.012.648a

Способ выращивания профилированных монокристаллов германия из расплава

Изобретение относится к технологии выращивания монокристаллов германия из расплава, применяемых для изготовления оптических деталей (линзы, защитные окна) инфракрасной техники. Профилированные монокристаллы германия выращивают на затравочный кристалл из расплава с использованием...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491375
Дата охранного документа: 27.08.2013
27.08.2013
№216.012.65bf

Многослойная керамическая гетероструктура с магнитоэлектрическим эффектом и способ ее получения

Изобретение относится к электронной технике, а именно: к области создания магнитоэлектрических преобразователей, применяемых в качестве основы для датчиков магнитных полей, устройств СВЧ-электроники, основы для технологии магнитоэлектрической записи информации и для накопителей электромагнитной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491684
Дата охранного документа: 27.08.2013
27.04.2014
№216.012.bde5

Пьезокерамический материал

Изобретение относится к области сегнетомягких пьезокерамических материалов широкого применения, предназначенных для изготовления ультразвуковых устройств, работающих в режиме приема, пьезодатчиков различного назначения, а также для изготовления многослойных пьезокерамических элементов:...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002514353
Дата охранного документа: 27.04.2014
27.09.2014
№216.012.f936

Ультразвуковой способ определения скорости потока газовой среды и устройство для его осуществления

Использование: для определения скорости потока газовой среды. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют генерирование ультразвуковых колебаний, прием ультразвуковых колебаний электроакустическими преобразователями, измерение разности фаз электрических колебаний между сигналами...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002529635
Дата охранного документа: 27.09.2014
20.11.2014
№216.013.0859

Способ раздельного определения вероятностей поглощения и рассеяния фотонов на единицу пути в твердых оптических материалах

Изобретение относится к области измерения оптических характеристик материалов, определяющих световые потери в них, связанные как с поглощением, так и рассеянием. Способ состоит в том, что измерения коэффициента пропускания света производят для двух образцов с различной толщиной, изготовленных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002533538
Дата охранного документа: 20.11.2014
20.11.2014
№216.013.085a

Пьезоэлектрический датчик удара

Изобретение относится к пьезоэлектрическим датчикам и может быть использовано, в частности, в системах диагностики автомобиля и системах автосигнализации. Сущность: датчик включает пьезоэлектрическое рабочее тело и систему регистрации. Рабочее тело выполнено из пьезокерамики связностью 3-0 с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002533539
Дата охранного документа: 20.11.2014
10.02.2015
№216.013.231b

Способ изготовления монолитных многослойных пьезокерамических элементов-столбиков

Изобретение относится к пьезоэлектронике, к технологии изготовления монолитных многослойных пьезокерамических элементов для электромеханических преобразователей и актюаторов. Сущность изобретения: способ включает операции приготовления шликера на основе порошка пьезокерамического материала и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002540440
Дата охранного документа: 10.02.2015
10.04.2015
№216.013.38e7

Способ изготовления высокотемпературных композиционных пьезокерамических материалов и пьезоэлементов из них

Изобретение относится к технологии изготовления высокотемпературных композиционных пьезокерамических материалов и пьезоэлементов из титаната-скандата висмута-свинца (ТСВС). Технический результат: получение высоких пьезопараметров и высокой анизотропии пьезопараметров при низкой механической...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002546055
Дата охранного документа: 10.04.2015
27.05.2015
№216.013.4eb4

Высоковольтный генератор и способ его изготовления

Изобретение относится к пьезоэлектронике. Сущность: рабочее тело высоковольтного генератора представляет собой инерционную массу и пакет из пластин поляризованных композиционных сегнетоэлектрических материалов с высокими значениями пьезоэлектрического коэффициента напряжения и заданной для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002551666
Дата охранного документа: 27.05.2015
Showing 1-10 of 28 items.
10.01.2013
№216.012.1a69

