RU2695917C1 - Composite piezoelectric material and method of its production - Google Patents

Composite piezoelectric material and method of its production Download PDF

Info

Publication number
RU2695917C1
RU2695917C1 RU2018138582A RU2018138582A RU2695917C1 RU 2695917 C1 RU2695917 C1 RU 2695917C1 RU 2018138582 A RU2018138582 A RU 2018138582A RU 2018138582 A RU2018138582 A RU 2018138582A RU 2695917 C1 RU2695917 C1 RU 2695917C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
lead
films
piezoelectric material
composite piezoelectric
ceramic
Prior art date
Application number
RU2018138582A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Анатольевич Нестеров
Михаил Игоревич Толстунов
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет"
Priority to RU2018138582A priority Critical patent/RU2695917C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2695917C1 publication Critical patent/RU2695917C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/06Layered products comprising a layer of synthetic resin as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B9/00Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00
    • B32B9/005Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising one layer of ceramic material, e.g. porcelain, ceramic tile
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/48Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates
    • C04B35/49Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates containing also titanium oxides or titanates
    • C04B35/491Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates containing also titanium oxides or titanates based on lead zirconates and lead titanates, e.g. PZT
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/48Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates
    • C04B35/49Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates containing also titanium oxides or titanates
    • C04B35/491Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates containing also titanium oxides or titanates based on lead zirconates and lead titanates, e.g. PZT
    • C04B35/493Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates containing also titanium oxides or titanates based on lead zirconates and lead titanates, e.g. PZT containing also other lead compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/495Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on vanadium, niobium, tantalum, molybdenum or tungsten oxides or solid solutions thereof with other oxides, e.g. vanadates, niobates, tantalates, molybdates or tungstates
    • C04B35/497Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on vanadium, niobium, tantalum, molybdenum or tungsten oxides or solid solutions thereof with other oxides, e.g. vanadates, niobates, tantalates, molybdates or tungstates based on solid solutions with lead oxides
    • C04B35/499Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on vanadium, niobium, tantalum, molybdenum or tungsten oxides or solid solutions thereof with other oxides, e.g. vanadates, niobates, tantalates, molybdates or tungstates based on solid solutions with lead oxides containing also titanates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/632Organic additives
    • C04B35/634Polymers
    • C04B35/63404Polymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • C04B35/6342Polyvinylacetals, e.g. polyvinylbutyral [PVB]
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/632Organic additives
    • C04B35/634Polymers
    • C04B35/63404Polymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • C04B35/63444Nitrogen-containing polymers, e.g. polyacrylamides, polyacrylonitriles, polyvinylpyrrolidone [PVP], polyethylenimine [PEI]
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B38/00Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
    • C04B38/06Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof by burning-out added substances by burning natural expanding materials or by sublimating or melting out added substances
    • C04B38/0615Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof by burning-out added substances by burning natural expanding materials or by sublimating or melting out added substances the burned-out substance being a monolitic element having approximately the same dimensions as the final article, e.g. a porous polyurethane sheet or a prepreg obtained by bonding together resin particles
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/50Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
    • C04B41/51Metallising, e.g. infiltration of sintered ceramic preforms with molten metal
    • C04B41/5194Metallisation of multilayered ceramics, e.g. for the fabrication of multilayer ceramic capacitors

Abstract

FIELD: manufacturing technology.
SUBSTANCE: invention relates to composite piezoelectric materials (CPM) and can be used for making hydroacoustic receivers, medical ultrasonic diagnostics sensors, emission control, flaw detectors and other volumetric-sensitive piezoelectric transducers, as well as to the technology of making said materials. Composite piezoelectric material includes porous ceramic films of ferroelectric lead zirconate/titanate, or lead methanobate, or lead titanate, or solid solutions based thereon, connected to porous polymer films based on a silicone compound with electric resistance of not less than 1010 Ohm·cm. Ceramic film is obtained from a slurry composition, wt%: ultrafine powder of lead zirconate/titanate, or lead methanobate, or lead titanate, or solid solutions based thereon (active phase) 45.50-62.20, pore-forming agent: benzoic acid powder 2.95–12.40 or ammonium oxalate 3.20–13.8, distilled water 12.40–18.55, binder (50–65 % aqueous dispersion of ethyl acrylate, methyl acrylate copolymer and dibasic unsaturated carboxylic acid) 8.05–12.40, plasticizer (ethylene glycol or hexylene glycol) 1.10–4.20, dispersant (7–12 % aqueous solution of a copolymer of vinyl acetate and maleic acid, in which 0.8–1.5 equivalent carboxyl groups is neutralized with ammonia) 0.36–0.95, nonionic SAS1 (monoalkyl ethers of polyethylene glycol with molecular weight of 560–1,000) 0.07–0.15, nonionic SAS 2 (oxyethylated isononylphenol) 0.10–0.25, thickener (42–50 % aqueous dispersion of a copolymer of vinyl acetate, butyl acrylate and methacrylic acid or polyvinyl alcohol) 0.16–0.52, an antifoaming agent (alcohols propoxylate of fraction C7-C12) 0.03–0.33. Porous polymer film is obtained from mixture of composition, vol%: silicone compound with electric resistance of not less than 1010 Ohm·cm 70–80, foam stabilizer 0.001–0.005, white spirit and cresol – the rest at ratio of white spirit: cresol from 2:1 to 3:1 and 9:1. Method of proposed CPM manufacturing includes production of ceramic films (plates with thickness of up to 0.12–0.18 mm) from ultrafine powders of lead-containing ferroelectric phases with subsequent stepwise annealing, depositing electrodes on the lower and upper surfaces of the films, making porous polymer films based on the silicone compound, assembling the CPM by connecting the ceramic films with the partially polymerized polymer films, formation of two single parallel electrodes and terminal conductors connecting upper electrodes of separate active elements (AE) and lower electrodes of separate AE, followed by polarization of CPM AE and external sealing of CPM.
EFFECT: improving its elastic flexibility and reducing dielectric permittivity while simplifying its production method.
19 cl, 1 dwg, 1 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к композиционным пьезоматериалам (КПМ), и может быть использовано для изготовления гидроакустических приёмников, датчиков медицинской ультразвуковой диагностики, эмиссионного контроля, дефектоскопов и других объёмночувствительных пьезопреобразователей, а также к технологии (к способам) изготовления этих материалов. The invention relates to composite piezomaterials (KPM), and can be used for the manufacture of hydroacoustic receivers, sensors for medical ultrasonic diagnostics, emission monitoring, flaw detectors and other volume-sensitive piezoelectric transducers, as well as to technology (methods) for manufacturing these materials.

