автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.14, диссертация на тему:Совершенствование конструктивно-технологических параметров многослойных пьезоэлектрических пьезоактюаторов

003463762

На правах рукописи

ЧЕРНОВ Владимир Александрович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ МНОГОСЛОЙНЫХ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АКТЮАТОРОВ

Специальность: 05.11.14 - Технология приборостроения (технические науки)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2009

003463762

Работа выполнена на факультете Высоких технологий Южного федерального университета.

Защита состоится « 19 » февраля 2009г. в 14 часов на заседании объединённого диссертационного совета ДМ850.001.01 при Московской академии рынка труда и информационных технологий (ГОУ «МАРТИТ») по адресу:121351, г. Москва, ул. Молодогвардейская, 46, корп. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московской академии рынка труда и информационных технологий.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Панич Анатолий Евгеньевич.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Страхов Алексей Федорович; кандидат технических наук, старший научный сотрудник Пальчун Борис Павлович.

Ведущая организация - НИИ Радиоэлектроники и лазерной

техники Московского государственного технического университета имени Н.Э. Баумана.

Автореферат разослан

^ 2009г.

Ученый секретарь диссертационного совета, професо

Чересов Ю.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы. В настоящее время осуществляется широкое внедрение пьезоактюаторов в различные области науки и техники, диапазон применения которых варьируется от создания микромеханических устройств и систем адаптивной оптики до устройств снижения уровня шума и вибраций различных технических конструкций.

В России исследования в данной области проводятся с 1980 года. Особенно интенсивно велись работы в период создания мощных лазеров, когда были разработаны и внедрены в производство ряд пьезоактюаторов для адаптивной оптики. Сегодня выдвигаются новые требования к актюаторам: снижение массогабаритных показателей, повышение быстродействия и надежности, ужесточение требований к механико-климатическим воздействиям. Все это требует развития новых направлений в пьезоэлектрическом приборостроении, таких как разработка высокоэффективных пьезокерамических материалов, совершенствование конструкций пьезопреобразователей, создание принципиально новых технологий изготовления пьезоэлектрических актюаторов. Наиболее широко анализ различных типов пьезоактюаторов освещен в работе под редакцией А.Е. Панича «Пьезокерамические актюаторы», где дано определение пьезоактюатора, как пьезомеханического устройства, предназначенного для приведения в действие механизмов, систем или управления ими на основе пьезоэлектрического эффекта.

Рядом зарубежных фирм: Morgan Е.С., Ceram Tec. AG, Piesomechanik GmbH, Physik Inst. GmbH, Pieso Kinetic TRS Cer., Noliac, APC Inter Ltd, Pieso System, NEK TOKIN, и т.д. ведутся исследования и разработки, направленные на создание нового поколения пьезоактюаторов многослойной конструкции с применением последних достижений науки и технологии, обеспечивающие их широкое применение. Наиболее востребованы многослойные актюаторы для изготовления быстродействующих клапанов и устройств впрыска топлива в современных двигателях, узлов точного позиционирования технологического оборудования и адаптивной оптики, систем

автоюстировки, подстройки лазерных зеркал и оптико-волоконных линий связи, интеллектуальных устройств компенсации вибраций летательных аппаратов, станков, оборудования и транспортных средств, пьезоприводов зеркал, фар и регулировки сидений автомобилей.

Созданы и реализуются в различных областях науки и техники пьезоактюаторы общего назначения: в туннельной микроскопии, нано- и микросистемной технике и нанотехнологиях. Применение же пьезоактюаторов в специальной технике становится возможным только при детальном исследовании их параметров в жестких условиях эксплуатации, обязательной оптимизации конструкций и технологических процессов производства.

Таким образом, представляется перспективной и актуальной задача создания многослойных пьезоэлектрических актюаторов двойного применения: как для спецтехники, так и для народного хозяйства.

Объектом исследования диссертационной работы являются конструкции и инновационные технологии создания многослойных пьезоэлектрических актюаторов.

Предмет исследования: вопросы развития теории и практики производственно-технологического построения многослойных пьезоэлектрических актюаторов.

Цель исследования: решение научной задачи по совершенствованию конструкций и развитию инновационных технологий создания пьезоэлектрических многослойных актюаторов.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

1. Проведение анализа характеристик пьезокерамических материалов, используемых в России и за рубежом для изготовления многослойных пьезоэлектрических актюаторов, и разработка требований к этим материалам, которые должны обладать высокой эффективностью и технологичностью в производстве;

2. Создание математической модели и выполнение математического моделирования для оценки параметров многослойных пьезоэлектрических актюаторов, работающих в статическом и динамическом режимах;

3. Разработка методов испытаний многослойных пьезоэлектрических актюаторов в статическом и динамическом режимах работы, обеспечивающих неразрушающий контроль качества пьезоактюаторов в процессе производства и эксплуатации;

4. Разработка принципов и методов оптимизации технологических процессов в опытном и мелкосерийном производстве многослойных пьезоэлектрических актюаторов для снижения материалоемкости и трудоемкости их изготовления, уменьшения массогабаритных характеристик не менее чем в четыре раза, повышения надежности и увеличения срока эксплуатации в два раза;

5. Проведение экспериментальных исследований по изучению электрофизических параметров многослойных пьезоэлектрических актюаторов с целью дальнейшего использования их для конструирования микромеханических и оптико-электронных систем;

6. Представление на основе результатов моделирования и испытаний перечня эксплутационных параметров и надежностных характеристик пьезоактюаторов, который рекомендуется использовать разработчикам на стадии проектирования новых наукоемких изделий.

Методы исследования. Для решения основных задач по теме диссертационной работы использовались основные положения физики твёрдого тела, теории упругости и методы математического моделирования физических процессов в твердотельных сегнетоэлектрических структурах; экспериментальные исследования базировались на положениях теории измерений, планирования эксперимента и статистической обработки полученных результатов.

Достоверность результатов подтверждается высокой степенью корреляции данных, теоретически рассчитанных методом конечных элементов (МКЭ), с экспериментальными данными, полученными при внедрении результатов диссертационной работы в производство.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые:

1. Разработаны математические модели и методы расчета многослойных пьезоэлектрических актюаторов, работающих в статическом и динамическом режимах, которые являются развитием ранее существовавших теорий создания актюаторов. Данные модели обеспечили анализ характеристик и оптимизацию конструктивных параметров пьезоактюаторов;

2. Обоснован и создан высокоэффективный пьезокерамический материал, который внедрен в инновационный технологический процесс изготовления многослойных пьезоэлектрических актюаторов, что позволило за счет снижения температуры спекания пьезокерамики уменьшить трудоемкость их изготовления в два раза, материалоемкость и массогабаритные характеристики изделий в пять раз. Технические решения по способу получения пьезокерамического материала защищены патентом;

3. Разработаны и обоснованы новые конструкции многослойных пьезоэлектрических актюаторов и технологии их изготовления, позволяющие автоматизировать технологические процессы производства, повысить надежность и срок эксплуатации изделий;

4. Разработаны и обоснованы методики определения характеристик и параметров многослойных пьезоэлектрических актюаторов в различных условиях и режимах эксплуатации: в температурном диапазоне от минус 60°С до +85 °С и механическом воздействии: одиночный удар с ускорением до 150 м/с2.

Практическая значимость полученных в диссертации результатов заключается в том, что:

1. Предложенная в работе математическая модель и методы расчета позволяют определить параметры многослойного пьезоэлектрического актюатора, работающего на заданную нагрузку в статическом и динамическом режимах с погрешностью не более ±10-15%, что обеспечивает снижение трудоемкости в три раза, сокращению технологических потерь в два и более раза;

2. На основе разработанного пьезокерамического материала создана инновационная технология изготовления пьезоактюаторов с низкой температурой спекания, что дало возможность применить в качестве электродов сплав серебро-палладий при соответствующем снижении себестоимости изделий в два раза по сравнению с традиционной высокотемпературной технологией на основе сплава платина-палладий;

3. Разработаны методики измерений параметров пьезоактюаторов в динамических условиях. Это позволило получить рациональные конструктивно-технологические решения для нового поколения многослойных пьезоэлектрических актюаторов, надёжно обеспечивающих определенный сегмент российского рынка.

Внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы внедрены:

- в производство ОАО «НИИ «Элпа» при выполнении опытно-конструкторских работ: «Разработка пьезокерамических многослойных преобразователей специального назначения», «Разработка технологии проектирования пьезокерамических устройств для микромеханических изделий»;

- в производстве НКТБ «Пьезоприбор» при создании многослойных конструкций чувствительных элементов датчиков преобразующей аппаратуры ракетно-космической техники (РКТ) освоена технология изготовления преобразователей на базе низкотемпературного пьезоматериала ЦТС-46. При этом использованы математические модели и методы расчета параметров многослойных пьезоэлектрических актюаторов, что позволило повысить надежность и долговечность чувствительных элементов датчиков, работающих в экстремальных условиях эксплуатации.

Выпуск многослойных пьезоэлектрических актюаторов осуществляется в ОАО «НИИ «Элпа», технология изготовления преобразователей на базе низкотемпературного пьезоматериала ЦТС-46 применяется в НКТБ «Пьезоприбор» с 2007 года, что подтверждается актами о внедрении и использовании результатов диссертации.

Апробация работы. Результаты исследований, составляющие содержание диссертации, докладывались на:

1. Международной научно-практической конференции «Фундаментальное материаловедение, пьезоэлектрическое приборостроение и нанотехнологии» (Пьезотехника-2005) 23-26 августа 2005 года, г. Москва.

2. Международной научно-технической конференции «Датчики и системы-2005» 6-10 апреля 2005 года, г. Пенза.

3. Всероссийской научно-практической конференции «Датчики и системы 2006» 30-31 мая 2006г., г.Москва.

4. VI Международной научно-технической конференции «Инновационные процессы пьезоэлектрического приборостроения и нанотехнологий» 22-26 сентября 2008 года, г.Анапа.

Публикации. По теме диссертации опубликовано одиннадцать печатных работ, из них две работы в журналах, включенных в Перечень научных и научно-технических изданий ВАК. Получен один патент на изобретение.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Математическая модель и результаты моделирования характеристик многослойных пьезоэлектрических актюаторов в статическом и динамическом режимах;

2. Результаты обоснования и разработки высокоэффективного пьезокерамического материала с низкой температурой спекания для инновационного технологического процесса изготовления многослойных пьезоэлектрических актюаторов;

3. Методики определения параметров многослойных пьезоэлектрических актюаторов в динамическом режиме работы с требуемой точностью;

4. Усовершенствованные и разработанные конструкции многослойных пьезоактюаторов и инновационные технологии их изготовления, обеспечивающие в производстве снижение трудоемкости в три раза, повышение качества продукции, надежности изделий и увеличение срока их эксплуатации в два раза.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, содержит 56 рисунков, 28 таблиц, списка литературы из 194 наименований и одного приложения. Полный объем диссертации составляет 213 страниц, включая приложение.