Пьезоэлектрический прибор и способ его изготовления

Изобретение относится к пьезоэлектронике. Сущность: прибор состоит из пьезокерамических пластин, включающих участки поляризованной и неполяризованной керамики. Поляризованные участки с нанесенными на них электродами образуют биморф. Неполяризованный участок является элементом консольного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472253
Дата охранного документа: 10.01.2013
27.08.2013
№216.012.648a

Способ выращивания профилированных монокристаллов германия из расплава

Изобретение относится к технологии выращивания монокристаллов германия из расплава, применяемых для изготовления оптических деталей (линзы, защитные окна) инфракрасной техники. Профилированные монокристаллы германия выращивают на затравочный кристалл из расплава с использованием...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491375
Дата охранного документа: 27.08.2013
27.08.2013
№216.012.65bf

Многослойная керамическая гетероструктура с магнитоэлектрическим эффектом и способ ее получения

Изобретение относится к электронной технике, а именно: к области создания магнитоэлектрических преобразователей, применяемых в качестве основы для датчиков магнитных полей, устройств СВЧ-электроники, основы для технологии магнитоэлектрической записи информации и для накопителей электромагнитной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491684
Дата охранного документа: 27.08.2013
27.04.2014
№216.012.bde5

Пьезокерамический материал

Изобретение относится к области сегнетомягких пьезокерамических материалов широкого применения, предназначенных для изготовления ультразвуковых устройств, работающих в режиме приема, пьезодатчиков различного назначения, а также для изготовления многослойных пьезокерамических элементов:...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002514353
Дата охранного документа: 27.04.2014
27.09.2014
№216.012.f936

Ультразвуковой способ определения скорости потока газовой среды и устройство для его осуществления

Использование: для определения скорости потока газовой среды. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют генерирование ультразвуковых колебаний, прием ультразвуковых колебаний электроакустическими преобразователями, измерение разности фаз электрических колебаний между сигналами...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002529635
Дата охранного документа: 27.09.2014
20.11.2014
№216.013.0859

Способ раздельного определения вероятностей поглощения и рассеяния фотонов на единицу пути в твердых оптических материалах

Изобретение относится к области измерения оптических характеристик материалов, определяющих световые потери в них, связанные как с поглощением, так и рассеянием. Способ состоит в том, что измерения коэффициента пропускания света производят для двух образцов с различной толщиной, изготовленных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002533538
Дата охранного документа: 20.11.2014
20.11.2014
№216.013.085a

Пьезоэлектрический датчик удара

Изобретение относится к пьезоэлектрическим датчикам и может быть использовано, в частности, в системах диагностики автомобиля и системах автосигнализации. Сущность: датчик включает пьезоэлектрическое рабочее тело и систему регистрации. Рабочее тело выполнено из пьезокерамики связностью 3-0 с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002533539
Дата охранного документа: 20.11.2014
10.02.2015
№216.013.231b

Способ изготовления монолитных многослойных пьезокерамических элементов-столбиков

Изобретение относится к пьезоэлектронике, к технологии изготовления монолитных многослойных пьезокерамических элементов для электромеханических преобразователей и актюаторов. Сущность изобретения: способ включает операции приготовления шликера на основе порошка пьезокерамического материала и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002540440
Дата охранного документа: 10.02.2015
10.04.2015
№216.013.38e7

Способ изготовления высокотемпературных композиционных пьезокерамических материалов и пьезоэлементов из них

Изобретение относится к технологии изготовления высокотемпературных композиционных пьезокерамических материалов и пьезоэлементов из титаната-скандата висмута-свинца (ТСВС). Технический результат: получение высоких пьезопараметров и высокой анизотропии пьезопараметров при низкой механической...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002546055
Дата охранного документа: 10.04.2015
27.05.2015
№216.013.4eb4

Высоковольтный генератор и способ его изготовления

Изобретение относится к пьезоэлектронике. Сущность: рабочее тело высоковольтного генератора представляет собой инерционную массу и пакет из пластин поляризованных композиционных сегнетоэлектрических материалов с высокими значениями пьезоэлектрического коэффициента напряжения и заданной для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002551666
Дата охранного документа: 27.05.2015
+ добавить свой РИД