Известны КПМ, представляющие собой совокупность параллельно расположенных поляризованных керамических стержней (тип связанности 1-3) или пластин (тип связанности 2-2) в полимерной матрице [1 - 4].KPMs are known, which are a set of parallelly located polarized ceramic rods (type of connectivity 1-3) or plates (type of connectivity 2-2) in a polymer matrix [1 - 4].

К недостаткам КПМ со связностью 1 – 3 и 2 – 2 можно отнести тот факт, что максимальные значения их объёмных пьезопараметров достигаются только при объёмном содержании пьезоактивной фазы в системе порядка 10 – 12 объ. %. Это, даже при параллельном электрическом соединении керамических пластин в системе, приводит к образцу КПМ с низким значением электрической ёмкости, что приводит к проблемам, связанными с его включением в регистрирующий контур. Кроме этого, такие КПМ, имеют низкую механическую прочность, которая снижается по мере уменьшения толщины керамических пластин [5 – 12]. The disadvantages of KPM with connectivity 1 - 3 and 2 - 2 include the fact that the maximum values of their volumetric piezoelectric parameters are achieved only when the volumetric content of the piezoelectric phase in the system is about 10 - 12 vol. % This, even with a parallel electrical connection of ceramic plates in the system, leads to a KPM sample with a low electric capacity, which leads to problems associated with its inclusion in the recording circuit. In addition, such KPMs have low mechanical strength, which decreases as the thickness of ceramic plates decreases [5–12].

В настоящее время известны несколько технологий изготовления стержневых и пластинчатых КПМ. Первая из них [3, 13 - 17]. предусматривает изготовление керамических пластин или стержней, круглого или прямоугольного сечения, которые, на втором этапе, по задаваемому алгоритму, размещаются в технологической форме, а затем заливаются в ней олигомером (с его последующей полимеризацией) или раствором полимера (с последующим испарением растворителя). После чего форма разрушается, заготовка извлекается, а её активные элементы поляризуются. Currently, several technologies are known for the production of rod and plate KPM. The first of them [3, 13 - 17]. involves the manufacture of ceramic plates or rods, round or rectangular cross-section, which, at the second stage, according to the specified algorithm, are placed in technological form, and then filled in it with an oligomer (with its subsequent polymerization) or a polymer solution (followed by evaporation of the solvent). After that, the form is destroyed, the workpiece is removed, and its active elements are polarized.

В рамках технологии второго типа [3, 13, 16, 18], монолитная, прямоугольная, керамическая заготовка частично пропиливается в двух взаимно перпендикулярных направлениях с образованием своеобразной трёхмерной «гребёнки». На следующем этапе, пространство между «зубьями» «гребёнки», заполняют полимером, а монолитное основание «гребёнки» отпиливают. Аналогичные технологии применяют и для изготовления КПМ со связностью типа 2 – 2. In the framework of the second type of technology [3, 13, 16, 18], a monolithic, rectangular, ceramic billet is partially sawn in two mutually perpendicular directions with the formation of a kind of three-dimensional “comb”. At the next stage, the space between the “teeth” of the “comb” is filled with polymer, and the monolithic base of the “comb” is sawn off. Similar technologies are used for the manufacture of KPM with connectivity of type 2 - 2.

Третья технология [13, 19] требует изготовления технологических форм из материалов, которые при формировании макроструктуры КПМ разрушаются за счёт окисления или испарения. В качестве примера, можно назвать формы, изготовленные из различных полимерных материалов, методами литографии, литья и т.д. [20]. На следующем этапе, технологическую форму, которая имеет необходимую макроструктуру, заполняют суспензией, содержащей мелкодисперсный порошок сегнетофазы (например, системы ЦТС). После испарения из суспензии (шликера) жидкой фазы, форму нагревают на воздухе, что приводит к её деструкции и испарению продуктов разложения (окисления) полимера. Дальнейшее повышение температуры до оптимальных (для спекания полупродукта) значений, позволяет изготовить пьезокерамический каркас произвольной формы, плотность отдельных элементов которого может достигать 98% (от рентгеновской плотности) [5 - 7]. В частности, в рамках этого процесса, изготовлена совокупность гексагональных стержней диаметром порядка 50 мкм и высотой около 400 мкм, расположенных друг от друга на расстоянии 50 мкм [7], а также сложные формы (в виде сот, совокупности стержней и пластин), имеющие различные размеры и геометрию [5, 19]. Если же технологическая форма изготавливается из тугоплавкого материала, то, при оптимальной температуре, спекается вся композиция, которая, после охлаждения, заливается полимером, а после его отверждения, форму разрушают (распиливают), а образец КПМ поляризуют [21]. The third technology [13, 19] requires the manufacture of technological forms from materials that, when the macrostructure of the CPM is formed, are destroyed by oxidation or evaporation. As an example, we can name forms made of various polymeric materials, lithography, casting, etc. [20]. At the next stage, the technological form, which has the necessary macrostructure, is filled with a suspension containing finely divided ferro-phase powder (for example, the PZT system). After evaporation of the liquid phase from a suspension (slip), the form is heated in air, which leads to its destruction and evaporation of the polymer decomposition (oxidation) products. A further increase in temperature to the optimum (for sintering the intermediate product) values makes it possible to fabricate a piezoceramic framework of arbitrary shape, the density of individual elements of which can reach 98% (of x-ray density) [5 - 7]. In particular, as part of this process, a set of hexagonal rods with a diameter of about 50 μm and a height of about 400 μm, spaced apart at a distance of 50 μm [7], as well as complex shapes (in the form of honeycombs, a set of rods and plates) having various sizes and geometry [5, 19]. If the technological mold is made of refractory material, then, at the optimum temperature, the whole composition is sintered, which, after cooling, is filled with polymer, and after its curing, the mold is destroyed (sawn) and the CPM sample is polarized [21].