Содержание работы.

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, сформулированы цели работы, определены задачи исследований, показаны научная новизна и практическая значимость полученных результатов.

В первой главе рассмотрены результаты состояния предметной области разработки конструкций и методов изготовления многослойных пьезоэлектрических актюаторов. Определены основные эксплуатационные параметры. Показаны области применения пьезоактюаторов. Проведен анализ тенденций мирового развития разработок и производства пьезоактюаторов. Отмечается, что в последние годы основное направление исследований направлено на создание многослойных пьезоэлектрических актюаторов, изготовленных по новому технологическому процессу -литью тонкослойной пьезокерамической пленки толщиной не менее 50мкм. Проведен сравнительный анализ различных конструктивно-технологических решений по созданию пьезоактюаторов, на основании которых определены пути конструирования пьезоактюаторов различного назначения, уточнена постановка задач диссертационных исследований.

Во второй главе рассмотрены существующие методы математического моделирования и обоснован выбор МКЭ и системы автоматизированного проектирования (САПР) для расчета и конструирования многослойных пьезоэлектрических актюаторов с помощью программы А^УБ. Автором разработано программное обеспечение для автоматизации расчета многослойных пьезоэлектрических актюаторов, которое позволяет определить выходные электрические параметры пьезоактюаторов.

В соответствии с разработанной методологией проведены расчет и моделирование работы пьезоактюатора типа I. Этот тип актюатора

предназначен для работы в составе лазерного затвора для оптических дальномеров.

Рисунок 1 - Схематический чертеж пьезоактюатора типа I (все размеры указаны в миллиметрах)

В первоначальном варианте расчету подвергался только пьезоактюатор с целью определения смещения его рабочей поверхности; при этом актюатор имел раздельные плюсовые электроды, сигнал возбуждения на которые мог подаваться со сдвигом по фазе. При проведении расчетов по этой модели было установлено, что рабочая поверхность пьезоактюатора имеет малое смещение, а величина смещения рабочей поверхности не зависит от формы возбуждающего импульса и от сдвига фаз между управляющими сигналами.

В ходе дальнейших исследований модель была усложнена и пьезоактюатор рассчитывался совместно с лазерным затвором, на который он нагружен; условием работоспособности пьезоактюатора выбрано перекрытие щели между полупризмами лазерного затвора.

Для выяснения механизма взаимодействия пьезоактюатора с оптической частью проведено моделирование физических процессов с использованием МКЭ, а именно расчет и моделирование конструктивных

параметров пьезоактюаторов в импульсном режиме при работе на заданную нагрузку - оптический затвор лазерного дальномера. В результате получены величины деформации пьезоактюатора и оптического затвора в различных зонах и разное время после воздействия возбуждающего импульса. На основании этого сформулированы основные требования к конструкции пьезоактюатора, которые состоят в том, что количество активных слоев равно 16 шт.; при этом толщина слоя - 0,2 мм; диаметр внутреннего отверстия - 3,6 мм.

Пьезоактюатор типа II предназначен для перемещения массивных тел в частотном диапазоне.

Рисунок 2 - Схематический чертеж пьезоактюатора типа II (все размеры указаны в миллиметрах)

В результате проведенных расчетов установлено, что:

1. Резонансная частота пьезоактюаторов типа II составляет 50 кГц. Учитывая ограничение предельной рабочей частоты, обеспечивающей надёжную работу пьезоактюаторов, равную 0,5 от резонансной частоты, данные актюаторы можно использовать вплоть до частот 20-25 кГц;

2. Амплитуда перемещения пьезоактюаторов мало зависит от величины предварительного сжатия по вертикальной оси, а именно приложение статического усилия в 5000 Н уменьшает амплитуду колебаний на 22,2%;

3. Перемещения верхней части пьезоактюатора не строго вертикальны, а имеют изгибную составляющую. Наличие этой составляющей связано с действием металлических накладок на торцах пакета, которые неактивны, и ранее не учитывались. Показано, что их

деформация связана с деформацией пакета по радиусу за счет пьезомодуля d3h

Пьезоактюаторы типа III представляют собой многослойные конструкции и предназначены для широкого круга применений.

0.7

о

Ж

6±Р,1

1

1 +1

<о

Рисунок 3 — Схематический чертеж пьезоактюатора типа III (все размеры указаны в миллиметрах)

Расчет многослойных пьезоактюаторов размерами бммхбммхп, где п- число пьезоэлементов размерами 6ммх6ммх2,7мм, проводился в трехмерной постановке с вычислением деформации многослойного пьезоактюатора под действием заданной разности потенциалов и давления на верхнем торце.

Для построения блочных конструкций применены операции циклических построений слоев в блоке. На основании расчетов были изготовлены пьезоактюаторы типа III, состоящие из пьезоэлементов в количестве 16 шт., количество пьезокерамических слоев в пьезоэлементе равно 56, толщина слоя составляет 50мкм. Были проведены также исследования перемещения и усилия при напряжениях 50 и 100 В.

На рисунках 4 и 5 представлены результаты расчета и экспериментальные данные характеристик многослойных пьезоэлектрических актюаторов.

О_50_100_ 150

-расчетная зависимость перемещения ®

.......экспериментальная зависимость перемещения

Рисунок 4 - Расчётная и экспериментальная зависимость перемещения L3 пьезоактюатора 6ммх6ммх40мм от напряжения U

О _500_1ООО_ 1500

-расчетная зависимость перемещения Н

.......экспериментальная зависимость перемещения

Рисунок 5 - Расчётная и экспериментальная зависимость перемещения Ь3 и развиваемого усилия Р актюатора при напряжениях 50 и 100 В

Как видно из приведенных данных, расчетные характеристики совпадают с экспериментальными с погрешностью ±10-15%.

В . третьей главе исследуются перспективные конструктивно-технологические решения по разработке трех типов пьезоэлектрических многослойных актюаторов; рассматриваются технологические проблемы

создания элементной базы для оптимизации параметров пьезоактюаторов, что полностью соответствует общей концепции развития наукоемкого производства.

В связи с тем, что основные параметры пьезоактюаторов определяются характеристиками пьезоматериала и качеством изготовления пьезокерамических элементов, в диссертации проведены работы по выбору пьезокерамического материала с заданными свойствами. Эти исследования направлены на то, чтобы выбранные пьезоматериалы для актюаторов обладали достаточно высоким значением пьезомодуля с?33 и имели высокую температурную стабильность в диапазоне температур от минус 60 до+85 °С.

На основе анализа электрофизических параметров пьезокерамических материалов, выпускаемых рядом зарубежных и отечественных фирм, для пьезоактюаторов типа I был выбран пьезокерамический материал НЦТС-1 (производство ОАО «НИИ «Элпа»), обладающий высоким значением пьезомодуля d33 (600-Ю"12Кл/Н). Для пьезоактюаторов типа II наилучшим сочетанием параметров обладает известный промышленный пьезокерамический материал ЦТС-19, который наряду с относительно высоким значением пьезомодуля df33 (400-10'12 Кл/Н) имеет повышенную сегнетожесткость. Для пьезоактюаторов типа III в ОАО «НИИ «Элпа» с участием автора разработан пьезокерамический материал ЦТС-46 с низкой температурой спекания (750-900°С). Он технологичен, обладает относительно высоким значением пьезомодуля d3} (450-10"12Кл/Н) и высокой температурной стабильностью. Применение последнего материала для изготовления многослойных пьезоэлектрических актюаторов позволило использовать в качестве электродов сплав серебро-палладий вместо применяемого за рубежом сплава платина-палладий, что существенно снижает стоимость пьезоактюатора (в два-три раза).

Аттестация пьезокерамического материала проведена по ОСТ 110444 «Материалы пьезокерамические. Технические условия».

На основании предварительных исследований пьезокерамических материалов и оптимизации различных конструкций пьезопреобразователей

в диссертационной работе созданы многослойные пьезоэлектрические актюаторы типа I, II, III. На рисунках 6-8 приведены сборочные чертежи пьезоактюаторов типа I, II, III.

Пьезоактюатор типа I (рисунок 6) представляет собой моноблочную конструкцию, состоящую из 16 пьезокерамических элементов и двух накладок из неполяризованного пьезокерамического материала, которые соединены между собой путем высокотемпературного спекания.

Внутри многослойного пакета проходит сквозное отверстие диаметром 4 мм. Нижний слой пакета изготовлен из неполяризованной керамики НЦТС-1 толщиной 0,5 мм и является изолятором, последующие 16 слоев керамики НЦТС-1 толщиной 0,5 мм поляризованы во встречном относительно друг друга направлении и соединены электрически параллельно внешним электродом. К боковым электродам, выходящим на

Б-Б

S0

о'

Рисунок 6 — Пьезоактюатор типа I (все размеры указаны в миллиметрах)

диаметрально противоположные стороны актюатора, припаяны медные проволоки диаметром 0,2 мм припоем ПСр2,5 и выведены на верхнюю накладку актюатора. Перевод электродов на верхнюю сторону пьезоэлемента осуществляется по боковой поверхности каждого из слоев пьезоэлемента. Расположение переходов электродов противоположной полярности производится на диаметрально противоположных боковых поверхностях пьезоэлемента, располагаясь при этом перпендикулярно ключевой риске-проточке на внешней поверхности элемента.

Пьезоактюатор типа II (рисунок 7) представляет собой многослойную конструкцию, состоящую из двух пьезокерамических блоков, состоящих из 10 пьезокерамических элементов 060ммх020мм>'0,6мм, изготовленных из пьезокерамического материала

(все размеры указаны в миллиметрах)

ЦТС-19 и двух изоляторов из того же материала, которые соединены между собой методом клеевого соединения. Формирование пьезокерамических блоков осуществляется методом

высокотемпературного спекания.

Внутри проходит сквозное отверстие диаметром 20 мм. Пьезокерамические блоки соединены электрически параллельно внешними электродами. К боковым электродам, выходящим на диаметрально противоположные стороны актюатора, припаяны проволоки из материала М1 диаметром 0,2 мм припоем ПСр 2,5 и выведены на верхнюю и нижнюю накладку-изолятор актюатора.

Расположение переходов противоположной полярности производится на одном диаметре, перпендикулярно проточке, расположенной на внешней поверхности.

Пьезоактюатор типа III (рисунок 8) представляет собой конструкцию, состоящую из 15 многослойных пьезокерамических элементов размером бмм*6ммх2,7мм.

