ПОЛУЧЕНИЕ БЕССВИНЦОВОЙ ПЬЕЗОКЕРАМИКИ С ПРИМЕНЕНИЕМ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ
DOI:
https://doi.org/10.36773/1818-1112-2024-135-3-104-110Ключевые слова:
пьезокерамика, ультразвук, ультразвуковая механоактивация, титанат натрия висмута, прессование с ультразвукомАннотация
Разработка сегнетоэлектрических материалов, не содержащих свинец, является актуальной задачей, что обусловлено ограничениями по использованию свинца в промышленности, принятыми в ряде Европейских стран, США и Японии (директива Европарламента 2011/65/EU). В Республике Беларусь с 2018 г. действует технический регламент ТР ЕАЭС 037/2016, разработанный странами, входящими в Таможенный союз, который запрещает использование токсичных элементов в радиоэлектронной промышленности.
Система твердых растворов титаната-натрия-висмута Na0.5Bi0.5TiO3 (NBT) считается одной из перспективных в плане практического применения несмотря на то, что по своим характеристикам она уступает классической PZT-системе. Результаты применения ультразвуковых колебаний в процессе синтеза PZT-керамики позволяют предположить, что применение ультразвука на различных этапах производства пьезокерамики на основе NBT способно также улучшить ее физико-механические свойства.
В данной работе показано влияние ультразвуковых колебаний на этапах механоактивации и прессования на свойства бессвинцовой пьезокерамики типа NBT. Установлено, что ультразвуковая механоактивация и прессование с наложением ультразвуковых колебаний приводит к измельчению исходного порошка, что позволяет получать более плотную однородную керамику, предотвратить образование микротрещин при спекании, снизить температуру спекания на ~60 °С и повысить температуру Кюри на 50–60 °С, увеличить диэлектрическую проницаемость. Для керамики, полученной с применением ультразвука, характерна высокая электромеханическая анизотропия (d33/d31), что важно для практического применения, когда необходимо возбуждать определенные моды колебаний. Полученные результаты послужат основой для дальнейшего развития научного направления ультразвуковой механоактивации и прессования пьезокерамических порошков.
Библиографические ссылки
Ультразвуковая технология изготовления конструкционной и функциональной нанокерамики / О. Л. Хасанов, В. М. Соколов, Э. С. Двилис, Ю. П. Похолков // Перспективные материалы. – 2002. – № 1. – C. 76–83.
Хасанов, О. Л. Научные основы сухого компактирования ультрадисперсионных порошков в технологии изготовления нанокерамики : дисс. … доктор технич. наук : 05.17.11 / Хасанов Олег Леонидович ; Томский политехнический университет. – Томск, 2003. – 371 с.
Прессование порошков титаната бария с наложением ультразвуковых колебаний / В. В. Клубович, В. К. Высоцкий, Г. С. Бобровская [и др.] // Изв. АНБ. сер физ-техн. – 1994. – № 3. – C. 16–19.
Пугачев, С. И. Физические и технологические задачи ультразвукового формообразования изделий из пьезокерамических порошков: тезисы докладов региональной НТК / С. И. Пугачев, Д. О. Харитонов. – СПб. : СПбГМТУ. – 1998. – С. 40–41.
Ультразвуковое формообразование в технологическом процессе изготовления изделий из неметаллических порошков : труды 3-й Междунар. конф. по морским интеллектуальным технологиям "Моринтех-99" / М. А. Красавина, Ф. Ф. Легуша, С. И. Пугачев, Д. О. Харитонов. – СПб., 1999. – Т. 1. – C. 235–237.
Ультразвуковое формообразование изделий из пьезокерамических порошков : труды 3-й Междунар. науч.-техн. конф. "АПЭП-96" / Н. М. Попов, С. И. Пугачев, Н. Г. Семенова, Д. О. Харитонов. – Новосибирск, 1996. – Т. 1. – C. 192.
Ильющенко, А. Ф. Получение высокоплотных керамик различного назначения с использованием наноразмерных порошков и энергии взрыва. / А. Ф. Ильющенко // Наноструктурные материалы – 2008: Беларусь – Россия – Украина : материалы Первой междунар. науч. конф., 22–25 апреля 2008 г., г. Минск / НАН Беларуси, Росс. АН, НАН Украины [и др.]. – Минск, 2008. – С. 345–347.
Эффекты мощного ультразвукового воздействия на структуру и свойства наноматериалов : учеб. пособие / О. Л. Хасанов, Э. С. Двилис, В. В. Полисадова, А. П. Зыкова. – Томск : Томский политехнич. ун-т, 2008. – 149 с.
