книги из ГПНТБ / Рабинович А.Г. Технология производства гидроакустической аппаратуры учеб. для судостроит. техникумов

раствор, нагретый до температуры 60—80° С и подвергают воздей­ ствию ультразвука в течение 5—7 мин. После этого элементы про­ мывают в горячей воде и сушат в термостате при температуре 100—110° С в течение 1—2 ч.

При отсутствии ультразвуковых установок элементы перед се­

печи. После очистки непосредственно перед нанесением серебря­ ной пасты поверхности элемента протирают спиртом.

Серебряная паста, наносимая на керамику, имеет следующий состав (вес. ч.):

Порядок приготовления пасты: навески окиси серебра, борно­ кислого свинца и окиси висмута смешивают и тщательно расти­

механизации, однако недостатком его являются большие потери серебра. При серебрении элементов, имеющих форму диска, мо­ жет быть использовано приспособление, схема которого изобра­ жена на рис. 64. Керамический диск / устанавливают на вращаю­ щейся планшайбе 2 и на его поверхность кистью наносят равно­ мерный тонкий слой пасты. После просушки нанесенного слоя диск переворачивают и таким же способом наносят пасту на дру­ гую его сторону.

Для нанесения пасты на элементы, имеющие форму тел вра­ щения, применяются приспособления, обеспечивающие вращение покрываемых деталей.

На поверхности элементов, имеющих форму призмы, пасту можно наносить валиками. Принципиальная схема установки та­ кого рода изображена на рис. 65. На бесконечную ленту с упо­ рами / укладываются элементы, которые проходят под валиком 2. Серебряная паста загружается в бункер 3 и медленно подается на поверхность валика при движении ленты от электропривода 5 через редуктор 4.

Независимо от метода покрытия паста должна быть нанесена равномерным слоем. После нанесения пасты элементы просуши­ ваются на воздухе в течение 1—2 ч.

Рис. 65. Схема установки для нанесения пасты на призматические эле­ менты.

Наличие плавней в пасте значительно снижает температуру плавления серебра и обеспечивает высокую прочность сцепления кристаллов серебра между собой и с керамикой.

Один цикл вжигания серебра дает слой серебра на керамике, равный 4—6 мкм. Для получения достаточного для припайки вы­ водов слоя серебра нанесение пасты и вжигание серебра произ­ водится трижды.

ГЛАВА 9

ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ УЗЛОВ ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Пьезокерамические преобразователи в зависимости от назна­ чения выполняются в различных конструктивных вариантах. В то же время можно выделить типовые технологические процессы, при­ меняемые при изготовлении большинства конструктивных разно­ видностей пьезокерамических преобразователей. К ним следует отнести: а) пайку электрических выводов к пьезокерамическим элементам и блокам; б) склеивание пьезокерамических блоков; в) армирование пьезокерамических блоков; г) герметизацию преоб­ разователей; д) проверку параметров преобразователей, контроль герметичности и испытание гидростатическим давлением преобра­ зователей.

В данной главе будут освещены наиболее характерные для из­ готовления преобразователей технологические процессы.

§ 33. Пайка и склеивание пьезокерамических

элементов и блоков

Пайка пьезокерамических элементов. Эта операция произво­ дится для обеспечения электрического соединения посеребренной поверхности пьезокерамических элементов с электрическими выво­ дами — лепестками или проводами из латунного, бронзового, мед­ ного или серебряного проката. Все припаиваемые к элементам вы­ воды покрываются серебром гальваническим способом. Пайка и лужение пьезокерамических элементов производятся специальными припоями с температурой плавления 91 или 220° С в зависимости от состава пьезокерамики.

Припой с температурой плавления 91° С применяется при луже­ нии и пайке пьезокерамических элементов, не допускающих на­ грева свыше 65° С. Припой состоит из 40,2% свинца, 8,4% кадмия и 51,4% висмута (по весу).

При лужении и пайке пьезокерамических элементов, допускаю­ щих нагрев свыше 65° С, применяется припой с температурой плав­ лений 220°С. Этот припой состоит из 30% олова, 63% свинца, 5% кадмия и 2% серебра (по весу).

Пайку и лужение пьезокерамических элементов и электриче­ ских выводов следует выполнять только с применением канифоль- но-спиртового флюса КСФ (30% канифоли, 70% этилового спирта). При производстве работ по лужению и пайке электрических выво­ дов к пьезокерамике необходимо пользоваться паяльниками с авто­ матически регулируемой температурой жала.