Г V л

• м М i CN> гч"

40.5'

АПМ—6x6x40 in К

Рисунок 8 - Пьезоактюатор типа III (все размеры указаны в миллиметрах)

Конструкция пьезокерамического элемента состоит из чередующихся слоев (толщина слоя 50 мкм) из пьезокерамического материала ЦТС-46 и внутренних электродов, где в качестве материала используется сплав серебро-палладий. Количество активных слоев - 50. Количество пассивных слоев, изготовленных из неполяризованного материала - 4 (по 2 шт. сверху и снизу). Многослойные пьезокерамические элементы в пьезоактюаторе типа III соединены между собой с помощью

клеевых соединений. Конструкция размещена в защитной оболочке. С помощью припоя ПОС-61 к внешним электродам осуществлена пайка медной проволоки ММ-012 дня обеспечения контактов.

Следует отметить, что впервые в России под руководством автора диссертации разработана и внедрена инновационная технология изготовления многослойных пьезоэлектрических актюаторов типа III с применением технологических процессов микроэлектронной техники, позволившая автоматизировать процесс сборки многослойных конструкций. Отработка технологии проведена на производственной базе предприятия ОАО «НИИ «Элпа».

В четвертой главе приведены результаты разработки методов измерения статических и динамических параметров многослойных пьезоэлектрических актюаторов: статическая емкость, тангенс угла диэлектрических потерь, амплитуда перемещения, резонансные и антирезонансные частоты, сопротивление актюаторов на резонансной частоте, блокирующее усилие.

Обоснован метод неразрушающего контроля при изготовлении пьезоактюаторов и в процессе испытаний на надежность. Показано, что при измерении основных параметров пьезоактюаторов, которые проводились при нормальных климатических условиях в соответствии с ОСТ 11.0602, номинальное значение статической емкости пьезоактюатора С, изготовленного методом литьевой технологии, следует определять по формуле (1):

Е?(а-2Ая)(6-2М)

11,ЗА '

где е" - диэлектрическая проницаемость керамики [Ф/м]; а и Ъ -сечение пьезоактюатора [м]; Да и Д6 - межэлектродные зазоры [м]; к -толщина слоя [м]; N — количество слоев.

Экспериментально установлено, что емкость пьезоактюатора увеличивается с ростом напряжения, температуры и сжимающего усилия. В рабочем диапазоне температур от минус 60°С до +125°С наблюдается линейная зависимость значения емкости от температуры. Минимальное

значение емкости при температуре минус 60°С равно 0,75 С0, а при температуре +125°С оно соответствует 1,2С0, где С0 - емкость при нормальной температуре. Эти изменения учитывались автором при проектировании изделий на основе многослойных пьезоэлектрических актюаторов.

Измерение амплитуды перемещения многослойных актюаторов в статическом режиме проводилось в полуавтоматическом режиме, который обеспечивался специальной программой КаИЬ 275 измерителя линейных перемещений модели 275 К.

Экспериментальные исследования динамических характеристик многослойных пьезоэлектрических актюаторов - деформаций, линейности преобразования в частотном диапазоне от единиц Гц до 5000 Гц проводились в Институте механики РАН на специальном стенде, а схемы возбуждения и измерения испытательного стенда выполнялись на серийной аппаратуре фирмы Брюль и Къер. Исследованы характеристики перемещения в частотном диапазоне 50-100 Гц при напряжении 50 и 100 В, а при напряжении 25 В - в частотном диапазоне от 0 до 3200 Гц. Установлено, что в частотном диапазоне 50-100 Гц величина перемещения незначительно увеличивается (-10%); в тоже время величина перемещения линейно растёт с увеличением напряжения. Анализ частотных характеристик показывает, что:

1. Ход зависимости перемещений и ускорений пьезоактюаторов у различных образцов в частотном диапазоне от 0 до 3200 Гц практически совпадают. Неравномерность в частотной области до 3200 Гц не превышает ±2 дБ;

2. В диапазоне частот свыше 2400 Гц характеристики перемещений и ускорений имеют многорезонансный характер, обусловленный упругоинерционной структурой пьезоактюатора;

3. Линейность преобразования сохраняется практически во всем частотном диапазоне динамических испытаний.

В первом приближении при действии статического напряжения величина перемещения определяется выражением (2):

Ь3=с133пи[ м], (2)

где: с133 ~ пьезомодуль пьезоматериала [10"12Кл/Н]; п - количество слоев пьезоэлементов; и - напряжение [В].

Перемещение (максимальный ход) - номинальное значение величины максимального хода. Измеряется, как правило, при нормальной температуре и при небольшой статической нагрузке (не более 10% от максимального значения).

Результаты проведенных исследований подтверждают, что в статическом режиме включения пьезоактюаторов их перемещение с погрешностью ±10-15% может быть рассчитано по формуле (2).

На рисунке 9 приведены результаты исследований зависимости изменения относительного перемещения пьезоактюаторов от температуры. В диапазоне от минус 60°С до +85°С наблюдается линейная зависимость перемещения Ь3 от температуры, величина которго при минус 60°С составляет 0,8-Ю,91°, а при +85°С составляет 1,05*1,1515, где Ь] -

перемещение пьезоактюаторов при нормальной температуре.

_

—Акгюатор типа I и II Акгюатор типа III

Рисунок 9 - Изменение относительного перемещения пьезоактюаторов от

температуры

Развиваемое усилие определяет механическую прочность пьезоактюатора на растяжение и составляет 1/10 от значения развиваемого усилия, которое определяется по формуле (3) с погрешностью ±10-15%:

Р = Щ (3)

где: F - блокирующая (развиваемая) сила [Н]; L3max - максимальное перемещение [м]; L - высота актюатора [м]; S - поперечное сечение пьезоактюатора [м2]; fp- резонансная частота [Гц]; Р - плотность пьезоматериала [кг/ м3].

При исследовании стойкости к внешним воздействующим факторам пьезоактюаторы подвергались следующим механическим воздействиям:

- синусоидальная вибрация в диапазоне частот 1-2000 Гц;

- амплитуда ускорения 50 (5) м/с2 (g);

- механический удар многократного действия: пиковое ускорение

150 м/с2, длительность действия 2-15 мс, количество ударов 100,

частота ударов 1/мин.

После воздействия синусоидальной вибрации и механического многократного удара среднее значение изменения перемещения и емкости составили:

Пьезоактюатор типа I: C/Ce=49,3/50=0,98; LjL\ =0,99/1,0=0,99;

Пьезоактюатор типа II: С/С„=92б/948=0,97; LjL\ =3,22/3,29=0,98;

Пьезоактюатор типа III: C/CV=2910/3310=0,88; LjL\ =25,9/27,4=0,94.

Испытания на воздействие температуры окружающей среды: повышенная температура +85°С; пониженная температура минус 60°С; атмосферное повышенное давление (для пьезоактюаторов типа II) 4- 10б Па.

После воздействия пониженной и повышенной температуры среды среднее значение изменения перемещения и емкости составили:

Пьезоактюатор типа I: С/С0=48,9/50=0,97; Ljb\ =1,08/1,0=1,0.

Пьезоактюатор типа II: С/С0=888/948=0,93; lJl] =3,22/3,28=0,98.

Пьезоактюатор типа III: C/Q=2870/2910=0,98; lJl) =25,9/27,4=0,945.

Проведенные исследования и испытания пьезоэлектрических многослойных актюаторов показали, что разработанные конструкции и технологии их изготовления позволяют производить пьезоактюаторы,

соответствующие требованиям, предъявляемым к изделиям двойного назначения.

В завершении этой главы обсуждаются возможности дальнейшего применения многослойных пьезоактюаторов. Одним из перспективных направлений, развиваемых автором в диссертации, является создание пьезоэлектрических генераторов, способных генерировать под действием механических усилий электрическую энергию, которая может быть аккумулирована. Пьезогенераторы могут быть использованы в качестве твердотельной батареи как автономного источника питания электронных схем, нечувствительного к электромагнитным помехам. На рисунке 10 приведены результаты измерений таких конструкций на примере пьезогенератора с габаритами 01Оммх55мм (конструкция 1), 40мм*40мм*5мм (конструкция 2).

Следующим перспективным направлением использования пьезоактюаторов, полученных по разработанной технологии, могут быть высокочувствительные миниатюрные интеллектуальные элементы и модули пьезоэлектрических датчиков, предназначенных для ракетно-космической техники, авиации и артиллерийского вооружения.

В заключении сформулированы основные результаты и выводы диссертационной работы.

Основные выводы.

В результате выполнения диссертации разработаны конструкции нового поколения актюаторов и технологии их создания на основе многослойных пьезокерамических структур. При этом получены следующие научные результаты:

1. Создана математическая модель, разработанная с использованием МКЭ, разработаны методы математического моделирования по оценке параметров многослойных пьезоэлектрических актюаторов, работающих в статическом и динамическом режимах. Разработанная математическая модель и методы расчета позволяют с погрешностью ±10-15% определять параметры актюаторов.

2. Разработаны требования к пьезокерамическим материалам, предназначенным для изготовления многослойных пьезоэлектрических актюаторов. На их основе создан материал с низкой температурой спекания, защищенный патентом РФ; разработана и реализована технология изготовления многослойных пьезоэлементов с применением в качестве электродного материала сплава серебро-палладий для пьезоактюаторов типа III, что позволило снизить стоимость пьезоактюаторов в два раза.

3. Впервые разработаны и внедрены в производство методы испытаний многослойных пьезоэлектрических актюаторов в статическом и динамическом режимах работы, обеспечившие неразрушающий контроль качества пьезоактюаторов в процессе производства и эксплуатации, что снизило трудоемкость их изготовления в два раза.

4. Впервые разработаны на основе САПР и внедрены в производство принципы и методы автоматизации технологических процессов при опытном и мелкосерийном производстве многослойных пьезоэлектрических актюаторов, позволяющие снизить материалоемкость, уменьшить массогабаритные характеристики в пять раз, повысить надежность и увеличить срок эксплуатации пьезоактюаторов в два раза.

5. На основе результатов моделирования и испытаний определен перечень эксплуатационных параметров и надежностных характеристик

пьезоактюаторов, который рекомендуется использовать разработчикам на стадии проектирования различных систем и устройств, в том числе изделий двойного применения.

6. Реализация результатов исследований в области производства многослойных пьезоэлектрических актюаторов позволила получить экономический эффект, выраженный в снижении себестоимости изделий в два раза; технологический эффект - за счет снижения трудоемкости их изготовления в два раза и уменьшения материалоемкости в пять раз.

Таким образом решена научная задача по совершенствованию конструкций и развитию инновационных технологий создания пьезоэлектрических многослойных актюаторов.

Основные публикации по теме диссертации Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Казаков В.К., Никифоров В.Г., Сафронов А.Я., Чернов В.А.

