Диссертация (1091101)
Текст из файла
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение«Научно-исследовательский институт перспективных материалов итехнологий»На правах рукописиМАТВЕЕВ Егор ВладимировичРАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ПЬЕЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ДЛЯУСТРОЙСТВ ПРЕЦИЗИОННОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯВ ОБОРУДОВАНИИ И ПРИБОРАХ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИСпециальность: 05.27.06 – Технология и оборудование для производстваполупроводников, материалов и приборов электронной техники.(технические науки)Диссертация на соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководитель:кандидат технических наук,доцент, Виноградов А.Н.Москва 20162ОглавлениеВведение...........................................................................................................................4Глава 1. Аналитический обзор литературных данных по исследованию пьезопреобразователей в оборудовании и приборах электронной техники.....................131.1.
Физические основы пьезоэффекта........................................................................131.2. Пьезоприводы в оборудовании и приборах электронной техники....................241.2.1. Пьезоприводы систем микроперемещений.......................................................271.2.2. Пьезоклапаны и натекатели................................................................................311.2.3. Пьезогироскопы...................................................................................................371.2.4. Пьезосканеры.......................................................................................................431.2.5. Микронасосы.......................................................................................................521.2.6. Пьезокорректоры ................................................................................................571.3.
Перспективные направления развития пьезоустройств....................................59Глава 2. Методики расчета многослойных пьезопреобразователей с переменнойжесткостью.....................................................................................................................602.1. Методика расчета прямоугольных пьезопреобразователей...............................622.2. Методика расчета дисковых пьезопреобразователей.........................................642.3.
Методика расчета трубчатых пьезопреобразователей........................................662.4. Тестирование разработанных методик.................................................................692.4.1. Тестовый расчет дискового пьезопривода........................................................692.4.2. Тестовый расчет прямоугольного пьезопривода..............................................722.4.3. Тестовый расчет трубчатого пьезопривода......................................................75Глава 3. Практические приложения методик расчета многослойных пьезопреобразователей...........................................................................................................793.1. Разработка и исследование прямоугольных пьезоприводов..............................793.2.
Исследования балочных пьезорезонаторов вибрационных гироскопов……...863.3. Исследование планарных пьезорезонаторов вибрационных гироскопов…….9533.3.1. Методика определения выходного сигнала чувствительных элементов пьезогироскопов..................................................................................................................963.3.2. Мембранный пьезорезонатор с инерционной массой......................................973.3.3. Ш-образный пьезорезонатор............................................................................1023.3.4.
Т-образный планарный кварцевый пьезорезонатор.......................................1043.3.5. Крестообразный пьезорезонатор......................................................................1053.3.6. Пьезорезонатор в форме песочных часов.......................................................1083.4. Разработка и исследование трубчатых пьезоприводов сканирующих зондовыхмикроскопов.................................................................................................................1103.4.1 Численное моделирование трубчатого пьезопривода....................................1123.4.2.
Аналитическое моделирование трубчатого пьезопривода............................1153.5. Разработка и исследование перистальтических микропьезонасосов…..........121Глава 4. Разработка и исследование по приведенным методикам многослойныхпьезоприводов для устройств термокомпенсации оптических резонаторов........1374.1. Разработка и исследование дисковых пьезокорректоров оптических интерферометров.......................................................................................................................1374.2.
Моделирование соединения оптическим контактом пьезозеркала и корпусаоптического резонатора..............................................................................................1414.3. Компенсация тепловых деформаций ситаллового диска с многослойным покрытием с помощью пьезокольца..............................................................................156Основные выводы и результаты................................................................................164Условные сокращения и обозначения.......................................................................167Список литературы......................................................................................................168Приложения..................................................................................................................1794ВведениеИспользование современных вычислительных средств для проектированияи расчета оборудования и изделий электронной техники является одной из наиболее острых и актуальных тем современной российской науки и технологии.
Этосвязано с резко возросшими требованиями к точности, прочности и надежностиконструкций и оборудования электронной техники, в частности, для производствамикро- и нанотехнологических изделий. В настоящей работе представлены результаты исследований, которые подтверждают целесообразность использованиясовременных методов математического моделирования, в частности метода конечных элементов, для решения актуальных практических задач, связанных с расчетом многослойных пьезопреобразователей.
В ходе исследований также разработаны практические методики расчета ряда конструкций электронной техники,проверенные различными методами – от аналитических до натурных экспериментов. Область исследований в основном ограничена исследованием механическихсвойств (напряженно-деформированного состояния) пьезоэлектрических и оптических узлов и приборов с учетом различных воздействий.Расширение областей нанотехнологических исследований требует непрерывного расширения номенклатуры высокоточных устройств, работающих вусловиях вакуума и используемых для перемещения, прецизионного позиционирования, а также для выполнения технологических операций микро- и наноэлектроники.
К данным устройствам предъявляются, помимо высоких функциональных характеристик, высокие требования к чистоте технологической среды и малому износу.Большинством этих качеств обладают пьезоэлектрические преобразователи(ПП), принцип действия которых основан на явлениях прямого и обратного пьезоэффектов. Большая часть рассматриваемых в настоящей диссертации устройств(пьезокорректоры, пьезосканеры и микрогироскопы) используют в своей работе, восновном, обратный пьезоэффект (деформацию элементов под действием элек-5трического поля) в качестве приводного механизма. Явление прямого пьезоэффекта (возникновение заряда под действием механических напряжений) используется, наряду с обратным пьезоэффектом, только в одном классе рассматриваемых устройств – пьезогироскопах.Таким образом, большинство рассматриваемых в работе ПП являются пьезоприводами (пьезоактюаторами) и относятся к изгибному типу, поскольку данный тип ПП обладает большим (при прочих равных условиях) пьезоэлектрическим ходом среди всех других форм пьезоприводов.По сравнению с другими видами приводов (механическими, магнитодинамическими, магнитострикционными и др.) пьезоприводы способны обеспечитьвысокоточные перемещения в нано- и микрометровом диапазонах (от единиц ангстрем до единиц мм), обладают высоким разрешением, высокой точностью, позволяют обеспечить значительные усилия, не загрязняют технологическую среду иобладают малыми размерами и стоимостью.
Кроме того, в них отсутствуют дополнительные кинематические связи, и для их использования нет необходимостив дополнительном оборудовании для обработки и преобразования сигналов [1].ПП получили широкое распространение в оборудовании для производстваизделий электронной техники (ИЭТ) в качестве датчиков (сенсоров) и приводовдвижения (актюаторов), работающих в квазистатическом и динамическом режимах.
Подробный обзор ПП представлен в главе 1.Вопросами, связанным с моделированием, разработкой и применением пьезоустройств в оборудовании электронной техники занимались отечественныеученые Джагупов Р.Г., Ерофеев А.А., Лавриненко В.В., Малов В.В. Смирнов А.Б.,Панич А.Е., Богуш М.В., Бобцов А.А., Белоконь А.В., Быков В.А., Шарапов В.М.и др., а также зарубежные ученые: Uchino K., Chen C.J., Jaffe B., Binnig G., UptonE.L., Tichy J., Nguyen N.-T., Bar-Cohen Y., Pan S. H., Ballas R.G., Allic H., JonesD.J., Lee J.K., Lee C.-C., Zhao C., Reza Moheimani S.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