Технологический процесс пайки пьезокерамических элементов включает в себя следующие операции: а) подготовку электриче­ ских выводов; б) подготовку поверхностей пьезоэлементов; в) лу­ жение посеребренной поверхности пьезоэлементов; г) пайку пьезо­ элементов с электрическими выводами; д) контроль качества пайки.

Подготовка электрических выводов перед припаиванием их к пьезоэлементам заключается в облуживании спаиваемой поверх­ ности лепестков или зачистке изоляции, скрутке и облуживании концов проводов. Облуживание ведется припоем с температурой плавления 91 или 220° С согласно указаниям в чертеже.

При подготовке пьезоэлементов необходимо снять слой консер­ вирующего флюса с посеребренных поверхностей марлевым тампо­ ном, смоченным спиртом. Посеребренная поверхность пьезокера-

а,

Рис. 68. Типовые конструкции пьезоблоков: а — кольцо, склеенное из призм; б — стержень из дисков; в — пластина из призм.

мики должна быть неокисленной (без потемнения серебра). Если посеребренная поверхность имеет потемнения, необходимо ее за­ чистить в месте пайки легким карцеванием латунными щетками. После зачистки место пайки тщательно обезжиривают спиртом. Лужение мест пайки на посеребренной поверхности пьезоэлементов производится специальными припоями с помощью паяльника с при­ менением флюса КСФ.

При лужении температура жала паяльника должна поддержи­ ваться равной 140±10°С для припоя с температурой плавления 91°С и 260±10°С для припоя с температурой плавления 220°С. Лужение не должно продолжаться более 3 сек.

ских напряжений, вызванных перепадом температур, их нагревают в термостате яеред лужением до температуры 6 5 ± 5 ° С .

Пайку элементов с электрическими выводами следует произво­ дить сразу же после лужения элементов, особенно если они подвер-

гались нагреву в термостате. Температура жала паяльника поддер­ живается такой же, как и. при лужении. После окончания пайки место спая тщательно очищается от остатков флюса марлевым там­ поном, смоченным спиртом.

Контроль качества пайки производится визуальным осмотром. Места спая должны быть сплошными, без трещин, пузырей, взду­ тий и иметь чистую металлическую поверхность. Лепесток (вывод) и припой не должны выступать за плоскость пьезокерамического элемента с пазом.

Склеивание пьезокерамических блоков преобразователей. Абсо­ лютное большинство пьезокерамических блоков преобразователей

Качество склеивания пьезокерамических блоков зависит в пер­ вую очередь от клеящего состава, подготовки поверхности склеи­ ваемых элементов, соблюдения режимов склеивания и отвержде­ ния клеящей массы.

В качестве клеящих масс при изготовлении преобразователей используются различные композиции на основе эпоксидных смол. Наибольшее применение получили клеящие массы холодного от­ верждения ПД-20, горячего отверждения ДМ-5-65 и токопроводящие клеящие массы ДС-20 и ДС-65.

чена для склеивания деталей из пьезокерамики, металлов, тексто­ лита, гетинакса и резины.

в шаровой мельнице и просеянный через сито, просушивают в тер­ мостате при температуре 120—130° С в течение 2 ч. После охлажде­ ния высушенного наполнителя до температуры 80-—90° С его вводят в смолу при постоянном перемешивании стеклянной палочкой или текстолитовым стержнем. При приготовлении больших количеств клеящей массы (2—3 кг) перемешивание производится в механи­ ческой мешалке.

Перемешанную с наполнителем эпоксидную смолу подвергают вакуумированию для удаления воздушных включений. Вакуумирование производится в вакуумном термостате при температуре массы 80—90°С и давлении (13—16) • 1О2 я/ж2 в течение 20—25 мин.

Приготовленная таким образом масса в охлажденном до ком­ натной температуры состоянии может храниться в герметичных со­ судах длительное время.

Перед употреблением массу перемешивают и берут необходи­ мое количество для склеивания (100—200 г). В отобранную на­ веску добавляют рассчитанное согласно рецептуре количество отвердителя — полиэтиленполиаминов и состав тщательно перемеши­ вают. С добавленным отвердителем клеящая способность массы при комнатной температуре сохраняется в течение 40—60 мин. Для увеличения жизнеспособности клеящую массу необходимо хранить при температуре 0— ( + 5)°С.

Перед склеиванием поверхности металлических деталей подвер­ гают пескоструйной обработке электрокорундом или металличе­ ским песком с последующим обезжириванием спирто-бензиновой смесью в соотношении- 1 : 1 и сушкой на воздухе в течение 1 ч. Де­ тали из электроизоляционных материалов обрабатывают только электрокорундом.