Однако, несмотря на свою привлекательность, рассматриваемый метод сложен технологически, характеризуется наличием экологических проблем, длительностью и высокой себестоимостью единицы продукции, а также имеет достаточно низкую воспроизводимость электрофизических параметров (ЭФП) образцов КПМ [5 – 7, 13].  However, despite its attractiveness, the method under consideration is technologically sophisticated, characterized by the presence of environmental problems, the duration and high cost of production units, and also has a fairly low reproducibility of the electrophysical parameters (EFP) of KPM samples [5 - 7, 13].

Также для изготовления КПМ со связностью типа 2-2 и 1-3 может быть использован метод литья под давлением [22, 23]. Рассматриваемый метод, как и предыдущий, (самостоятельно или совместно с первым методом) используют для изготовления КПМ с различной объёмной долей активных элементов, которые могут иметь вид стержней или пластин (различных размеров и форм). Его недостатки схожи с недостатками третьего метода, «метода растворимой формы», за исключением меньшей остроты экологических проблем.  Also, for the manufacture of KPM with a connectivity of type 2-2 and 1-3, the injection molding method can be used [22, 23]. The method under consideration, like the previous one, (alone or together with the first method) used for the manufacture of KPM with a different volume fraction of active elements, which may take the form of rods or plates (of various sizes and shapes). Its shortcomings are similar to the shortcomings of the third method, the “soluble form method”,except for less acute environmental problems.

Достаточно эффективным, для изготовления пьезокомпозитов типа 2 – 2, является метод шликерного литья, базирующийся на формировании тонких лент из суспензий (порошок сегнетофазы – полимерное связующее), которые называются литьевыми шликерами. В рамках этого метода изготавливают многослойные композиты, в которых слои полимера и монолитной керамической плёнки чередуются между собой. Если плёнка содержит пузырьки газа образуется композит со связностью типа 2 – 0 – 2. В других вариантах этой технологии полимерные плёнки являются токопроводящими, при этом электроды активного элемента (АЭ) наносят не на торцевые части пластин, а на их плоскости, т.е. КПМ этого типа работает на планарной моде [8, 9, 24]. Sufficiently effective, for the manufacture of type 2 - 2 piezocomposites, is the slip casting method, based on the formation of thin ribbons from suspensions (ferro-phase powder - polymer binder), which are called cast slip. Within the framework of this method, multilayer composites are made in which the layers of polymer and monolithic ceramic film alternate with each other. If the film contains gas bubbles, a composite with a type 2 - 0 - 2 connection is formed. In other versions of this technology, polymer films are conductive, while the electrodes of the active element (AE) are applied not to the end parts of the plates, but to their plane, i.e. KPM of this type operates on a planar mode [8, 9, 24].

Основной идеей автоматического послойного метода изготовления, например, слоистых КПМ [9, 10] является формирование их заданной макроструктуры с помощью 3D принтеров (последовательная, послойная, управляемая подача шликера и связующего). Полученная заготовка на следующем этапе обжигается (удаление полимерных компонентов и спекание керамических пластин). Полученный керамический каркас поляризуется, а его межслоевые пространства заполняются связующим. На последнем этапе технологии, электроды отдельных пластин соединяют и проводят поверхностную герметизацию образца. The main idea of the automatic layered method of manufacturing, for example, layered KPMs [9, 10] is the formation of their desired macrostructure using 3D printers (sequential, layered, controlled supply of slip and binder). The resulting billet at the next stage is fired (removal of polymer components and sintering of ceramic plates). The resulting ceramic frame is polarized, and its interlayer spaces are filled with a binder. At the last stage of the technology, the electrodes of the individual plates are connected and conduct surface sealing of the sample.

Как следует, из приведённого анализа технологических процессов изготовления КПМ стержневого и пластинчатого типа, все они отличаются многостадийностью. Кроме этого большинство технологий требуют изготовления сложных, как правило, одноразовых технологических форм и дополнительной механической обработки первичных заготовок [3, 6, 7, 13 – 20, 23] или сложного дорогостоящего технологического оборудования [8 - 10].As follows from the above analysis of technological processes for the manufacture of rod and plate KPM, they are all multi-stage. In addition, most technologies require the manufacture of complex, usually disposable, technological forms and additional mechanical processing of primary workpieces [3, 6, 7, 13–20, 23] or complex and expensive technological equipment [8–10].