Актюаторы для оптических затворов и методы измерения их характеристик. //Нано- и микросистемная техника. -2007. -№6. -С. 45-46.

2. Казаков В.К., Никифоров В.Г., Панин А.Е., Сафронов А.Я., Чернов В.А. Современные многослойные пьезоэлектрические актюаторы. Методы расчета параметров актюаторов в статических и динамических режимах. //Известия ЮФУ, серия технические науки. -2008. -№11. - С. 225-234.

Публикации в других изданиях:

3. Сафронов А.Я., Парфенов Б.Г., Чернов В.А., КлимашинВ.М.

Стратегия развития направления пьезокерамических

изделий. //Материалы докладов международной научно-практической конференции «Фундаментальные проблемы функционального материаловедения пьезоэлектрического приборостроения и нанотехнологий» Пьезотехника-2005. -Ростов-на-Дону, Азов, 2005. -С. 147-150.

4. Сафронов А.Я., Чернов В.А., Никифоров В.Г., Парфенов Б.Г.

Современное состояние и перспективы развития пьезокерамических датчиков и преобразователей. //Материалы докладов Международной научно-технической конференции «Датчики и системы» 2005г. -Пенза, 2005.-С. 9-11.

5. Мирошников П.В., Сегалла А.Г., Сафронов А.Я., Парфенов Б.Г., Чернов В.А. Результаты исследований пьезокерамического материала с низкой температурой спекания. И Актуальные проблемы пьезоэлектрического приборостроения и нанотехнологий. Сборник трудов НКТБ «Пьезоприбор» РГУ 2005г. - Ростов-на-Дону, 2005. - С. 13-16.

6. Казаков В.К., Никифоров В.Г., Сафронов А.Я., Парфенов Б.Г., Чернов В.А. Расчет и моделирование основных параметров пьезокерамических актюаторов в динамическом режиме работы. // Актуальные проблемы пьезоэлектрического приборостроения и нанотехнологий. Сборник трудов НКТБ «Пезоприбор» РГУ 2005г. - Ростов-на-Дону, 2005. - С. 56-61.

7. Мирошников П.В., СегаллаА.Г., Сафронов АЛ., Никифоров В.Г., Чернов В.А. Пьзокерамический материал. Патент № 2288902 от 10.12.2006г. опубликован 10.12.2006 г. Бюллетень № 34.

8. Казаков В.К., Климашин В.М., Никифоров В.Г., Сафронов А.Я., Чернов В.А. Многослойные пьезоэлектрические актюаторы и особенности их применения. //Компоненты и технологии. -2007,-№6. -С. 62-65.

9. Казаков В.К., Шахворостов Д.Ю., Никифоров В.Г., Сафронов А.Я., Чернов В.А. Многослойные пьезоэлектрические актюаторы и особенности их применения. //Актуальные проблемы пьезоэлектрического приборостроения и нанотехнологий. НКТБ «Пьезоприбор» РГУ 2006г. - Ростов-на-Дону, 2006. - С. 117-119.

10. Климашин В.М., Никифоров В.Г., Сафронов А.Я., Чернов В.А. Разработка типоряда адаптивных малогабаритных пьезокерамических датчиков многофункционального назначения, в том числе на основе композитных материалов. //Сборник трудов Всероссийской научно-практической конференции «Датчики и системы 2006» 30-31 мая 2006г. -Москва,2006.-С. 79-83.

11. Никифоров В.Г., Чернов В.А. Предельные параметры твердотельных многослойных пьезоэлектрических батарей. //Материалы VI Международной научно-технической конференции «Инновационные процессы пьезоэлектрического приборостроения и нанотехнологий» 22-26 сентября2008г.-Анапа,2008.-С. 131-140.

Подписано в печать:

Формат 60x84 1/16. Уч.-издл.$. Тираж //?0 экз. Заказ

Отпечатано в типографии ИПКМИЭТ.

124498, Москва, г.Зеленоград, проезд480б, д.5, МИЭТ.

Введение. Общая характеристика работы.

1. Аналитический обзор.

2. Физические основы проектирования многослойных пьезоэлектрических актюаторов.

3. Разработка конструкций и технологий изготовления многослойных пьезоэлектрических актюаторов.

3.1. Выбор пьезокерамического материала.

3.2. Конструкция и технология изготовления дисковых пьезоэлементов для пьезоактюаторов типа I и II.

3.3. Исследование параметров пьезоэлементов.

3.4. Конструкция и технология изготовления многослойных пьезоэлементов для пьезоактюаторов типа III. Предельные параметры.

3.5. Технология изготовления многослойного пьезоэлемента.

3.6. Конструкции пьезоактюаторов.

3.7. Герметизация пьезоактюаторов.

3.8. Технология изготовления многослойного пьезоактюатора типа 1.

3.9. Технология изготовления многослойных пьезоактюаторов типа II.

ЗЛО. Технология изготовления многослойных пьезоактюаторов типа III.

4. Электрофизические и эксплуатационные параметры многослойных пьезоэлектрических актюаторов.

4.1. Разработка методик измерений и испытаний многослойных пьезоэлектрических актюаторов.

4.2. Исследование электрофизических и эксплутационных параметров многослойных пьезоэлектрических актюаторов.

4.3. Твердотельные многослойные пьезоэлектрические генераторы — перспективные пьезоактюаторы.

Актуальность темы. В настоящее. время осуществляется широкое внедрение пьезоактюаторов в различные области науки и техники, диапазон применения которых варьируется от создания микромеханических устройств и систем адаптивной оптики до устройств снижения уровня шума и вибраций различных технических конструкций.

В России исследования в данной области проводятся с 1980 года. Особенно интенсивно велись работы в период создания мощных лазеров, когда были разработаны и внедрены в производство ряд пьезоактюаторов для адаптивной оптики. Сегодня выдвигаются новые требования к пьезоактюаторам: снижение массогабаритных показателей, повышение быстродействия и надежности, ужесточение требований к механико-климатическим воздействиям. Все это требует развития новых направлений в пьезоэлектрическом приборостроении, таких как разработка высокоэффективных пьезокерамических материалов, совершенствование конструкций пьезопреобразователей, создание принципиально новых технологий изготовления пьезоэлектрических актюаторов. Наиболее широко анализ различных типов пьезоактюаторов освещен в работе под редакцией А.Е. Панича «Пьезокерамические актюаторы», где дано определение пьезоактюатора как пьезомеханического устройства, предназначенного для приведения в действие механизмов, систем или управления ими на основе пьезоэлектрического эффекта.

Рядом зарубежных фирм: Morgan Е. С, Ceram Tec. AG, Piesomechanik GmbH, Physik Inst. GmbH, Pieso Kinetic TRS Cer., Noliac, APC Inter Ltd, Pieso System, NEK TOKIN, Noliac и т.д., ведутся исследования и разработки, направленные на создание нового поколения пьезоактюаторов многослойной конструкции с применением последних достижений науки и техники, обеспечивающие их широкое применение. Наиболее востребованы многослойные пьезоактюаторы для изготовления быстродействующих клапанов и устройств впрыска топлива в современных двигателях, узлов точного позиционирования технологического оборудования и адаптивной оптики, систем автоюстировки, подстройки лазерных зеркал и оптиковолоконных линий связи, интеллектуальных устройств компенсации вибраций летательных аппаратов, станков, оборудования и транспортных средств, пьезоприводов зеркал, фар и регулировки сидений современных автомобилей.

Созданы и реализуются в различных устройствах науки и техники пьезоактюаторы общего назначения: в туннельной микроскопии, нано- и микросистемной технике и нанотехнологиях. Применение же пьезоактюаторов в специальной технике становится возможным только при детальном исследовании их параметров в жестких условиях эксплуатации с обязательной оптимизацией конструкций и разработкой технологий создания многослойных пьезоактюаторов.

Таким образом, представляется перспективной и актуальной задача создания многослойных пьезоэлектрических актюаторов двойного применения: как для спецтехники, так и для народного хозяйства.

Объектом исследования диссертационной работы является совершенствование конструкции и инновационные технологии создания многослойных пьезоэлектрических актюаторов.

Предмет исследования: решение научной задачи по совершенствованию конструкций и развитию инновационных технологий создания пьезоэлектрических актюаторов многослойных конструкций.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

1. Проведение анализа характеристик пьезокерамических материалов, используемых в России и за рубежом для изготовления многослойных пьезоэлектрических актюаторов и разработка требований к этим материалам, которые должны обладать высокой эффективностью и технологичностью в производстве;

2. Создание математической модели и выполнение математического моделирования для оценки параметров многослойных пьезоэлектрических актюаторов, работающих в статическом и динамическом режимах;

3. Разработка методов испытаний многослойных пьезоэлектрических актюаторов в статическом и динамическом режимах работы, обеспечивающих неразрушающий контроль качества пьезоактюаторов в процессе производства и эксплуатации;

4. Разработка принципов и методов оптимизации технологических процессов в опытном и мелкосерийном производстве многослойных пьезоэлектрических актюаторов для снижения материалоемкости и трудоемкости их изготовления, уменьшения массогабаритных характеристик в пять раз, повышения надежности и увеличения срока эксплуатации в два раза;

5. Проведение экспериментальных исследований по изучению электрофизических параметров многослойных пьезоэлектрических актюаторов с целью дальнейшего использования их для конструирования микромеханических и оптико-электронных систем;

6. Представление на основе результатов моделирования и испытаний перечня эксплутационных параметров и надежностных характеристик пьезоактюаторов, которые рекомендуются использовать разработчикам на стадии проектирования востребованных рынком наукоемких изделий.

Методы исследования. Для решения основных задач по теме диссертационной работы использовались основные положения физики твёрдого тела, теории упругости и методы математического моделирования физических процессов в твердотельных сегнетоэлектрических структурах; экспериментальные исследования базировались на положениях теории измерений, планирования эксперимента и статистической обработки полученных результатов.

Достоверность результатов подтверждается высокой степенью корреляции данных, теоретически рассчитанных методом конечных элементов, с экспериментальными данными, полученными при внедрении результатов диссертационной работы в производство.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые:

1. Разработаны математические модели и методы расчета многослойных пьезоэлектрических актюаторов, работающих в статическом и динамическом режимах, которые являются развитием ранее существовавших теорий создания актюаторов. Данные модели обеспечили анализ характеристик и оптимизацию конструктивных параметров пьезоактюаторов;

2. Обоснован и создан высокоэффективный пьезокерамический материал, который внедрен в инновационный технологический процесс изготовления многослойных пьезоэлектрических актюаторов, что позволило за счет снижения температуры спекания пьезокерамики на 250°С уменьшить трудоемкость их изготовления в два раза, материалоемкость и массогабаритные характеристики изделий в пять раз. Технические решения по способу получения пьезокерамического материала защищены патентом;

3. Разработаны и обоснованы в работе новые конструкции многослойных пьезоэлектрических актюаторов и технологии их изготовления, позволяющие автоматизировать технологические процессы производства, повысить надежность и срок эксплуатации изделий;

4. Обоснованы и разработаны методики определения характеристик и параметров многослойных пьезоэлектрических актюаторов в различных условиях и режимах эксплуатации: в температурном диапазоне от минус 60°С до +85°С и механическом воздействии: одиночный удар с ускорением до 150 м/с2.

