Способ определения прочности клеевого соединения пьезокерамических материалов Советский патент 1989 года по МПК G01N19/04 

Изобретение относится к материаловедению и может быть использовано в химической промьшшенности и пьеэотех- нике, в:;частности при разработке и конструировании.пьезокерамических преобразователей.

Цель изобретения - повьппение достоверности за счет исключения несимметричности при нагружении и обеспечение возможности исследования высокопрочных материалов.

На чертеже изображен образец пье-п зокерамического материала.

Способ осуществляется следующим образом.

В середине пьезокерамического образца 1 с предварительно полированными ребрами и поверхностями выполняют щелевую прорезь 2, глубиной, равной толщине слоя клея в изделии, которую заполняют клеем 3. После полимеризации клея удаляют его остатки заподлицо. Изготовленный образец по,мещают в устройство для испытания образцов на циклическую и усталостную прочность (не показано), возбуждают в нем продольные колебания с частотой, равной основной резонансной частоте образца и частоте, на которой работает клей в реальных условиях, и доводят до разрушения. Зная амплитуду тока, при котором разрушился образец (проходящий через образец), его резонансную частоту, пьезомодуль, площадь электродов и место разрушения, определяют прочность соединения по известной формуле:

§

(Л

4

Од

о

Од 00

6,

2irf,Sd,,

и X

sin --.-1

где (iy- усталостная прочность, Ша; I - ток, протекающий через образец, А;

fp - резонансная частота, Гц; d,- пьезомодуль, Кл/Н; S - площадь электродов, м ;

1 - длина образца, м;

X - координата разрушения, м.

Изменяя длину образца, а следовательно, и резонансную частоту, можно проводить испытания клеевого соедине ния на любых частотах, являющихся рабочими для конкретного преобразователя .

Предварительная полировка торцов д и поверхностей пьезокерамического образца необходима для повьпиения его прочности за счет устранения технологических концентраторов напряжения (микротрещины)..15

Глубина щели, не превышающая 1/3 высоты образца, выбирается из тех соображений, что с увеличением этого размера происходят необратимые изменения электрофизических характеристик 2о пьезоэлемента.

Дпя испытаний клея и склеиваемых поверхностей при более сложных колебаниях (кручение, сдвиг) соответстна каждую технологию из клея.

После полимеризации испытания на разрывной установке по определени прочности пьезоэлементо лостных испытаниях в пь возбуждаются продольные Распределение механичес ний вдоль образца проис соидальному закону, при симум напряжений приход дину пьезоэлемента.

Результаты испытаний таблицу.

Анализ результатов, таблице, показывает, чт мый способ определения клеевого соединения по известным имеет большую ность к изменению прочн клеющей массы и меньший два раза, разбросом (ср

вующим образом изготавливается пьезо- 25 ческие отклонения сГ).

керамический образец, у которого преобладающей модой колебаний будет сдвиговая или крутильная.

Пример. Дпя определения прочности сцепления клея ПД20, изготов- ленного по различным рецептам и технологиям обработки (полимеризации), для пьезопреобразователей, работающи на частоте f,, опробовано два метода испытаний - статический и согласно изобретению. При статическом методе клекщая масса наносится между цилиндрическими хвостовиками, которые помещаются в разрывную машину. По величине силы разрушения и площади склей- ваемых поверхностей рассчитывают прочность.

Исследуют прочность сцепления кле с керамикой, который изготовлен из одного состава по трем технологическим режимам.

Согласно предлагаемому способу в середине пьезокерамического образца размерами 100 IS 10 изготавливают щель шириной 10 мкм на глубину (по размеру 18), равную 5 мм. Заполняют щель клеющей массой по 10 образцов на каждый технологический режим, причем пьезоэлементы до нанесения щели пбдвергают полировке торцов (поверх- ности без электродов) и ребер.

Аналогично склеивают цилиндрические хвостовики из титана по 10 штук

на каждую технологию изготовления клея.

После полимеризации клея проводят испытания на разрывной мапшне и на установке по определению усталостной прочности пьезоэлементов. При усталостных испытаниях в пьезозлементе возбуждаются продольные колебания. Распределение механических напряжений вдоль образца происходит по синусоидальному закону, при котором максимум напряжений приходится на середину пьезоэлемента.

Результаты испытаний сведены в таблицу.

Анализ результатов, изложенных в таблице, показывает, что предлагаемый способ определения прочности клеевого соединения по сравнению с известным имеет большую чувствительность к изменению прочностных свойст клеющей массы и меньший, более чем в два раза, разбросом (среднеквадрати6

о о

g

5

0

При использовании предлагаемого . способа определения прочности клея и клеевого соединения с пьезокерамикой расширяется диапазон циклических нагрузок и обеспечивается проведение испытания- клея и клеевых соединений в рабочих режимах за счет изменения длины пьезоэлемента, что позволяет изменить резонансную частоту продольных колебаний; уменьшается разброс получаемых результатов за счет устранения влияния несоосности и других недостатков, присущих статическим методам.

Формула изобретения

1. Способ определения прочности клеевого соединения пьезокерамичес- ких материалов, заключающийся в том, что очищают склеиваемые поверхности образцов пьезокерамического материала, располагают между ними клей, по- лимеризуют его и прикладывают к соединению разрушающую нагрузку, по которой судят о прочности соединения, отличающий с я тем, что, с целью повьшения достоверности за счет исключения несимметричности при на- гружении, склеиваемые поверхности формируют путем выполнения целевой прорези в одном из образцов на глубину, н е превышающую 1/3 его высоты, а разрушающую нагрузку создают путем

5.1Д606816

возбуждения колебаний на основной ре-копрочных материалов, образец выползонансной частоте.няют в форме призмы, прорезь выполня2. Способ по п,1, отличаю-ют на ее боковой грани, которую полищ и и с я тем, что, с целью обеспе- сРУот, а продольные ребра скругляют

чення возмохшости исследования высо-путем полирования.

Изобретение может быть использовано при изготовлении клея и пьезоке- рамических преобразователей. Цель изобретения - повышение достоверности получаемых результатов при испытании клеевых соединений и обеспечение возможности исследования высокопрочных материалов. В середине пьезокера- мического образца выполняют щелевую прорезь на глубину, не превьшающую 1/3 его высоты, которую заполняют клеем. Длину пьезоэлемента подбирают такой, чтобы его резонансная частота соответствовала частоте работы преобразователя, причем поверхность пьезоэлемента предварительно полируют. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Статический Предлагаемый

22,7 5,6 21,3 2,1

23,1 6,8 28,7 2,4

22,4 6,6 22,2 2,3