Наиболее близкой по выполнению является КПМ слоистого типа, состоящей из керамических пластин (керамических плёнок), поляризованных по толщине, плоскости которых, с двух сторон, покрыты полимером [24].  The closest to implementation is a layered-type CPM consisting of ceramic plates (ceramic films) polarized in thickness, the planes of which, on both sides, are coated with polymer [24].

Способ получения такого КПМ заключается в том, что АЭ (активные элементы) параллельно друг другу помещают в технологическую прямоугольную форму. Величина зазора между АЭ задаётся с помощью прямоугольных столбиков (прокладок, стопоров), которые размешаются на дне технологической формы. Электроды АЭ коммутируются, а затем, пространство между АЭ (непосредственно в форме) заполняется эпоксидной смолой. После окончания процесса полимеризации эпоксидной смолы, нижняя часть формы (дно, технологические прокладки и нижние части заготовок АЭ) срезаются [24 рис. 9A – 9D]. A method of obtaining such a CPM is that AE (active elements) are placed parallel to each other in a technological rectangular shape. The gap between the AE is set using rectangular columns (gaskets, stoppers), which are placed at the bottom of the technological form. AE electrodes are switched, and then, the space between the AE (directly in the form) is filled with epoxy. After the polymerization of epoxy, the lower part of the mold (bottom, process gaskets and lower parts of AE blanks) are cut off [24 fig. 9A to 9D].

Недостатком такого КПМ является его низкая упругая податливость при высокой диэлектрической проницаемости. Указанные недостатки связаны с использование плотной керамической плёнки (известно, что плотная керамика обладает достаточно высокой диэлектрическая проницаемостью до 10000 и достаточно низкой упругой податливостью) [3 – 7, 9 – 13, 25].  The disadvantage of this KPM is its low elastic compliance with high dielectric constant. These drawbacks are associated with the use of a dense ceramic film (it is known that dense ceramic has a sufficiently high dielectric constant up to 10,000 and a sufficiently low elastic compliance) [3 - 7, 9 - 13, 25].

Недостатком способа получения такого КПМ является его сложность, обусловленная необходимостью устанавливать стопоры между пластинами и проводить обрезку нижних частей формы и заготовок.The disadvantage of the method of obtaining such a KPM is its complexity, due to the need to install stoppers between the plates and to trim the lower parts of the mold and blanks.

Техническим результатом КПМ является повышение его упругой податливости и снижение значений диэлектрической проницаемости, а техническим результатом способа его изготовления является его упрощение. The technical result of KPM is to increase its elastic compliance and decrease the dielectric constant, and the technical result of the method of its manufacture is its simplification.

Технический результат достигается тем, что композиционный пьезоматериал, включает пористые керамические плёнки сегнетоэлектрика цирконата/титаната свинца или метаниобата свинца или титаната свинца или твёрдых растворы на их основе, соединённые с пористыми полимерными плёнкой на основе силиконового компаунда с электрическим сопротивлением не менее 1010 Ом·см при этом керамическая плёнка получена из шликера состава, мас. %:The technical result is achieved by the fact that the composite piezomaterial includes porous ceramic films of ferroelectric zirconate / lead titanate or lead methaniobate or lead titanate or solid solutions based on them, connected to a porous polymer film based on a silicone compound with an electrical resistance of at least 10 10 Ohm · cm while the ceramic film is obtained from a slip composition, wt. %:

ультрадисперсный порошок цирконата/титаната свинца или метаниобата свинца или титаната свинца или твёрдых растворов на их основе (активная фаза) 45,50 - 62,20 ultrafine powder of lead zirconate / titanate or lead methaniobate or lead titanate or solid solutions based on them (active phase) 45.50 - 62.20

порообразователь: blowing agent:

порошок бензойной кислоты 2,95 – 12,40benzoic acid powder 2.95 - 12.40

или оксалата аммония 3,20 – 13,8  or ammonium oxalate 3.20 - 13.8

дистиллированная вода 12,40 -18,55 distilled water 12.40 -18.55

связующее: 50-65 мас. % водная дисперсия сополимера этилакрилата, метилакрилата и двухосновной ненасыщенной карбоновой кислотыbinder: 50-65 wt. % aqueous dispersion of a copolymer of ethyl acrylate, methyl acrylate and dibasic unsaturated carboxylic acid

8,05-12,40                                                                                                8.05-12.40

пластификатор: этиленгликоль или гексиленгликоль 1,10-4,20 plasticizer: ethylene glycol or hexylene glycol 1.10-4.20

диспергатор: 7 – 12% водный раствор сополимера винилацетата и малеиновой кислоты, в котором 0,8-1,5 эквивалента карбоксильных групп нейтрализовано аммиаком 0,36-0,95dispersant: 7-12% aqueous solution of a copolymer of vinyl acetate and maleic acid, in which 0.8-1.5 equivalents of carboxyl groups are neutralized with ammonia 0.36-0.95

неионогенный ПАВ1: моноалкиловые эфиры полиэтиленгликолей с молекулярной массой 560-1000 0,07-0,15 nonionic surfactant 1: monoalkyl ethers of polyethylene glycols with a molecular weight of 560-1000 0.07-0.15

неиогенный ПАВ 2: оксиэтилироанный изононилфенол 0,10-0,25non-ionic surfactant 2: hydroxyethylated isononylphenol 0.10-0.25

загуститель: 42-50 % водная дисперсия сополимера винилацетата, бутилакрилата и метакриловой кислоты 0,16-0,52thickener: 42-50% aqueous dispersion of a copolymer of vinyl acetate, butyl acrylate and methacrylic acid 0.16-0.52