Практическая значимость полученных в диссертации результатов заключается в том, что:

1. Предложенная в работе математическая модель и методы расчета позволяют определить параметры многослойного пьезоэлектрического актюатора, работающего на заданную нагрузку в статическом и динамическом режимах с погрешностью не более ±10—15%, что обеспечивает снижение трудоемкости в три раза, сокращению технологических потерь в два и более раза;

2. На основе разработанного пьезокерамического материала создана инновационная технология изготовления пьезоактюаторов с низкой температурой спекания, что дало возможность применить в качестве электродов сплав серебро-палладий при соответствующем снижении стоимости изделий практически в два раза по сравнению с традиционной высокотемпературной технологией на основе сплава платина-палладий;

3. Разработаны методики измерений параметров пьезоактюаторов в динамических условиях. Это позволило получить рациональные конструктивно-технологические решения для нового поколения многослойных пьезоэлектрических актюаторов, надёжно обеспечивающих определенный сегмент российского рынка.

Внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы внедрены:

- в производство ОАО «НИИ «Элпа» при выполнении опытно-конструкторских работ: «Разработка пьезокерамических многослойных преобразователей специального назначения», «Разработка технологии проектирования пьезокерамических устройств для микромеханических изделий»;

- в производстве НКТБ «Пьезоприбор» при создании многослойных конструкций чувствительных элементов датчиков преобразующей аппаратуры ракетно-космической техники (РКТ) освоена технология изготовления преобразователей на базе низкотемпературного пьезоматериала ЦТС-46. При этом использованы математические модели и методы расчета параметров многослойных пьезоэлектрических актюаторов, что позволило повысить надежность и долговечность чувствительных элементов датчиков, работающих в экстремальных условиях эксплуатации.

Выпуск многослойных пьезоэлектрических актюаторов осуществляется в ОАО «НИИ «Элпа», технология изготовления преобразователей на базе низкотемпературного пьезоматериала ЦТС-46 применяется в НКТБ «Пьезоприбор» с 2007 года, что подтверждается актами о внедрении и использовании результатов диссертации.

Апробация работы. Результаты исследований, составляющие содержание диссертации, докладывались на:

1. Международной научно-практической конференции «Фундаментальное материаловедение, пьезоэлектрическое приборостроение и нанотехнологиии» (Пьезотехника-2005) 23-26 августа 2005 года, г. Москва.

2. Международной научно-технической конференции «Датчики и системы-2005» 6-10 апреля 2005 года, г. Пенза.

3. Всероссийской научно-практической конференции «Датчики и системы 2006» 30-31 мая 2006г., г.Москва.

4. VI Международной научно-технической конференции «Инновационные процессы пьезоэлектрического приборостроения и нанотехнологий» 22-26 сентября 2008 года, г.Анапа.

Публикации. По теме диссертации опубликовано одиннадцать печатных работ, из них две работа в издании, включенном в Перечень научных и научно-технических изданий ВАК. Получен один патент на изобретение.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Математическая модель и результаты моделирования характеристик многослойных пьезоэлектрических актюаторов в статическом и динамическом режимах;

2. Результаты обоснования и разработки высокоэффективного пьезокерамического материала с низкой температурой спекания для инновационного технологического процесса изготовления многослойных пьезоэлектрических актюаторов;

3. Методики определения параметров многослойных пьезоэлектрических актюаторов в динамическом режиме работы с требуемой точностью;

4. Усовершенствованные и разработанные конструкции многослойных пьезоактюаторов и инновационные технологии их изготовления, обеспечивающие в производстве снижение трудоемкости в три раза, повышение качества продукции, надежности изделий и увеличение срока их эксплуатации в два раза.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, содержит 56 рисунков, 30 таблиц, списка литературы из 194 наименований и одного приложения. Полный объем диссертации составляет 216 страниц.

Результаты исследования динамических характеристик пьезоактюаторов образца №1 №2 №5 №7 №10 №11

Частота,Гц 50 100 50 100 50 100 50 100 50 100 50 100

Перемещение (U=50B)mkm 0,59 0,61 0,61 0,63 0,73 0,75 0,69 0,7 0,92 0,95 0,71 0,74

Перемещение (U=100B)mkm 1,18 1,2 1,23 1,27 1,45 1,48 1,38 1,48 1,88 1,96 1,4 1,42 0,32-5 0,1

0,031«

0*01

ШЗ& о > к о л

100

10 од.

1 .л щцл

1 г

Рисунок 4.10 - Частотные характеристики перемещений (1) и ускорений (2) пьезоактюатора типа II при напряжении 25 В

0,5*

0,1? г 3 йгг I

V •

- л

1 . * * г Ч., л \ у ■* о" 'С £ * •а А ао

58

Рисунок 4.11 — Частотные характеристики перемещений (1) и ускорений (2) пьезоактюатора типа II при напряжении 100 В

Перемещение пьезоактюаторов.

Перемещение (максимальный ход) - номинальное значение величины максимального хода измеряется, как правило, при номинальной температуре и при небольшой статической нагрузке (не более 10% от максимального значения).

В первом приближении при действии статического напряжения величина перемещения определяется выражением (4.9):

AL=d33nU, [м], (4.9)

1 О где: d33-пьезомодуль, [10" В/м]; п - количество слоев пьезоэлементов; U - напряжение, [В].

Средние статические значения параметров партии пьезоактюаторов (1015 шт.) I, II, III типов приведены в таблице 4.3.

Результаты исследований подтверждают, что в статическом режиме включения пьезоактюаторов их перемещение с погрешностью ±15% может быть рассчитано по формуле, приведенной выше.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения диссертационной работы разработана технология создания нового поколения актюаторов на основе многослойных пьезокерамических структур. При этом получены следующие научные результаты:

1. Создана математическая модель, разработанная с использованием МКЭ, разработаны методы математического моделирования по оценке параметров многослойных пьезоэлектрических актюаторов, работающих в статическом и динамическом режимах. Разработанная математическая модель и методы расчета позволяют с погрешностью ±10-15% определять параметры актюаторов;

2. Разработаны требования к пьезокерамическим материалам, предназначенным для изготовления многослойных пьезоэлектрических актюаторов. На их основе создан материал с низкой температурой спекания, защищенный патентом РФ; разработана и реализована технология изготовления многослойных пьезоэлементов с применением в качестве электродного материала сплава серебро-палладий для пьезоактюаторов типа III, что позволило снизить стоимость пьезоактюаторов в два раза;

3. Впервые разработаны и внедрены в производство методы испытаний многослойных пьезоэлектрических актюаторов в статическом и динамическом режимах работы, обеспечившие неразрушающий контроль качества пьезоактюаторов в процессе производства и эксплуатации, что снизило трудоемкость их изготовления в два раза;

4. Впервые разработаны на основе САПР и внедрены в производство принципы и методы автоматизации технологических процессов при опытном и мелкосерийном производстве многослойных пьезоэлектрических актюаторов, позволяющие снизить материалоемкость, уменьшить массогабаритные характеристики в пять раз, повысить надежность и увеличить срок эксплуатации пьезоактюаторов в два раза;

5. На основе результатов моделирования и испытаний определен перечень эксплуатационных параметров и надежностных характеристик пьезоактюаторов, которые рекомендуются использовать разработчикам на стадии проектирования различных систем и устройств, в том числе изделий двойного применения;

6. Реализация результатов исследований в области производства многослойных пьезоэлектрических актюаторов позволила получить экономический эффект, выраженный в снижении себестоимости изделий в два раза; технологический эффект - за счет снижения трудоемкости их изготовления в два раза и уменьшения материалоемкости в пять раз.

Научная значимость полученных результатов заключается в том, что

1. Разработаны математические модели и методы расчета многослойных пьезоэлектрических актюаторов, работающих в статическом и динамическом режимах, которые являются развитием ранее существовавших теорий создания актюаторов. Данные модели обеспечили анализ характеристик и оптимизацию конструктивных параметров пьезоактюаторов;

2. Обоснован и создан высокоэффективный пьезокерамический материал, который внедрен в инновационный технологический процесс изготовления многослойных пьезоэлектрических актюаторов, что позволило за счет снижения температуры спекания пьезокерамики на 250°С уменьшить трудоемкость их изготовления в два раза, материалоемкость и массогабаритные характеристики изделий в пять раз. Технические решения по способу получения пьезокерамического материала защищены патентом;

3. Разработаны и обоснованы в работе новые конструкции многослойных пьезоэлектрических актюаторов и технологии их изготовления, позволяющие автоматизировать технологические процессы производства, повысить надежность и срок эксплуатации изделий;

4. Обоснованы и разработаны методики определения характеристик и параметров многослойных пьезоэлектрических актюаторов в различных условиях и режимах эксплуатации: в температурном диапазоне от минус 60°С до +85°С и механическом воздействии: одиночный удар с ускорением до 150 м/с2.

Практическая значимость полученных в диссертации результатов заключается в том, что:

1. Предложенная в работе математическая модель и методы расчета позволяют определить параметры многослойного пьезоэлектрического актюатора, работающего на заданную нагрузку в статическом и динамическом режимах с погрешностью не более ±10-15%, что обеспечивает снижение трудоемкости в три раза, сокращению технологических потерь в два и более раза;

2. На основе разработанного пьезокерамического материала создана инновационная технология изготовления пьезоактюаторов с низкой температурой спекания, что дало возможность применить в качестве электродов сплав серебро-палладий при соответствующем снижении себестоимости изделий в два раза по сравнению с традиционной высокотемпературной технологией на основе сплава платина-палладий;

3. Разработаны методики измерений параметров пьезоактюаторов в динамических условиях. . Это позволило получить рациональные конструктивно-технологические решения для нового поколения многослойных пьезоэлектрических актюаторов, надёжно обеспечивающих определенный сегмент российского рынка.

Внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы внедрены в производство ОАО «ВОЙН «Элпа» при выполнении опытно-конструкторских работ: «Разработка пьезокерамических многослойных преобразователей специального назначения», «Разработка технологии проектирования пьезокерамических устройств для микромеханических изделий». Выпуск многослойных пьезоэлектрических актюаторов осуществляется в ОАО «НИИ «Элпа» с 2007 года, что подтверждается актами о внедрении и использовании результатов диссертации.