Пьезокерамические детали обезжиривают спирто-бензиновой смесью. Пескоструйную обработку металлических и электроизоля­ ционных деталей необходимо проводить не позднее чем за 2 ч до склеивания.

Для склеивания деталей на обезжиренные и просушенные по­ верхности с помощью шпателя или стеклянной палочки тонким слоем наносят клеящую массу, после чего детали укладывают в специальное ориентирующее приспособление, обеспечивающее давление в склеиваемом шве (3—8) 104 н/м2 и толщину клеевого слоя 80—130 мкм. Избыток клеящей массы в местах соединения снимают сухой бязью или марлей.

Чтобы предотвратить прилипание клеящей массы к приспособ­ лениям, в качестве прокладок применяют полиэтиленовые или цел­ лофановые пленки.

ные узлы освобождают от приспособления и очищают от избытков массы.

Клеящая масса горячего отверждения ДМ-5-65 предназначена для склеивания пьезокерамических элементов в блоки, а также склеивания различных сочетаний пьезокерамических элементов

с металлами и изоляционными материалами. Прочность клеевого соединения при склеивании образцов из нержавеющей стали мас­ сой ДМ-5-65 равна 45 • 106 н/м2.

В состав клеящей массы ДМ-5-65 входят эпоксидная смола ЭД-5, малеиновый ангидрид, окись алюминия, титанат бария, окись цинка и триэтаноламин.

щей массы ее выдерживают в закрытом сосуде при комнатной температуре от 1 до 3 суток. После достижения необходимой вяз­ кости клеящая масса готова к употреблению.

При ускоренном приготовлении клеящей массы повышения вяз­ кости достигают путем выдержки массы в термостате при темпера­ туре + 60° С от 1 до 5 ч в зависимости от активности эпоксидной смолы.

Чтобы повысить жизнеспособность клеящей массы ДМ-5-65, ее следует хранить в холодильнике при температуре +5° С.

Технологическая схема приготовления клеящей массы ДМ-5-65 приведена на рис. 71.

Полимеризация клеящей массы ДМ-5-65 производится в термо­ стате при температуре 6 5 ± 2 ° С в течение 48 ч. Склеиваемый блок

Подготовка компонентов

Рис. 71. Технологическая схема приготовления клеящей массы ДМ-5-65.

помещают в термостат вместе с приспособлением для склейки, а по окончании выдержки в термостате блок извлекают из приспо­ собления.

Контроль качества склейки осуществляется замером электро­ акустических характеристик пьезокерамического блока и провер­ кой его на механическую (динамическую) прочность в воздухе.

Качество клеящей массы определяется пределом прочности клеевого соединения образцов при отрыве на разрывной машине. Образцами служат грибки из нержавеющей стали 1Х18Н9Т (рис. 72). При контроле качества клеящей массы испытывают не менее пяти образцов, причем проверяется каждая приготовленная партия клеящих масс ПД-20 и ДМ-5-65.

Лунка. Ф2,5x1

•о

0,05" ФЩ-0,0.

Рис. 72. Образцы для определения прочности клеевого соеди­ нения.

/ — грибок; 2 — склеенные грибки.

Металлические грибки перед склеиванием подвергают песко­ струйной обработке электрокорундом и обезжиривают спирто-бен- зиновой смесью. Затем на торцевые поверхности грибков наносят клеящую массу и образцы помещают в приспособление для склейки (рис. 73) с тарированными на усилие (5—8) • 10і н/м2 пружинами.

Для отверждения клеевой массы приспособления с грибками ставят в термостат на 48 ч при склеивании массой ДМ-5-65 или выдерживают 48 ч при температуре 2 0 ± 5 ° С при склеивании мас­ сой ПД-20.

Испытания образцов на разрывной машине производятся при температуре 18—25° С и скорости нагружения 11 мм/мин. Испытуе­ мые образцы помещают в приспособление, показанное на рис. 74.

Среднее значение прочности клеевого соединения вычисляется как среднеарифметическое из данных, полученных при испытании пяти образцов. Если среднее значение прочности клеевого соедине­ ния на образцах окажется меньше значений, указанных в техниче­ ских документах, то изготовленная партия массы бракуется.

Токопроводящие клеящие массы ДС-20 и ДС-65 применяются для создания электрического контакта между склеиваемыми эле­ ментами в пьезокерамических преобразователях, если электриче­ ский контакт невозможно создать с помощью пайки.