ПОЛУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КОМПОЗИТА В СИСТЕМЕ «ЦИРКОНАТ–ТИТАНАТ СВИНЦА–ОРТОФОСФОРНАЯ КИСЛОТА»

Авторы

DOI:

https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2022.01.019

Ключевые слова:

композиционный материал, пьезоэлектрический материал, цирконат–титанат свинца, дисперсные частицы, фосфатные связующие, ортофосфорная кислота, пористость, пьезомодуль.

Аннотация

Получен и исследован пьезоэлектрический композиционный материал системы «цирконат–титанат свинца–ортофосфорная кислота». В качестве пьезокерамического наполнителя использован материал ЦТС-19 с размером гранул от 45 до 63 мкм, от 63 до 125 мкм, от 125 до 250 мкм, от 250 до 500 мкм. Затворение материала производилось введением в пьезокерамику 85 % водного раствора ортофосфорной кислоты в количестве 10 % от массы керамики. Формообразование проведено методом одноосного холодного прессования под давлением 196 МПа. Образцы высушены при 200°ºС, металлизованы при 700 ºC серебросодержащей пастой и поляризованы на воздухе в постоянном электрическом поле напряжённостью 2 кВ/мм при температуре 260 ºC. Измерены значения плотности, диэлектрической проницаемости, тангенса угла диэлектрических потерь, механической добротности, продольного, поперечного и объёмного пьезомодуля полученного композита. По сравнению со спечённым керамическим материалом ЦТС-19 наблюдается снижение продольного и поперечного пьезомодуля, диэлектрической проницаемости и механической добротности, рост диэлектрических потерь. Установлено, что непропорциональное изменение продольного и поперечного пьезомодуля обусловило значительный рост объёмного пьезомодуля композита по сравнению со спечённым материалом. Выдвинуты предположения об обусловленности наблюдаемых явлений влиянием механических и электрических характеристик параэлектрических фаз (воздуха в порах и продуктов взаимодействия пьезокерамики и ортофосфорной кислоты).

Библиографические ссылки

Яффе Б., Кук, У.Р. Яффе, Г. Пьезоэлектрическая керамика. Москва : Мир, 1974. 290 с.

Антоненко А.М., Кудзин А.Ю., Гавшин М.Г. Влияние доменной структуры на электромеханические свойства сегнетокерамики ЦТС и МНВТ // Физика твердого тела. 1997. Т. 39. № 5. С. 920–921.

Титов С.В., Резниченко Л.А., Разумовская О.Н. Высокоэффективные пьезоэлектрические керамические материалы на основе титаната свинца, модифицированного редкоземельными элементами (РЗЭ), для ультразвуковых приборов в медицинской практике // Известия ТРТУ. 2000. № 4 (18). С. 166–167.

Пьезоэлектрический керамический материал : пат. 2498958 Рос. Федерация № 2012124131/03; заявл. 08.06.2021; опубл. 20.11.2013. Бюл. № 32. 7 с.

Способ получения композиционного пьезоматериала : пат. 2414017 Рос. Федерация № 2010108372/28; заявл. 10.03.2010; опубл. 10.03.2011. Бюл. № 7. 9 с.

Способ получения композиционного пьезоматериала : пат. 2623693 Рос. Федерация № 2015151735; заявл. 03.12.2015; опубл. 08.06.2017. Бюл. № 16. 14 с.

Смажевская Е.Г, Фельдман Н.Б. Пьезоэлектрическая керамика. Москва : Советское радио. 1971. 200 с.

Пьезоэлектрический отклик и особенности микрогеометрии нового композита на основе сегнетопьезокерамики ЦТС-19 / П.А. Борзов [и др.] // Нано- и микросистемная техника. 2015. № 6. С. 22–29.

Dielectric and piezoelectric properties of PVDF/PZT composites: A review / A. Jain [et al.] // Polym. Eng. Sci. 2015. Vol. 55. № 7. P. 1589–1616. doi10.1002/pen.24088.

Egusa S., Iwasawa N. Piezoelectric paints as one approach to smart structural materials with health-monitoring capabilities // Smart Mater. Struct. 1998. Vol. 7. № 4. P. 438–445. doi 10.1088/0964-1726/7/4/002.

Giurgiutiu V., Lin B. In situ fabricated smart material active sensors for structural health monito-ring // Smart Materials III: SPIE, 2004. Vol. 5648. P. 68–78. doi 10.1117/12.582146.

Kang L.-H. Vibration and impact monitoring of a composite-wing model using piezoelectric paint // Adv. Compos. Mater. 2014. Vol. 23. № 1. P. 73–84. doi 10.1080/09243046.2013.862390.

Han D.-H., Kang L.-H. Piezoelectric properties of paint sensor according to piezoelectric materials // Funct. Compos. Struct. 2020. Vol. 2. № 2. P. 1–11. doi 10.1088/2631-6331/ab90e1.

Payo I., Hale J.M. Dynamic characterization of piezoelectric paint sensors under biaxial strain // Sens. Actuators Phys. 2010. Vol. 163. № 1. P. 150–158. doi 10.1016/j.sna.2010.08.005.

Payo I., Hale J.M. Sensitivity analysis of pie-zoelectric paint sensors made up of PZT ceramic powder and water-based acrylic polymer // Sens. Actuators Phys. 2011. Vol. 168. № 1. P. 77–89. doi 10.1016/j.sna.2011.04.008.

Energy harvesting from piezoelectric paint films under biaxial strain / I. Payo [et al.] // Smart Ma-ter. Struct. 2020. Vol. 29. № 5. P. 055008. doi 10.1088/1361-665X/ab79b4.

Судакас Л.Г. Фосфатные вяжущие системы. Санкт-Петербург : Квинтет, 2008. 254 с.

Кошкин Г.А., Пак Ч.Г., Розен А.Е., Кикот В.В., Андреев, В.Г. Получение композиционного материала системы «цирконат–титанат свинца – фосфатное связующее» // Международный симпозиум «Надежность и качество». Пенза : ПГУ, 2021. Т. 2.

Глозман И.А. Пьезокерамические материалы в электронной технике. Москва–Ленинград: Энергия, 1965. 192 с.

Магилат В.А. Жаростойкий газобетон на основе алюмоборфосфатного связующего и высокоглиноземистых отходов нефтехимии : автор. дис. … канд. техн. наук. Уфа, 2002. 20 с.

Загрузки

Опубликован

03/31/2022

Как цитировать

Кошкин , Г. А. ., Пак, Ч. Г. . ., Розен, А. Е. ., & Кикот , В. В. . (2022). ПОЛУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КОМПОЗИТА В СИСТЕМЕ «ЦИРКОНАТ–ТИТАНАТ СВИНЦА–ОРТОФОСФОРНАЯ КИСЛОТА». Ползуновский ВЕСТНИК, (1), 139–146. https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2022.01.019

Выпуск

Раздел

РАЗДЕЛ 2. ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ, НАУКИ О МАТЕРИАЛАХ, МЕТАЛЛУРГИЯ