1. М Rossi Acoustic and Electroacoustic Artech House Norwood M A 1988

2. JP Nin A Rodriguer and L.M Casteeler Mucroelectromech System 11(2002) 196

3. С Huagh, Christophorov, К Nagati A Nagiub J Mucroelectromech System 11 (2002) 222

4. RA Johnson Mechanical Filters in Electronics. Wiley Interscienes, New York 1983

5. X Tan and JS Baras Proc. 41sf IEEE Conf Decision and Control 2002 p 866

6. E Melgora and Rodger. IEEE Trans Moyn 3 8 (2002) 953

7. S Miftal and С H Meng IEEE/ASME Trans Mechatron 5 (2002) 394

8. Ein Handbuch fur den Anwender mit Gundlagen Beispielen und Production. Katalog P2-36, «Physic Instrument GmbH & Co (1990)»

9. J.W. Waanders Piezoelectric Ceramics (Properties and Applications) Eindhoven-The Netherlands 4-91

10. Пьезоэлектрическая керамика принципы, применение Минск, ООО ФУ Аинформ, (2003)

11. Сафронов А.Я., Климашин В.М., Никифоров В.Г., Парфенов Б.Г., Ярошевич В.А. «Пьезокерамические пакеты и многоблочные пьезоактюаторы. Компоненты и технологии» №6, (2002), стр. 26-28

12. Jung-Hyuk Soon-Jeong, Mup-SuHa Jae-Sung Song «Lifetime and Reliability in Pb (Mg Nb)o3-Pb(ZrTi)o3 Multiluyes Ceramic Actuators» J Journal of Applied Physics V 43, N9A 2004 p 6212-6216

13. KHLee H Y Byun, HKLee, ijBu, E YONN 13th Annual International Conference on Micro Electro-Mechanical Systems MEMS 2000 IEEE Washington DS 142-147

14. G Vdovin and M Loktev Opt. Letl 27 (2002) 677

15. R Hickey, M Kujath and T Hublaid J.Vac Sei Technol A20 (2002). 971

16. QA Huand, NKLee «Analysis and desing of polysition ther mal flex ure actuator», j. Micromechanics and Microengineering 9 (1999), 64-70

17. В. Вардан, К. Витей, К. Джозе «ВЧ МЭМС и их применение» перевод с англ. Под ред. Ю.А. Заболотной. Техносфера Москва 2004, с. 526

18. С. Жуков «О пьезокерамике и перспективах ее применения» Компоненты и технологии №1 (2001) стр. 50-54

19. J Pritchad, CR Bowen and F Lowrie «Multilayer actuators: review». British Ceramic Transactions, V 100, №6 2001, S 1-920. «Система впрыска Control Raul с пьезоэлектрическими форсунками». Автостроение за рубежом №3 2007 стр. 1-4

20. CHRITOPH, JEHLE «STOMATIVE APPLICATIONS. PIEZO STACKS EPCOS COMPONENTS» Focus, October 4 (2002) S 47-53

21. В. Никифоров, В. Климашин, А. Сафронов «Биморфные пьезоэлектрические элементы: пьезоактюаторы и датчики» Компоненты и технологии. №4 2003 с. 46-48

22. В.А. Акопьян, А.Е. Панич, А.Н. Соловьев, Е.С. Лесных, С.Н. Швецов «Некоторые физико-механические проблемы пьезоэлектрических пьезоактюаторов и области их применения» Нано-и микросистемная техника №10 2006 с 35-40

23. Стандарт МЭК. Публикация 483. Руководство по динамическим методам измерения параметров резонаторов из пьезоэлектрической керамики с высокими коэффициентами электромеханических связей 1-е изд. Советской комиссии по участию в МЭК 1978

24. Американский стандарт по пьезоэлектричеству ANSI/IEEE-/761 1987 ост 110.444-87 Материалы пьезокерамические. Технические условия 01.01.88 группа Э10

25. Европейский стандарт EN ' 50 324-1 2002, EN 50 324-2 2002, EN50 324-3 2002

26. Международный стандарт CEIIEC 60122.1

27. Международный стандарт IEC 60483 и IES 60302

28. ГОСТ 12370-80 Материалы пьезокерамические. Методы испытаний М. 1989

29. Физическая акустика. Методы и приборы ультразвуковых исследований, том I часть А под редакцией У Мезона. Перевод с англ. Под редакцией Л.Д. Розенберга из-ва Мир М. 1966 с 592

30. Яффе Б., Кук У., Яффе Г. «Пьезоэлектрическая керамика» М Мир 1974 с. 288

31. Lines М Е, Glass А М. Principles and applications of ferroelectrics and related materials Oxford, Oxford Universifety Press 1977 pi89

32. Справочник «Пьезокерамические преобразователи: методы измерения и расчета параметров» под редакцией С.И. Пугачева Ленинград Судостроение 1984 с. 256

33. Г.А. Смоленский, В.А. Боков, В.А. Исупов и др. «Физика сегнетоэлектрических явлений» Л Науки 1985

34. Данцигер А.Я., Разумовская О.Н., Резниченко Л.А. и др. Справочник «Высокоэффективные пьезокерамические материалы». Ростов на Дону издательство АО Книга 1994

35. В.П. Сихненко, Н.В. Дергунова, Л.А. Резниченко «Энергетическая кристаллохимия твердых растворов соединений кислородно-октаэдрического типа и моделирования пьезокерамических материалов» Ростов-на-Дону изд-во РГПУ 1999, 322 с

36. Пьезокерамическое приборостроение том I Физика сегнетоэлектрической керамики под редакцией дтн проф. A.B. Гориша Изд-во журнала радиотехника. М 1999

37. Пьезоэлектрическое приборостроение том II Электрическая проводимость и позитронный эффект в оксидах семейства перовсила под редакцией дтн проф. А.Е. Панича изд-во СКНУ ВШ Ростов-на-Дону 2002

38. Многокомпонентные системы сегнетоэлектрических сложных оксидов: физика, кристаллохимия, технология. Аспекты дизайна пьезоэлектрических материалов том 1 и 2. Изд-во МП Книга Ростов-на-Дону 2001г.

39. А.Н. Рыбянец, В.П. Сахненко «Современное состояние и перспективы развития пьезоэлектрической керамики за рубежом». Микросистемная техника №3 2002 с 16-22

40. JI.A. Резниченко, B.JI. Сахненко «Сегнетопьезоэлектрические материалы: ретроспектива, современность, прогнозы». Сборник трудов международной научно и практической конференции Пьезотехника 2005 23-26 августа 2005г. Ростов-на-Дону Азов Россия с 160-164

41. А.Н. Рыбянец, В.П. Сахненко «Развитие областей применения сегнето-пьезоэлктриков». Сборник трудов Международной научно-практической конференции Пьезотехника 2005 23-26 августа 2005г. Ростов-на-Дону Азов Россия с 174-187.

42. Панич А.Е., Еремкин В.В., Смотраков В.Г., Мошин JI.B. «Электрострикционные материалы для сервопреобразователей перемещения» Сборник трудов Всероссийского научно-практической конференции Датчики систем 2006 30-31 мая 2006 Москва с 381-383.

43. D Sahoo, VA Jaleel and PK Panda «Preparation of PZT powders by Wet-Chemical Method, Fabrication and Technology Demonstration of A Multi-Layered Stacs/actuators». Materials Science and Engineering В126 (2006) 80-85.

44. И.А. Глозман Пьезокерамические материалы в электронной технике М Энергия 1965 192с.

45. И.А. Глозман Пьезокерамика М Энергия 1972 288с.

46. К. Окаузаки «Технология керамических диэлектриков». Перевод с японского Б. Огачихина, Л.Р. Зайонца Энергия М 1976 336с

47. Б.А.Ротенберг Керамические конденсаторные диэлектрики Изд-во ОАО НИИ Гириконд Санкт-Петербург 2000, 246с

48. Сайт компании Physik instrument GmbH http://www.physikinstrumentceramic.com.

49. Сайт компании Piesomechanic GmbH http://www.piesomechanic.com.

50. Сайт компании Morgan Electro Ceramics http://www.morganelectroceramics.com.

51. Сайт компании Pieso Kinetic Inc http://www. piesokinetics.com.

52. Сайт компании TRS Ceramics http://www. trsceramics.com.

53. Сайт компании Ferroperm http://www. ferropermpiezo.com.

54. Сайт компании Pieso Systems Inc http://www. piesosystems.com.

55. Сайт компании Dyna Optic Motion http://www. thomasregigister.com.

56. Сайт компании APC Inter Ltd http://www. americanpieso.com.

57. Сайт компании MEGACERA http://www. megacera.com.

58. Сайт компании Ceram Tec AG http://www. ceramtec.com.

59. Сайт компании NEC/TOKIN http://www. nec-toki.com.

60. Сайт компании Noliac http://www. noliac.com.

61. Сайт компании ОАО Элпа http://www. elpapiezo.com.

62. Vchino К Piezoelectric actuator and ultrasonic motors-Boston. Kluwer Acdd Publ, 1997 347p

63. В Andersen, С E Milar «Performanse of multilayer actuators based on piezoelectric and electrostrictive materials». Proc. Actuator 94 June 15-17 Bremen p 167-170 1994.

64. В Andersen E Ringgard «The effect of ceramic microstructure on the properties and durability of multilayer actuators». Sensor 95, 7th Intern Exhibition with Congress for Sensor, Transducers Systems May 9-11 1995 Nurberg, Germany

65. В Andersen «Properties and performance of multilayer actuators for dynamic applications».

66. В Andersen E Ringgard L S Nielsen «Static and dynamic performance of stacked multilayer actuators based on hard and soft PZT» Сайт компании Ferroperm http://www.ferropermpiero.com.

67. В Andersen F Jensen S Ouchouche «Reliability of piezoelectric actuators at extreme operating conditions» Сайт компании Noliac http://www. noliac.com.

68. W Wersing M Sehnoller and H Wahl. «Monolithic multilayer piezoelectric ceramics».Ferroelectrics 68 1986 pl45-156.

69. W Wersing M Sehnoller and H Wahl «PZT-Gased multilayer piezoelectric ceramics with Ag-Pd Inernal Electrode». Siemens AG Cor.Technology (1988), p271-294.

70. К Libitz, L Schuh, T Steinkopf and A Wilff «Properties and reliability of large PZT multilayer sack actuators». In Proceedeny actuator 2000 7th International conference on new actuators, ed H Borgmann. Messe Bremen Gmbh Bremen, 2000, p. 58-61.