пеногаситель: пропоксилат спиртов фракции C7-C12 0,03-0,33,antifoam: propoxylate alcohols fraction C 7 -C 12 0,03-0,33,

а пористая полимерная плёнка получена из смеси состава, объ.%:and the porous polymer film is obtained from a mixture of the composition, vol.%:

силиконовый компаунд с электрическим сопротивлением не менее 1010 Ом·см 70 – 80silicone compound with an electrical resistance of at least 10 10 Ohm · cm 70 - 80

стабилизатор пены 0,001-0,005foam stabilizer 0.001-0.005

уайт-спирит и крезол остальное white spirit and cresol rest

при соотношении уайт-спирит/крезол от 2:1 до 3:1 и 9:1with a ratio of white spirit / cresol from 2: 1 to 3: 1 and 9: 1

В качестве связующего при изготовлении пористой керамической плёнки может быть взят продукт АК-260 по ТУ 6-02-0209917/-90, производители: Витебское производственное объединение "Монолит", или "Синтез ПАВ", Россия, или ООО «Симплекс», Россия. The AK-260 product according to TU 6-02-0209917 / -90 can be taken as a binder in the manufacture of porous ceramic films, manufacturers: Vitebsk Production Association "Monolith", or "Synthesis of Surfactants", Russia, or LLC "Simplex", Russia .

В качестве пластификатора могут быть взяты этиленгликоль по ГОСТ 10164-75 или гексиленгликоль по ТУ 6-02-0209913-89 производителя «Ренессанс Ойл» Россия или производителя «Катроса Реактив», Россия. Ethylene glycol according to GOST 10164-75 or hexylene glycol according to TU 6-02-0209913-89 from the manufacturer Renaissance Oil Russia or the manufacturer Katrosa Reaktiv, Russia can be taken as a plasticizer.

В качестве диспергатора может быть взят сополимер, полученный осадительной полимеризацией винилацетата и малеинового ангидрида в среде органического растворителя с последующим растворением в воде и нейтрализацией карбоксильных групп, например, МКМ-50 ВМ по ТУ 5850767/-88 производителя НПО "Синтез ПАВ".As a dispersant, a copolymer obtained by precipitating polymerization of vinyl acetate and maleic anhydride in an organic solvent, followed by dissolution in water and neutralization of carboxyl groups, for example, MKM-50 VM according to TU 5850767 / -88 from NPO Synthesis SAW, can be taken.

В качестве неионогенного ПАВ1 может быть взят продукт, полученный этерификацией кислот полиэтиленгликолями, например, по известной методике (Дымент О. Н. Казанский К. С. и А. М. Мирошников. Гликоли и другие производные окисей этилена и пропилена. М. Химия, 1976, с. 237). As a nonionic surfactant 1, a product obtained by esterification of acids with polyethylene glycols can be taken, for example, according to a known method (Dyment, O. N. Kazansky, K. S. and A. M. Miroshnikov. Glycols and other derivatives of ethylene and propylene oxides. M. Chemistry, 1976, p. 237).

В качестве неиогенного ПАВ 2 может быть взят продукт Неонол АФ 9-25 , полученный по ТУ 38.50716-87 «ПО Поволжье». The product Neonol AF 9-25 obtained according to TU 38.50716-87 “PO Volga Region” can be taken as a non-ionic surfactant 2.

В качестве загустителя может быть взят продукт АК-215, полученный по ТУ 6-02-02099134-83 производителя ООО АКРИПОЛ или поливиниловый спирт по ГОСТ 10779-78. As a thickener, AK-215 product obtained according to TU 6-02-02099134-83 of the manufacturer AKRIPOL LLC or polyvinyl alcohol according to GOST 10779-78 can be taken.

В качестве пеногасителя, может быть взят продукт ГДП-1 по ТУ 38.10777-88 производителей: Витебское производственное объединение "Монолит" или "Синтез ПАВ". As an antifoam agent, the product ГДП-1 according to TU 38.10777-88 of manufacturers can be taken: Vitebsk production association "Monolith" or "Synthesis of surfactants".

При изготовлении пористой полимерной плёнки в качестве силиконового компаунда может быть взят компаунд пентэласт®-712, или «Виксинт», или «Силагерм, или Silicon SK-419.In the manufacture of a porous polymer film, a pentelast®-712 compound may be used as a silicone compound, or"Vicksint ", or"Silagerm, or Silicon SK-419.

В качестве стабилизатора пены при изготовлении пористой полимерной плёнки могут быть взяты кремнийорганические жидкости, например, этилсиликаты (этилсиликат-32, или этилсиликат-40, или этилсиликат-50) по ГОСТ 26371-84 или продукты по ТУ  2435-397-05763441-2003, ТУ 2435-427-05763441-2004 производителя ООО «Силан».Organosilicon liquids, for example, ethyl silicates (ethyl silicate-32, or ethyl silicate-40, or ethyl silicate-50) according to GOST 26371-84 or products according to TU 2435-397-05763441-2003, can be taken as a foam stabilizer in the manufacture of a porous polymer film. TU 2435-427-05763441-2004 of the manufacturer of LLC Silan.