Шилин, А. Д. Ультразвуковая механоактивация порошковых материалов / А. Д. Шилин, В. В. Рубаник, В. В. Рубаник – мл. // Перспективные материалы и технологии ; под ред. В. В. Клубовича. – Витебск : ВГТУ, 2013. – Гл. 30. – С. 630–651.
Effect of High-Power Ultrasound Treatment on Microstructure, Dielectric and Piezoelectric Properties of Complex Perovskite Oxides / A. D. Shilin, V. V. Rubanik, V. V. Rubanik – jr. [et al.] // 20th International Conference on Diffusion in Solids and Liquids, Barcelona, June 24–28, 2024. – Barcelona, 2024.
Ультразвуковая механоактивация порошка пьезокерамики Na0.5Bi0.5TiO3 / В. В. Рубаник, В. К. Фролов, Н. С. Колодинская, A. Atvars // Актуальные проблемы прочности : материалы науч.-практич. конф., г. Витебск, 23–27 мая 2022 г. / под ред. В. В. Рубаника. – Минск : ИВЦ Минфина, 2022. – С. 406–408.
Клубович, В. В. Влияние ультразвуковых колебаний на процесс уплотнения порошковых материалов / В. В. Клубович, В. В. Рубаник // Актуальные проблемы прочности : материалы 43-й Междунар. конф., Витебск, 27 сент. – 1 окт. 2004 г. : в 2 ч. / ВГТУ. – Витебск, 2004. – Ч. 1. – С. 325–329.
Пат. 2007272 Российская Федерация, МКИ5 В22F 3/02. Способ прессования порошкового материала : № 4892743/02 : заявлено 19.12.90 : опубл. 15.02.94 / Клубович В. В., Бобровская Г. С., Рубаник В. В., Высоцкий В. К. : заявитель Витебское отдлел. ин-та физики твердого тела и полупроводников АН Беларуси // Бюл. Изобретения. – 1994. – № 3. – С. 87.
Патент BY 22360, МПК B 22F 3/02 (2006.01), B 30B 11/14 (2006.01). Способ прессования порошкового материала : № 20170007 : заявлено 09.01.2017 : опубл. 30.08.2018 / Рубаник В. В., Рубаник В. В. (мл.), Шилин А. Д., Салак А., Дон Дин Фунг, чан Бао чунг ; заявитель: Институт технической акустики НАН Беларуси. – 4 с.
Structural and dielectric features of (Bi0.5Na0.5)1−xBaxTiO3 lead-free ferroelectric ceramics: An approach to the phase diagram / B. R. Moya, A. C. Iglesias-Jaime, A. C. Silva [et al.] // J. Appl. Phys. – 2024. – Vol. 135. – Art. 164106. – DOI: 10.1063/5.0191402.
Ferroelectric domain switching pathways – From grain boundary to grain body / X. Lou, X. Hou, H. Fan [et al.] // Appl. Phys. Lett. – 2023. – Vol. 122. – Art. 212902. – DOI: 10.1063/5.0146252.
Understanding the grain size dependence of functionalities in lead-free (Ba,Ca)(Zr,Ti)O3 / M.-H. Zhanga, Ch. Zhao, X. Yan [et al.] // Acta Mater. – 2024. – Vol. 276. – Art. 120112. – DOI: 10.1016/j.actamat.2024.120112.
Grain size effect on piezoelectric properties of rhombohedral lead zirconate titanate ceramics / Zh. Li, Ch.-B.-W. Li, H.-Ch. Thong [et al.] // Ceram. Inter. – 2023. – Art. 27733–27741. – DOI: 10.1016/j.ceramint.2023.05.209.
Bokov, A. A. Recent Progress in Relaxor Ferroelectrics with Perovskite Structure / A. A. Bokov, Z.-G. Ye // Prog. Adv. Dielectr. – 2020. – P. 105–164. – DOI: 10.1007/s10853-005-5915-7.
Cross, L. E. Relaxor ferroelectrics / L. E. Cross // Ferroelectrics. – 1987. – Vol. 76. – P. 241–267. – DOI: 10.1080/00150198708016945.
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.
Авторы предоставляют материалы на условиях лицензии CC BY-NC 4.0. Эта лицензия позволяет неограниченному кругу лиц копировать и распространять материал на любом носителе и в любом формате, но с обязательным указанием авторства и только в некоммерческих целях. Пользователи не вправе препятствовать другим лицам выполнять действия, разрешенные лицензией.
