СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ Российский патент 1995 года по МПК H04R31/00 

Изобретение относится к области изготовления электроакустических преобразователей (ЭАП) и может быть использовано для низкотемпературной пайки пьезоэлектрической керамики с металлами.

Известен способ изготовления электродов пьезоэлектрических преобразователей, при котором наносят на обезжиренные поверхности пьезоэлемента электропроводящий слой галлиевой пасты содержанием 10-15% никеля и 9-10% олова, а затем просушивают при комнатной температуре (авт. св. СССР N 678726, кл. Н 04 R 31/00. 1979).

Недостатком этого способа является наличие в используемой пасте никеля, который при взаимодействии с галлием при нагреве преобразователя во время работы до 100^оС и выше образует интерметаллические соединения, при этом процесс сопровождается сильным экзоэффектом. В результате паста увеличивается в объеме, охрупчивается и происходит разрушение преобразователя.

Известны способы пайки металлов с керамикой, при которых требуется температура не ниже 800^оС (справочник по пайке, М. Машиностроение, с.294, 1975).

Эти способы пайки не применимы для соединения металла с пьезокерамикой, имеющей точку Кюри, равную 260^оС и ниже.

Известен способ сборки пакетных пьезоэлектрических преобразователей, включающий нанесение электропроводящего покрытия на соединяемые поверхности пьезоэлементов из металлов или сплавов с температурой плавления ниже точки Кюри пьезокерамики, сборку пьезоэлементов в пакет, их сжатие при давлении 2,0х10⁴ 3,5x х 10⁴ Н/м², нагрев до температуры плавления покрытия, создание избыточного давления от 4,0х10⁴ до 5,5х10⁴ Н/м² и охлаждение в течение 25-30 мин. При этом электропроводящие покрытия наносят с одновременным воздействием на расплав металлов или сплавов ультразвуковых колебаний [1]
Однако данный способ не предусматривает возможность присоединения к пьезопакету металлических деталей (концентраторов, рефлекторов и т.д.),
Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления электроакустических преобразователей, заключающийся в совмещении поверхностей металлических деталей и пьезоэлемента, их сжатии, нагреве и охлаждении [2]
Недостатками прототипа являются необходимость стягивания деталей, их нагрева и охлаждения в вакууме, что влечет за собой использование сложного и дорогостоящего оборудования, достаточно высокая температура пайки, а также невозможность пайки предварительно поляризованных пьезоэлементов.

Целью изобретения является устранение этих недостатков.

Для этого перед совмещением поверхностей металлических деталей и пьезоэлемента на металлические детали наносят электропроводящее покрытие из сплава галлий-олово с одновременным воздействием ультразвуковых колебаний, нагревают их до температуры около 120^оС, выдерживают при этой температуре не более 24 ч и охлаждают. Затем соединяемые поверхности пьезоэлемента и металлических деталей лудят композиционным диффузионно-твердеющим припоем на основе галлия (КДТПГ) с одновременным воздействием ультразвуковых колебаний, после чего на соединяемые поверхности наносят слой КДТПГ того же состава толщиной не более 0,15 мм, причем сжатие металлических деталей и пьезоэлемента производят с усилием 1,5 -2,5х10⁷ Н/м², выдерживают при 70-100^оС в течение 48-72 ч и охлаждают до температуры окружающей среды (комнатной). При этом в качестве припоя используют КДТПГ, содержащий, мас. 32-34 сплава галлий-олово (90 галлия + 10 олова) и 66-68 порошка сплава медь-олово (95 меди + 5 олова).

Способ реализуется следующим образом.

Приготовляют галлиевый припой (КДТПГ) известный по авт. св. СССР N 332981, кл. В 23 К 35/24, 1972, содержащий в мас; 32-34 сплава галлий-олово (90 галлия + 10 олова) и 66-68 порошка сплава медь-олово (95 меди + 5 олова).