Изменение содержания компонентов, входящих в состав шликера (при изготовлении пористой керамической плёнки), вне интервала заявляемых значений, ухудшает его литьевые свойства, т.е. приводит к: а) проблемам, связанным с однородностью сырой плёнки, с трудностью её отделения от подложки, а также с ограничениями по её минимальной и максимальной толщине; б) к ухудшению прочностных и структурно-механических свойств продуктов её обжига (образование трещин, коробление, сколы и т.д.).A change in the content of the components that make up the slip (in the manufacture of a porous ceramic film), outside the range of the declared values, worsens its molding properties, i.e. leads to: a) problems associated with the uniformity of the wet film, with the difficulty of separating it from the substrate, as well as with restrictions on its minimum and maximum thickness; b) to the deterioration of the strength and structural-mechanical properties of the products of its firing (cracking, warping, chips, etc.).

Технический результат достигается также тем, что способ изготовления предлагаемого КПМ включает изготовление керамических плёнок (пластин толщиной до 0,10 – 0,15 мм) из ультрадисперсных порошков (УДП) свинецсодержащих сегнетофаз, нанесение электродов на торцевые (нижнюю и верхнюю) поверхности плёнок, изготовление пористых полимерных плёнок на основе силиконового компаунда, сборку КПМ путём соединения керамических плёнок с частично полимеризованными полимерными плёнками, формирование двух единых параллельных электродов и токовыводов, соединяющих верхние электроды отдельных АЭ и нижние электроды отдельных АЭ, с последующей поляризацией АЭ КПМ и внешней герметизацией КПМ. The technical result is also achieved by the fact that the method of manufacturing the proposed KPM involves the manufacture of ceramic films (plates with a thickness of up to 0.10 - 0.15 mm) from ultrafine powders (UDP) of lead-containing ferro-phases, applying electrodes to the end (lower and upper) surfaces of the films, manufacturing porous polymer films based on silicone compound, KPM assembly by combining ceramic films with partially polymerized polymer films, the formation of two single parallel electrodes and current output Connecting the individual top electrodes AE and lower individual electrodes AE, AE followed QPM polarization and outer sealing CPM.

Изготовление пористой керамической плёнки включает формирование сырых плёнок сегнетоэлектрика цирконата/титаната свинца или метаниобата свинца или титаната свинца или твёрдых растворы на их основе (шликерным литьём) из шликера на основе ультрадиспрсных порошков сегнетоэлекрика с последующим их ступенчатым обжигом. The manufacture of a porous ceramic film includes the formation of raw films of ferroelectric zirconate / lead titanate or lead methaniobate or lead titanate or solid solutions based on them (slip casting) from a slip based on ultrafine powders of ferroelectric with their subsequent firing.

Готовят пористые керамические плёнки-пластины преимущественно с толщиной (0,10 – 0,15 мм) в виде квадратов или прямоугольников со сторонами от 3 до 20 мм. Porous ceramic film plates are prepared predominantly with a thickness (0.10 - 0.15 mm) in the form of squares or rectangles with sides from 3 to 20 mm.

Изготовление полимерной плёнки включает разбавление силиконового компаунда смесью уайт-спирита и крезола и добавление к нему стабилизатора, с последующим вспениванием смеси пропусканием через неё воздуха под давлением, перемешиванием и формированием плёнки. The manufacture of a polymer film involves diluting the silicone compound with a mixture of white spirit and cresol and adding a stabilizer to it, followed by foaming the mixture by passing air under it under pressure, mixing and forming the film.

Разбавление силиконового компаунда смесью уайт-спирита и крезола проводят преимущественно в их соотношении от 2:1 до 3:1, в соответствии с необходимой вязкостью компаунда и скоростью его полимеризации.Dilution of the silicone compound with a mixture of white spirit and cresol is carried out mainly in their ratio from 2: 1 to 3: 1, in accordance with the required viscosity of the compound and the speed of its polymerization.

В качестве стабилизатора пены к смеси добавляют кремнийорганические жидкости, например, этилсиликаты (этилсиликат-32, или этилсиликат-40, или этилсиликат-50). Organosilicon liquids, for example, ethyl silicates (ethyl silicate-32, or ethyl silicate-40, or ethyl silicate-50) are added to the mixture as a foam stabilizer.

Воздух, под давлением, через разбавленный компаунд со стабилизатором пропускают, предпочтительно, в течение 30 – 60 сек, с помощью насадки с диаметром выходных отверстий менее 1 мм.Air, under pressure, is passed through a diluted compound with a stabilizer, preferably for 30-60 seconds, using a nozzle with an outlet diameter of less than 1 mm.

Перемешивание проводят, предпочтительно, 5 – 15 мин. За счёт перемешивания достигается равномерное распределение поглощённого смесью воздуха (виде пузырьков с радиусом порядка десяти мкм). В процессе перемешивания за счёт частичного испарения разбавителя и начинающейся полимеризации силиконового каучука, смесь увеличивает свою вязкость, что позволяет приступить к её разливке через фильеру на тефлоновую поверхность.Stirring is preferably carried out for 5-15 minutes. Due to mixing, a uniform distribution of the air absorbed by the mixture is achieved (in the form of bubbles with a radius of about ten microns). In the process of mixing due to the partial evaporation of the diluent and the beginning polymerization of silicone rubber, the mixture increases its viscosity, which allows you to start pouring it through a die on a teflon surface.

Формированием плёнки осуществляют, разливая её на тефлоновую поверхность. The formation of the film is carried out by spilling it on a teflon surface.

Время, необходимое (при температуре 25-35оС) для образования на тефлоновой поверхности пористой плёнки, пригодной для сборки КПМ составляет от 12 до 14 часов (в зависимости от её толщины в пределах 150 – 300 мкм). Снижение температуры полимеризации (ниже 25оС) приводит к увеличению продолжительности процесса, а её рост (выше 35оС) – к образованию «пузырей» или поверхностных каверн.The time required (at temperature 25-35 ° C) to form on the surface of the porous PTFE film suitable assembly for CPM is from 12 to 14 hours (depending on its thickness in the range 150 - 300 microns). Reduction of polymerization temperatures (below 25 ° C) leads to increased process time and its rise (above 35 ° C) - to the formation of "bubbles" or surface cavities.

