СПОСОБ НАГРЕВА ЗАГОТОВКИ ПЬЕЗОЭЛЕМЕНТА
HEATING METHOD OF PIEZOELECTRIC ELEMENT WORKPIECE

Изобретение относится к электротехнике и электронике, а именно к технологии изготовления пьезоэлементов из электрофизической керамики.
Под электрофизической керамикой здесь и далее понимаются керамические материалы (керамика), характеризующиеся набором электрофизических свойств, определяющих характеристики изготавливаемых на основе указанных материалов пьезоэлектрических элементов (пьезоэлементов), предназначенных для использования в электротехнике, радиотехнике, электронике.
В технологии изготовления изделий из керамики на различных стадиях технологического процесса используется нагрев в электромагнитном поле сверхвысокой частоты (СВЧ).
При этом для осуществления сверхвысокочастотного нагрева заготовок изделий из керамики, которые практически не поглощают энергию поля СВЧ, их помещают в форму, изготовленную из диэлектрического или полупроводникового материала с высоким тангенсом угла диэлектрических потерь. Указанный материал хорошо поглощает энергию СВЧ поля и обеспечивает так называемый диэлектрический нагрев заготовок.
Так, известен способ нагрева заготовок оксидно-цинковых варисторов, описанный в [RU 2474901]. Согласно данному способу спрессованную необожженную заготовку варистора нагревают в поле СВЧ с целью удаления из материала заготовки влаги и летучих соединений. При этом заготовку размещают в форме, изготовленной из материала с высоким значением тангенса угла диэлектрических потерь, в частности из вермикулита.
В рассматриваемом способе мощность и продолжительность воздействия СВЧ поля выбирают из диапазонов соответственно 100-1000 Вт и 40-80 мин для обеспечения температуры нагрева, достаточной для удаления из материала заготовки влаги и летучих соединений.
Известен способ нагрева заготовки пьезоэлемента из керамики, описанный в [RU 2256634].
Указанный способ нагрева выбран в качестве ближайшего аналога.
Данный способ нагрева осуществляют на стадии металлизации заготовки пьезоэлемента. Предварительно сформованную и обожженную заготовку, пьезоэлемента, выполненную из керамики, помещают в форму, изготовленную из диэлектрика с высоким значением тангенса угла диэлектрических потерь, и осуществляют нагрев помещенной в указанной форме заготовки в поле СВЧ.
В рассматриваемом способе указанный нагрев заготовки пьезоэлемента осуществляют с целью вжигания в поверхностные слои материала заготовки металлосодержащей пасты, что требует высокой температуры нагрева. Мощность СВЧ-поля в рассматриваемом способе составляет около 850 Вт, продолжительность воздействия составляет 15 мин.
Задачей заявляемого изобретения является улучшение электрофизических параметров пьезоэлемента.
Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что в способе нагрева заготовки пьезоэлемента, включающем размещение предварительно сформованной и обожженной заготовки пьезоэлемента из керамики в форме, изготовленной из диэлектрика с высоким значением тангенса угла диэлектрических потерь, и последующий нагрев размещенной в указанной форме заготовки пьезоэлемента в поле СВЧ, согласно изобретению на заготовку пьезоэлемента воздействуют полем СВЧ мощностью от 700 до 750 Вт в течение 5-10 минут.
Авторами изобретения экспериментально было установлено, что если заготовку пьезоэлемента из керамики, прошедшую стадию формования и высокотемпературного обжига, нагреть в поле СВЧ мощностью от 700 до 750 Вт в течение от 5 до 10 мин, то электрофизические параметры пьезоэлемента, полученного из указанной заготовки, улучшаются.
Так, в частности, в отношении сформованных и обожженных заготовок пьезоэлементов из керамики, прошедших стадию нанесения электродов, было замечено улучшение таких электрофизических параметров, как диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь.
Таким образом, техническим результатом, достигаемым при реализации изобретения, является улучшение электрофизических параметров пьезоэлемента из керамики.
Заявляемый способ осуществляют следующим образом.
Сформованную и обожженную заготовку пьезоэлемента из керамики размещают в форме, изготовленной из диэлектрика с высоким значением тангенса угла диэлектрических потерь, и помещают в печь СВЧ. Осуществляют нагрев заготовки под воздействием поля СВЧ мощностью от 700 до 750вт в течение 5-10 мин. Далее продолжают цикл изготовления из заготовки пьезоэлемента изделия согласно технологическому процессу.
Возможность реализации способа показана на примерах конкретного выполнения.
Пример 1
0,95
0,05
0,53
0,47
3
2
5
Сформованную и обожженную заготовку пьезоэлемента, изготовленную из керамики на основе цирконата-титаната свинца ЦТС-19 (пьезокерамики химического состава: Pb Sr (Zr Ti)O+NbO 1%), представляющую собой диск толщиной 3 мм и диаметром 25 мм с нанесенными на его торцевые поверхности электродами, размещали в форме из вспученного вермикулита.
Форму с заготовкой помещали в печь СВЧ с рабочей частотой 2450 МГц и осуществляли нагрев заготовки в поле СВЧ при мощности 720 Вт в течение 8 минут.
Исследовали электрофизические параметры пьезоэлементов, изготовленных из указанных заготовок, прошедших стадию поляризации.
Получили следующие значения электрофизических параметров:
Для сравнения исследовали электрофизические параметры контрольных образцов пьезоэлементов, изготовленных из вышеуказанной керамики, но не прошедших стадию нагрева заготовок в поле СВЧ перед их поляризацией.
Для контрольных образцов получили следующие значения электрофизических параметров:
Результаты показали улучшение электрофизических параметров пьезоэлементов, изготовленных с применением заявляемого способа.
Пример 2
0,75
0,25
0,53
0,47
3
3
Сформованную и обожженную заготовку пьезоэлемента, изготовленную из керамики на основе цирконата-титаната бария-свинца ЦТБС-3 (химический состав: Pb Ba (Zr Ti)O+SrCO 0,08%), представляющую собой диск толщиной 3 мм и диаметром 25 мм с нанесенными на его торцевые поверхности электродами, размещали в форме из вспученного вермикулита.
Форму с заготовкой помещали в печь СВЧ с рабочей частотой 2450 МГц и осуществляли нагрев заготовки в поле СВЧ при мощности 720 Вт в течение 10 минут.
Исследовали электрофизические параметры пьезоэлементов, изготовленных из указанных заготовок и прошедших стадию поляризации.
Получили следующие значения электрофизических параметров:
Для сравнения исследовали электрофизические параметры контрольных образцов пьезоэлементов, изготовленных из вышеуказанной керамики, но не прошедших стадию нагрева заготовок в поле СВЧ перед их поляризацией.
Для контрольных образцов получили следующие значения электрофизических параметров:
Результаты показали улучшение электрофизических параметров пьезоэлементов, изготовленных с применением заявляемого способа.