Сплавом галлий-олово указанного состава наносят покрытия на соединяемые с пьезоэлементом поверхности металлических деталей ЭАП (концентратор, рефлектор) при воздействии ультразвуковых колебаний, например, с помощью ультразвукового аппарата типа "Ультрастом".

Затем эти металлические детали нагревают на воздухе до температуры около 120^оС, выдерживают не более 24 ч, а затем охлаждают до комнатной температуры, а излишки жидкого сплава удаляют.

Далее указанным выше припоем КДТПГ лудят соединяемые поверхности пьезоэлемента и металлических деталей при воздействии ультразвуковых колебаний.

Затем на одну из соединяемых поверхностей пьезоэлемента или металлических деталей наносят указанный выше припой. Толщину припоя можно выбирать в пределах 0,07-0,15 мм. Заданная толщина слоя припоя обеспечивается с помощью специального технологического приспособления.

Далее совмещают пьезоэлемент с металлическими деталями соединяемыми поверхностями, сжимают их с помощью специального приспособления под внешним статическим давлением (1,5-2,5)˙10⁷ Н/м² при комнатной температуре, фиксируют сжатые металлические детали и пьезоэлемент при этом давлении, а затем выдерживают при 70^оC в течение 72 ч (можно при 100^оС, но в течение 48 ч), после чего охлаждают до температуры окружающей среды (комнатной).

Использование: при изготовлении электрических преобразователей. Сущность изобретения: способ включает нанесение электропроводящего покрытия на соединяемые с пьезоэлементом поверхности металлических деталей при воздействии ультразвуковых колебаний. В качестве покрытия используют сплав галлий-олово, содержащий, в мас.%: галлия 90 и олова 10. Затем эти детали нагревают на воздухе до температуры около 120°С., выдерживают при этой температуре не более 24-х ч и охлаждают. После этого соединяемые поверхности пьезоэлемента и металлических деталей лудят композиционным диффузионно-твердеющим припоем на основе галлия (КДТПГ) с помощью ультразвуковых колебаний. Этот припой содержит, в мас.%: сплав галлий-олово 32 - 34 (90 галлия + 10 олова); порошок сплава медь-олово 68 - 66 (95 меди + 5 олова). Затем на соединяемые поверхности либо пьезоэлемента, либо металлических деталей наносят слой КДТПГ того же состава толщиной не более 0,15 мм, совмещают поверхности пьезоэлемента и металлических деталей, сжимают их с усилием (1,5-2,5)·10 H/м² выдерживают при 70 - 100°С в течение 48 - 72 ч и охлаждают до комнатной температуры. 2 з.п. ф-лы.

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ, заключающийся в совмещении поверхностей металлических деталей и пьезоэлемента, их сжатии, нагреве и охлаждении, отличающийся тем, что перед совмещением поверхностей металлических деталей и пьезоэлемента на металлические детали наносят электропроводящее покрытие из сплава галлий-олово с одновременным воздействием ультразвуковых колебаний, нагревают их до температуры около 120^oС, выдерживают при этой температуре не более 24 ч и охлаждают, поверхности металлических деталей и пьезоэлемента лудят композиционным диффузионно твердеющим припоем на основе галлия с одновременным воздействием ультразвуковых колебаний, на соединяемые поверхности пьезоэлемента или металлических деталей наносят слой композиционного диффузионно твердеющего припоя того же состава толщиной не более 0,15 мм, причем сжатие металлических деталей и пьезоэлемента производят с усилием (1,5 2,5) · 10⁷ Н/м², выдерживают их при температуре 70 100^oС в течение 48 72 ч и охлаждают до комнатной температуры. 2. Спооб по п.1, отличающийся тем, что используют сплав галлий-олово со следующим соотношением компонентов, мас.

Олово 10
Галлий 90
3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что используют композиционный диффузионно твердеющий припой на основе галлия со следующим соотношением, мас.

Сплав галлий-олово 32 34
Порошок сплава медь-олово 66 68
причем сплав галлий-олово содержит, мас.

Галлий 90
Олово 10
а порошок сплава медь-олово содержит, мас.

Медь 95
Олово 5