Толщина разливаемой плёнки определяется параметрами щели фильеры и вязкостью разливаемой смеси. The thickness of the poured film is determined by the parameters of the die gap and the viscosity of the poured mixture.

Изменение пористости (∆Поб) плёнки за счёт варьирования в указанных пределах объёмной доли стабилизатора пены (0,01-0,05 объ.%) и продолжительности вспенивания и перемешивания вспененной смеси может быть изменена в пределах от 12 до 50 объ.%. The change in the porosity (∆P vol ) of the film due to the variation within the specified limits of the volume fraction of the foam stabilizer (0.01-0.05 vol.%) And the duration of foaming and mixing of the foamed mixture can be changed in the range from 12 to 50 vol.%.

Отличием предлагаемого КПМ от прототипа [24] является то, что в известном материале керамическая составляющая плотная, а в предлагаемом материале и керамическая и полимерная составляющие являются пористыми, что улучшает пьезохарактеристики материала, в том числе, определяющие упругую податливость и диэлектрическую проницаемость (рост объёмного пьезомодуля, объёмной пьезоувствительности, фактора приёма увеличиваются по мере роста упругой податливости материала и снижении значений его диэлектрической проницаемости [5 – 9, 13 - 15]). The difference between the proposed KPM and the prototype [24] is that the ceramic component is dense in the known material, and the ceramic and polymer components are porous in the proposed material, which improves the piezoelectric characteristics of the material, including those determining elastic compliance and dielectric constant (growth of the volumetric piezomodule , volume piezoelectric sensitivity, and reception factor increase as the elastic compliance of the material increases and its dielectric constant decreases [5 - 9, 13 - 15]).

Используемый состав шликера для получения керамической плёнки отличается от известного шликера [26] использованием в качестве активной керамической составляющей цирконата/титаната свинца или метаниобата свинца или титаната свинца или твёрдых растворы на их основе вместо порошков титанатов (Ca, Ba, Mg), карбонатов (Mn, Ba) и цирконата Ca, и оксидов Nd2O3, Nb2O5 и Sm2O3, а также присутствием порообразователя и, в соответствие с этим, несколько иным соотношением компонентов.The used composition of the slip for producing a ceramic film differs from the known slip [26] by using lead zirconate / titanate or lead methaniobate or lead titanate or solid solutions based on them instead of titanate powders (Ca, Ba, Mg), carbonates (Mn , Ba) and zirconate Ca, and oxides Nd 2 O 3 , Nb 2 O 5 and Sm 2 O 3 , as well as the presence of a pore former and, accordingly, a slightly different ratio of components.

Отличие способа от прототипа [24] состоит в том, что сборку КПМ осуществляют соединением керамических плёнок свинецсодержащих сегнетофаз с частично полимеризованными полимерными плёнками на основе силиконового компаунда, что способствует их «склеиванию» (образованию поверхностного переходного слоя) по завершению полимеризации компаунда, а так же тем, что электроды наносят на параллельные торцы плёнок, а не на плоскости, как это осуществляется для прототипа.The difference between the method and the prototype [24] is that the assembly of the CPM is carried out by connecting ceramic films of lead-containing ferro-phases with partially polymerized polymer films based on silicone compound, which contributes to their “bonding” (formation of a surface transition layer) upon completion of the polymerization of the compound, as well as the fact that the electrodes are applied to the parallel ends of the films, and not on the plane, as is done for the prototype.

На фиг.1 представлены: а) 1 - заготовка активного элемента (АЭ); б) АЭ с электродом и плёнкой полимера, где 2 – электрод, 3 – плёнка; в) заготовка КПМ типа 2 – 0 – 2.Figure 1 presents: a) 1 - blank of the active element (AE); b) AE with an electrode and a polymer film, where 2 is an electrode, 3 is a film; c) KPM blank type 2 - 0 - 2.

Ниже приведён пример осуществления изобретения.The following is an example embodiment of the invention.

