超声电机压电陶瓷与铜质定子弹性体钎焊工艺研究

发布时间：2017-12-26 08:07

  本文关键词：超声电机压电陶瓷与铜质定子弹性体钎焊工艺研究　出处：《南京航空航天大学》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：超声电机制造过程中的关键之一是定子一体化连接技术。目前国内外主要采用有机胶粘剂连接,但胶粘工艺存在选胶困难、固化要求高、性能不稳定、不易机械化生产,以及胶接层易老化等诸多不足。因此,研究开发新的连接工艺将成为促进超声电机发展的重要方向之一。本文采用软钎焊的工艺方法,实现了超声电机压电陶瓷与铜质定子弹性体的钎焊连接。通过对Sn-40Pb、Sn-3.5Ag以及Sn-52In钎料钎焊定子进行振动有限元分析,并对三种钎料与几种钎剂匹配的回流焊工艺进行深入研究,确定了适合超声电机压电陶瓷与铜质定子弹性体软钎焊的钎料、钎剂以及最佳工艺参数。首先,通过对钎焊定子进行振动有限元分析得出,三种钎焊定子都能按预期设计得到B09模态,且分别在39.41 kHz、39.77 kHz以及39.32 kHz的激励频率下达到最大幅值;在80 Vpp的定频电压激励下,最大幅值依次为2.79μm、2.79μm和3.30μm,均能满足超声电机对定子振动性能的要求。由于连接层间隙与边缘的夹角部位存在应力集中,导致三种钎焊定子连接层的最大面内剪切应力都出现在夹角部位,分别为2.07 MPa、3.04 MPa和2.91 MPa,均小于超声电机所要求的连接层最低抗剪强度。之后,采用三种钎料分别进行回流焊,确定了各自对应的最佳工艺参数,并研究了峰值温度、回流时间以及钎焊压力对定子振动性能的影响。结果表明,适用于Sn-3.5Ag钎料回流焊的最佳工艺参数为峰值温度250℃、回流时间60 s、钎焊压力180 N,钎焊定子的振幅可达2.0μm,且两相驻波频率一致性好,振型无畸变,基本满足超声电机对定子振动性能的要求;适用于Sn-52In钎料回流焊的最佳工艺参数为峰值温度140℃、回流时间115 s、钎焊压力100 N,钎焊定子的振幅高达2.5μm,且两相驻波频率一致性好,振型无畸变,完全满足超声电机对定子振动性能的要求;Sn-40Pb钎料钎焊定子的振动性能较差,未能达到基本要求。此外,对几种匹配钎剂的钎焊性能、腐蚀性的研究表明,松香类有机钎剂具有残渣腐蚀性小、黏度适中、助焊效果好以及使用方便等优点,是最佳的选择。对Sn-52In钎料钎焊定子的相关性能进行进一步地研究发现,PZT8压电陶瓷的压电常数d33在钎焊加热前后没有发生明显变化,钎焊工艺不会影响压电陶瓷的压电性能;对Sn-52In钎料钎焊接头进行剪切试验,断裂出现在钎料与铜基板的结合面,钎焊层的抗剪强度达到6.9 MPa,满足超声电机定子对连接层力学性能的要求;将Sn-52In钎料钎焊定子装配成超声电机,其堵转力矩和空载转速分别为0.7 N·m和120 r/min,基本满足超声电机对机械特性的要求。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG454;TM359.9

【参考文献】

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本文编号：1336478