71. M Laurent, H Bodinger, T Steinkopff, К Lubitz, С Schuh, S Wagner, M Y Haff, H Murmann-Biesenecker, A Y Schmid «Influence of ceramic layer thicknesson the properties of piezoelectric multilayer actuators» Siemens AG Cor.Technology

72. К Lubitz, С Schuh, T Steinkopff and Wolff «Materials aspects for reliability and life time of PZT multilayer actuators» Siemens AG Corporate Technology, ed N Setter(EDFL,2002,183).

73. В Zickgraf, CA Sehneider, F Aedinger «Fatigue Behavior of multilayer piezooelectric actuators» CH 3416-5 0-7803-1847-1/95 1995 IEEE 325-328 Proc 9th IEEE Int Symp on Applications of Ferroelectric 325-328 1994 Piscataway NJ IEEE.

74. A Schonecker, H-Y Gesemann, L Seffner «Low-sintering PZT-ceramics for advavced actuators». 0-7803-3355-1/96 1996 IEEE 263-266.

75. P Pertsh, M-Y Pan, V R Vedula, S Yoshi-Kawa, S-E Park and TR Shrout «Characteristics of Electromechanical Solid State multilayer actuators» 0-7803-49598/98 1998 IEEE, 571-576.

76. Takaoshi Hayashi, Tomoguki Hasagawa, Jon Tomuzawa and Yoshikazu Akiyama: Jpn, J.Apple Phys, Voc 41 (2003) PP 6074-6080, part 1, No 98.

77. Cheol-Woo Ahm, Sr Yooh, Sahn Nahm u.a. Jpn J. Apple, Phus, Vol 42 (2003) PP 5676-5680, part 1, No 9A, September 2003.

78. Jung-Hyuk Koh, Soon-Jong Jeonc, Mun-Su Ha and Jal-Suny SONG «Lifetime and reliability in Pb(Mg, Nb) 03 Pb(Zr Ti) 03 multilayer ceramic actuators» Japanes Journal applied physics vob 43, no 9A, 2004 6212-6216.

79. A Furuta, К Uchino «Dinamic observation of crack propagation in piezoelectrics multilayer actuators» J Am. Ceram. Sos 7b №6 1993 pi615-1617.

80. К Nagata «Lifetime of multilayer actuators». Proc 49th Solid Stafe actuators study commitee» JITAS Tokyo 1995.

81. Hideaki Aburattani and Kenji Uchino, Artushi Furutuand Yoshiaki «Destruction mechanism and destruction technique for multilayer ceramic actuators» CH 3416-5 0 7803-1847-1/95 1995 IEEE Proc 9th Int Symp Appl Ferrocletrics p 750 1995.

82. Kuyi Uchino «Reliability of ceramic actuators» CH 3416 -5 0 7803-335-1/96 1996 IEEE 763 -766.

83. К Uchino «Atsushi Furuta Destruction mechanism multilayer actuators» CH 0380-07803-0465 9/9 2000 FEEE 195-198.

84. Дж.У Хари «Новая техника управления световым пучком» ТИИЭР том 6в №6 июнь 1978 г., с 31-85.

85. Адаптивная оптика. Сб.статей перевод с англ. Из-во Мир Москва 1980г. с 294.

86. Maaswinke «Aproject imade stabilization and the 2,2 m telescop». The Messenger Vob 1987r.

87. С.Г. Гаранин, С.В.Григорович, С.М.Колтыгин и др. «Деформируемое зеркало на основе пьезоэлектрических приводов для адаптивной системы установки «Искра-6»». Квантовая электроника 36, №3 2006 г.,с 12-21.

88. В.Г.Тараненко, О.И.Шанин «Адаптивная оптика в приборах и устройствах». М. ФГУП ЦНИИатоминформ, 2005 г., с 416.

89. ОКБ СОЛТО h ttp:// www. COLTO. RU

90. И.И.Адрианов, В.Р.Заславская, В.А.Смирнов. С.Г.Тактаров, Н.Ф.Гемкин «Пьезокерамические модуляторы света». ОМП №10 1982, с 30-31.

91. В.К.Казаков, В.Г.Никифоров, А.Я.Сафронов, В.А.Чернов «Пьезоактюаторы для оптических затворов и методы измерения их характеристик». Нано и микросистемная техника. №10, 2007 г., с. 52-55.

92. В.Г. Никифоров. «Пьезокерамические пьезоактюаторы». Материалы конференции VI Международного Форума «Высокие технологии XXI века». 18-22 апреля 2005 г., г. Москва, с 52-53.

93. В.К. Казаков, В.М. Климашин, В.Г. Никифоров, А.Я. Сафронов, В.А. Чернов «Многослойные пьезоэлектрические пьезоактюаторы и особенности их применения». Компоненты и технологии. №6, 2007, с 62-65.

94. С.М. Афонин, П.С. Афонин «Статические и динамические характеристики пьезокерамических пьезоактюаторов нано-микроперемещений». Датчики и системы №3 2008 ., с 24-27.

95. А. Самарин «Миниатюрные линейные пьезоэлектрические двигатели». Компоненты и технологии №10 2006 г., с 36-41.

96. Марк Мерфи, Мел Конвей, Гэри Кекий. Перевод Д. Иоффе Приводы для фокусировки объектива в камерах модулях высокого разрешения. Компоненты и технологии. №3 2007 г., с 147-150.

97. Haroed В. «Emerging smart materials systems: opportumites for ceramics» American Ceramics Sociefi Bulletin Vol 75 №4 aprol 1996 (16 /ОЕ Reports FEBRUARY 1998).

98. В.Г. Елезов, B.M. Климашин, А.Я. Сафронов, А.Г. Чистяков «Динамические испытания пьезоэлектрических вибровозбудителей с повышенной эффективностью. Труды 5 Международной конференции по проблемам колебаний» 8-10 октября 2001г. Москва с 211-214.

99. Piezoelectric material in devices Ed.N.Setter swiss institute of technology. Lausanne 1015, Switzerland, 2002

100. Сайт фирмы KYOCERA http://www.kyocera.com

101. Сайт фирмы DELPHI http://www.delphi.com

102. Brian S. MacLachlan, Niell Elvin, Carl Blaurock, N. Sared Kugan «Piezoelectric valve actuator for flexible diesel operation» сайт фирмы Mide Technology Corporation http://www.mide.com

103. А.Я. Сафронов, В.М. Климашин, Б.Г. Парфенов, И.Н. Филатов «Акустоэлектронные устройства в современных и будущих автомобилях» Электронная промышленность №4 2004 с 169-177

104. Шульга H.A., Болкисев A.M. Колебания пьезоэлектрических тел. Киев: Наук, думка, 1990. 228 с.

105. Мельник В.Н., Москальков М.Н. О связанных электроупругих нестационарных колебаниях пьезоэлектрического цилиндра с радиальной поляризацией // ЖВМ и МФ.1988.Т.28, No.l 1.С. 1755-1756

106. Москальков М.Н. Исследование разностной схемы решения задачи излучения звука цилиндрическим пьезовибратором // Дифференни. уравнения. 1986.T.22,No.7.C. 1220-1226.

107. Ватульян А.О., Кубликов B.JI. О граничных интегральных уравнениях в электроупругости // ПММ.1989.Т.53, No.6.C.1037-1041.

108. Ватульян А.О., Кубликов B.JI. Метод граничных элементов в электроупругости // Механика деформируемых тел. Межвуз.об.науч.тр./ДГТУ, Ростов-на-Дону. 1994.С. 17-21.

109. Ватульян А.О., Кирютенко А.Ю., Наседкин A.B. О формулировке граничных интегральных уравнений связанной термоэлектроупругости // Интегродифференциальные операторы и их приложения. Межвуз.сб.науч.трудов / ДГТУ, Ростов-на-Дону. 1996.С. 19-25.

110. Докучаев С.А., Наседкин A.B. Реализация МГЭ в нестационарных задачах электроупругости для среды класса бтт // Современные проблемы механики сплошной среды. Тр.Ш Межд.конф. Ростов н/Д, 7-9 окт. 1997. Ростов н/Д: МП «Книга», 1997.Т.1.С.111-115.

111. Mansur W.J., Brebbia С.A. Further developments on the solution of the transient scalar wave equation, Ch.4/ Topics in boundary element research (Ed. Brebbia C.A.). V.2.Berlin:Springer-Verlag, 1985.P.87-123.

112. ATILA. Finite-element code for piezoelectric and magnetostrk transducer and actuator modeling. V.5.1.1.User's Manual./Lille (France): ISEN 1997

113. Landes H., Kaltenbacher M., Lerch R. CAPA Users manual./ Department of sensor technology, Friedrich-Alexander-University of Erlanger-Nuremberg, 2000, http://www.lse.unierlanger.de/CAPA/

114. Lerch R., Landes H. CAPA Users manual./ Institute of Measurement Technology, University of Linz, A-4040 Austria. 1997.

115. PZFlex, Explicit time domain, piezoelectric, finite element code. Weidlinger Associates Inc., Los Altos, CA.

116. Wojcik G.L., Vaughan D.K., Abbond N., Mould J. Electromechanical modeling using explicit time-domain finite elements//Proc. IEEE Ultrasonics Symp. 1993.V.2.P.1107-1112.

117. Dokmeci M.G. Vibration of piezoelectric crystals// Int.J.Eng.Sci.l980. V. 18.No.3A.P.431 -448.

118. Балабаев C.M., Ивин H.B. Анализ пьезопреобразователей комбинированным методом конечных и граничных элементов // Акуст.журн. 1996.Т.42, No 2.С.172-178.

119. Болкисев A.M., Шульга Н.А. Конечно-элементный анализ деформированного состояния пьезоэлектрического двигателя// Прикл.механика. 1993 .Т.29, No.8.C.69-72.

120. Кажис Р.-И.Ю., Мажейка Л.Ю. Анализ нестационарного режима пьезопреобразователей методом конечных элементов // Акуст.журн. 1987. Т.ЗЗ, No 5.С.895-902.

121. Ковалев С.П., Гордиенко И.Е., Писаренко Г.Г., Чушко В.М. О построении численного решения задач электроупругости // Пробл.прочности. 1979. № 8. С.90-92.

122. Шинкаренко Г.А. Проекционно-сеточные аппроксимации для вариационных задач пироэлектричества. II. Дискретизация и разрешимость нестационарных задач // Дифференц.уравнения. 1994.T.30.NO.2.C.317-326.

123. Ерофеев С.А., Арофеев А.А. Интеллектуальное конечно-элементное моделирование и расчет элементов и устройств функционирования электроники в среде Feapiezo-2// Tp.IV Межд.симп.

124. Allik Н., Webman К.М., Hunt J.T. Vibration response of transducers using piezoelectric finite elements/ 7 J.Acoust.Soc JI. 1974. V.56, No. 6. P. 1782-1791.

125. Boucher D., Lager M., Maerfeld C. Computation of the vibat, modes for piezoelectric array transducers using a mixed finite perturbation method // . IEEE Trans. Sonics Ultrasonics. 1981. No. 5.P.318-330.

126. Challande P. Optimizing ultrasonic transducers based on the finite element method // IEEE Trans. Ultrason. Ferroelec. Freq. Contr. 1990.V.37, No.2.P.-135-140.

127. Cowdrey D.R., Willis J.R. Application of the finite element method to the vibrations of quartz plate//J.Acoust.Soc.Amer. 1974.V.56,No. l.P.94-98.

128. Kagawa Y. Finite element simulation of transient heat response in ultrasonic transducers// IEEE Trans. Sonics Ultrasonics. 1992.V.SU-39, No.3.P.432-440.

129. Lerch R. Exact computer modeling: a tool for the design of imaging transducers//Acoustic.Imaging. 1992.V. 19.P.175-186.

130. Naillon M., Coursant R.H., Beamier F. Analysis' of piezoelectric structures by a finite element method//Acta Electrónica. 1983.V.25,No.4.P.341-362.

131. Abboud N.N., Wojcik G.L., Vaughan D.K., Mould J., Finite element modeling for ultrasonic transducers/PIE Int. Symp.Medical Imaging. 1998.

132. Акопов О.Н., Белоконь А.В., Надолин К.А., Наседкин А.В. О конечно-элементном моделировании работы пьезоэлектричеких устройств.!!.

133. Особенности матричных задач//Современные проблемы механики сплошной среды. Tp.III Межд.конф.Ростов н/Д, 7-9 окт. 1997. Ростов н/Д: МП «Книга», 1997.Т. 1.С. 16-20.

134. Наседкин A.B., Скалиух A.C., Соловьев А.Н. Пакет ACELAN и конечно-элементное моделирование гидроакустических пьезопреобразователей//Известия ВУЗов. Северо-Кавказкий регион. 2001 .Спецвыпуск.Математическое моделирование.С.122-125.

135. Белоконь A.B., Наседкин A.B. Моделирование пьезоизлучателей ультразвуковых волн с использованием программного комплекса

136. ANSYSZ/Известия ТРТУ. Тематич.вып. Медицинские информационные системы. «Материалы научн.-техн.конф. «Медицинские информационные системы-МИС-98».Таганрог:ТРТУ, 1998.No.4(10).C.147-150.

137. Наседкин A.B. О практической реализации некоторых этапов пьезоэлектрического анализа на ANSYS// Сб.тр. I конф. пользователей программного обеспечения CAD-FEM GmbH (Москва, 25-26 апр.2001г.)/Под ред. A.C. Шадского.М.:изд-во «Барс», 2002.С.427-433.

138. Yong Y.K. Analysis of periodic structures for BAW and SAW resonators//Pfoc.IEEE Ultrasonics Symp.2001.P.781-790.

139. Lan J., Simoneau M.J., Jeffers R.K., Boucher S.G. A compare finite element model//Proc.IEEE Ultrasonics Symp.l994.P.999-1003.

140. Lan J., Boucher S.G. Improvement in accuracy of finite modving tor ultrasonic transducers//Proc IEEE Ultrasonics Symp.l993.P.1051-1055.

141. Bozkuri A., Degertekin F.L., At alar A., Khuri-Yakub B.T.-Analitic modeling og loss and cross-coupling in capacitive micromachined transducers//Proc.IEEE Ultrasonics Symp. 1998.P. 1025-1023.

142. Eccardt P.-C, Landes H., Lerch R. Finite element simulation of acoustic wave propagation within flowing media// Proc. IEEE Ultrasonics Symp.l996.P.991-994.

143. Eccardt P.-C, Landes H., Lerch R. Boundary element simulation for acoustic wave propagation in media with nonuniform flow //Proc.IEEE Ultrasonics Symp. 1997.P.593-596.

144. Lin Y., Dodson J.M., Hamilton J.D., Kluiwsira J.-U., Cain C., Grosh K. Theory and experiment for the design of piezoelectric element to:phased arrays// Proc.IEEE Ultrasonics Symp. 1997.P. 1697-1700.

145. Ekinci A.S., Atalar A. A circuit theoretical method for efficient finite element analysis of acoustical problems//Proc.IEEE Ultrasonics Symp.l998.P.1251-1254.

146. Heikkola E., Martikainen J. Domain decomposition techniques for the finite element simulation of ultrasonic transducers//Proc IEEE Ultrasonics Symp.200 l.P.969-972.

147. Stewart J.T. Finite element modeling of resonant micromelectromechanical structures for sensing applications//Proc IEEE Ultrasonics Symp.l994.P.643-646.

148. Stewart J.T. Geometricaly non-linear finite element modeling of resonant micromelectromechanical structures subjects to electrostatic loading // Proc IEEE Ultrasonics Symp. 1995.P.511-514.

149. Yokoyama H., Wakatsuki N., Kudo S., Piezoelectric servo-actuator of LiNbOs with an Integrated sensor// Proc IEEE Ultrasonics Symp. 1998.P.551-554.

150. Pergin G., Levin L., Khuri-Yakub B.T. Piezoelectrically actuared transducer and droplet ejector// Proc IEEE Ultrasonics Symp. 1996.P.913-916.

151. Pergin G., Khuri-Yakub B.T. Micromachined 2-D array piezoelectrically actuared flextensional transdused// Proc IEEE Ultrasonics Symp.l997.P.959-962.

152. Bayram B., YaraUoglu G.G., Ergin A.S., Khuri-Yakub B.T. Influx the electrode size and location on the performance of a CMUT:// Proc IEEE Ultrasonics Symp.2001 .P.949-952.

153. Estanbouli Y., Hayward G., Barbenel J.C. A theoretical investigation of ultrasonic transduser design for measurement of skin// Proc IEEE Ultrasonics Symp.2002.P. 1277-1280.

154. Adamowski J.C., Matuda M.Y., Buiochi F., Furukawa C.M.,R.A. Combination of analytical and finite element methods tool acoustic fields in complex structures driven by piezoelectric multisystem transducers// Proc IEEE Ultrasonics Symp.l997.P.955-958.

155. Adachi K., Hasegava H. Development of a bolt-clamped Langeven-type transducer for operation at a high frequency of 80 kHz // Proc IEEE Ultrasonics Symp.2001.P.661-664.

156. Cherek B., Kielec D. Optimization of a sandwich driver structure using finite element analysis// Proc IEEE Ultrasonics Symp.l998.P.1011-1014.

157. Piranda B., Steichen W., Ballandras S. Model updating applied to ultrasound piezoelectric transducers// Proc IEEE Ultrasonics Symp.l998.P. 1057-1060.

158. Sheljaskow T., Ramachandran A.R., Palczewska G., Cha F. Technique for accurate determination of tensor properties of materials used in medical transducers// Proc IEEE Ultrasonics Symp.2000.P. 1077-1080.

159. Le Letty R., Claeyssen F., Gonnard P., Hamonic B. Combined finite elementnormal mode expansion methods for ultrasonic motor modeling// Proc IEEE Ultrasonics Symp.l994.P.531-534.

160. Barzegar A., Damjanovic D., Setter N., Study of size (aspect ratio) on longittudial piezoelectric coefficient measured by quasistatic tech.// Proc IEEE Ultrasonics Symp.2002.P.l 185-1186.

161. Nader G., Silva E.C.N., Adamowski J.C. Characterization of novel flextensional transducers designed dy using tipology optimization method// Proc IEEE Ultrasonics Symp.2001.P.981-984.

162. Schmitt D., Weber P.K., Pelinescu I., Park S.-E. Optimized Flextensional transducers for an implantable hearing aid// Proc IEEE Ultrasonics Symp.2002.P.l 273-1276.

163. Kang K., Roh Y. Optimal design of a fiextensional transducer considering all the cross-coupled effects of its structural variables // Proc IEEE Ultrasonics Symp.2002.P.711-714.

164. РГОС. IRE 1961 v49pl 161-1169.

165. Takaoshi Hayashi, Tomoguki Hasegawa, Ion Tomuzawa and Yoshikazu Akiyama: Jpn J. Appe Phys, Voc 42 (2003) PP 6074 6080, part 1, No 98.

166. Гринева Л.Д., Фесенко Е.Г. Классификация модификаторов системы титанат-цирконат свинца.Сб. «Кристаллизация и свойства кристаллов», Новочеркасск, 1974г., стр.99-107.

167. Сегнетоэлектрические составы на основе твердых растворов. Clevite Corporation, Pat J/B№81870 CI Co48.

168. Мирошников П.В., Сегала А.Г., Сафронов А.Я., Никифоров В.Г., Чернов В.А. Патент №2288902 «Пьезокерамический материал» -RU 2.288902С1, опубликован 12.12.2006г. Бюллетень №34.

169. Васюлабинский Ю.М., Медведев К.Е. «Термоупругие напряжения в радиодеталях, используемых в приборостроении». Изв. ВУЗов Приборостроение 1962 т.5, №6 стр. 101-103.

170. Васюлабинский Ю.М. «Механизм пробоя хрупких диэлектриков на высоких и сверхвысоких частотах» ДАН СССР 1962, том 144 №6 стр.1985-1988.

171. Дахия М.С., Закревский В.А., Слуцкер И.А. «Механизмы, контролирующие кинетику электрического разрушения керамики в широкой области температуры» ФММ 1987 т.29 №12 стр. 3614-3619.

172. Кулик Б.А. Конструирование монолитных конденсаторов с высокой электрической прочностью. Электронная техника. Радиодетали и радиокомпоненты 1985 вып.4(61) стр. 14-20.

173. Разузял JI. «Технология герметизации элементов РЭА» Пер. с польского/под ред. Волкова В.А., М. Радио и связь 1981, стр. 304с.

174. Горбушев Н.И., Шиханов Л.Н. «Состояние и перспективы работ в области создания полимерных влагозапустных композитов для конденсаторостроения». Электронная техника. Сер.Радиодетали и радиокомпоненты 1991 вып. 1(82) стр. 3-6.

175. Stucki FF dfal Measurmnt of stresses in encapsulated electronic modules -IEEE Transation on parts, maferials and packaging 1965 №1 p 178.

176. Афонин С.М.«Исследование и расчет статических и динамических характеристик пьезоактюаторов нано и микро перемещений». Нано и микросистемная техника. №3. 2008. стр34-41.

177. Каталог фирмы Physic Instrument (PI) №118 0509 2005 «De signig with Pi-croelectric Trans ducers Nanopostioning Fundamentals».

178. А.Е.Панич, С.Н.Жуков «Пьезокерамические пьезоактюаторы», под редакцией д.т.н., профессора А.Е.Панича, серия Пьезоэлектрическое приборостроение, том 4, Ростов-на-Дону, 2008 год.