Пример 1. Example 1

В качестве исходного компонента шликера использовался УДП фазы титаната-цирконата свинца (ЦТС) состава Pb0,95Sr0,05Ti0,45Zr0,53Cd0,01W0,01O3. Массовая доля УДП в шликере 55,7 мас. %. УДП сегнетофазы вместе с порообразователем - порошком бензойной кислоты (9,40 мас. %), дистиллированной водой (17,50 мас. %), связующим - водная (50 %) дисперсия сополимера этилакрилата, метилакрилата и двухосновной ненасыщенной карбоновой кислоты (12,10 мас. %), пластификатором - гексиленгликоль (3,80 мас.%), диспергатором - 8%-ный водный раствор сополимера винилацетата и малеиновой кислоты, (0,80 мас. %), неионогенными ПАВ 1 - моноалкиловые эфиры полиэтиленгликолей с молекулярной массой 560-1000 (0,10 мас. %), ПАВ 2 – оксиэтилироанный изононилфенол (0,18 мас. %,), загустителем - водная (45%) дисперсия сополимера винилацетата, бутилакрилата и метакриловой кислоты (0,22 мас. %), пеногаситель - пропоксилат спиртов фракции C7-C12 (0,20 мас. %), помещались в шаровую мельницу (время смешения 2 – 5 часов в зависимости от массы изготавливаемой суспензии), а затем в смеситель с турбинной мешалкой с последующим удалением из шликера воздуха при остаточном давлении порядка 0,01 ат. The lead component of the slurry was the lead phase titaniumate-zirconate (PZT) phase composition Pb 0.95 Sr 0.05 Ti 0.45 Zr 0.53 Cd 0.01 W 0.01 O 3 . Mass fraction of UDP in slip 55.7 wt. % The UDP of the ferroelectric phase together with a pore former - benzoic acid powder (9.40 wt.%), Distilled water (17.50 wt.%), A binder - an aqueous (50%) dispersion of a copolymer of ethyl acrylate, methyl acrylate and dibasic unsaturated carboxylic acid (12.10 wt.%), plasticizer - hexylene glycol (3.80 wt.%), dispersant - 8% aqueous solution of a copolymer of vinyl acetate and maleic acid (0.80 wt.%), nonionic surfactant 1 - monoalkyl ethers of polyethylene glycols with a molecular weight 560-1000 (0.10 wt.%), Surfactant 2 - hydroxyethylated isononylphenol (0.18 wt.%,), Thicken Lem - water (45%) dispersion of a copolymer of vinyl acetate, butyl acrylate and methacrylic acid (0.22 wt.%), antifoam - propoxylate of alcohols of the C 7 -C 12 fraction (0.20 wt.%), were placed in a ball mill (mixing time 2 to 5 hours, depending on the mass of the suspension being made), and then to a mixer with a turbine mixer, followed by removal of air from the slip at a residual pressure of about 0.01 atm.

Изготовление сырых плёнок включало набор стандартных операций, выполнявшихся по инструкции в рамках комплекса литьевого оборудования фирмы «Кeko equipment» (литьевая машина CAM-L25, установки типа SD и SС для сушки и резки плёнки, соответственно). Последовательность операций: литье пленки через фильеру на лавсановую подложку, прокатка пленки через валки (вальцевание), отделение пленки от лавсановой подложки, резка полученной пленки на заготовки заданной конфигурации и размеров (прямоугольники толщина 0,12 – 0,18 мм, ширина 5 мм и длина 12 мм). Заготовки располагают на плотной керамической подложке из оксида циркония, покрытого тонким слоем порошка этого оксида (для предотвращения припекания плёнок к подложке). Подложки, вместе с плёнками размещаются в прямоугольной корундовой кювете, засыпаются крупнокристаллическим порошком оксида циркония и нагреваются до 125оС со скоростью 3оС/мин. Скорость же нагревания плёнок в интервале 125 – 250оС составляет не более 2оС/мин. Образцы выдерживаются при 250оС в течение 25 – 30 минут для завершения полного удаления порообразователя и связующего из системы. После окончания изотермического обжига, вплоть до температуры спекания (1100 - 1120оС), средняя скорость изменения температуры системы составляет, в среднем 5,1оС/мин. Спекание при 1100 - 1120оС осуществляется в течение 70 – 90 минут. Охлаждение образцов до комнатной температуры происходит в течение 5 – 6 часов. The production of raw films included a set of standard operations carried out according to the instructions within the framework of the Keko equipment complex of injection equipment (CAM-L25 injection machine, SD and SC type installations for drying and cutting the film, respectively). The sequence of operations: casting a film through a die onto a lavsan substrate, rolling the film through rolls (rolling), separating the film from the lavsan substrate, cutting the resulting film into blanks of a given configuration and size (rectangles 0.12 - 0.18 mm thick, 5 mm wide and length 12 mm). The blanks are placed on a dense zirconia ceramic substrate coated with a thin layer of this oxide powder (to prevent the films from sticking to the substrate). The substrates, together with the films, are placed in a rectangular corundum cuvette, filled with coarse-grained zirconium oxide powder and heated to 125 ° C at a speed of 3 ° C / min. The heating rate of the films in the range of 125 - 250 ° C is not more than 2 ° C / min. Samples were maintained at 250 ° C for 25 - 30 minutes to complete the complete removal of porogen and binder system. After closure of the isothermal sintering until the sintering temperature (1100 - 1120 ° C), the average rate of change of temperature of the system is, on the average 5.1 ° C / min. Sintering at 1100 - 1120 ° C is performed for 70 - 90 minutes. The samples are cooled to room temperature within 5-6 hours.

Средняя пористость изготовленных плёнок, измеренная с соответствии с ГОСТ 2409-2014 [27], составила 49 объ.%. На параллельные торцевые плоскости плёнок, методом вжигания, наносились серебряные электроды. За счёт пористости материала паста проникала в поверхностный слой материала на глубину до 0,4 мм. Образцы поляризовались в кассете полем 2,5 кВ/мм. The average porosity of the manufactured films, measured in accordance with GOST 2409-2014 [27], amounted to 49 vol.%. Silver electrodes were applied to the parallel end planes of the films by annealing. Due to the porosity of the material, the paste penetrated into the surface layer of the material to a depth of 0.4 mm. Samples were polarized in a cassette with a field of 2.5 kV / mm.

Параллельно изготавливаются плёнки пористого полимера. Для этого двухкомпонентный силиконовый компаунд пентэласт®-712, в объёмном соотношении 3 : 1 разбавлялся смесью уайт-спирита и крезола (содержание в смеси уайт-спирита 90 объ.%, крезола 10 объ.%). Смесь компаунда и разбавителя помещали в ёмкость с полусферическим дном. В качестве стабилизатора пены к ней добавляли этилсиликат-40 (0,005 мас. %). Предварительное смешение компонентов (лопастная мешалка) проводилось в течение 10 мин, смесь, а затем смесь (в течение 45 сек) вспенивали за счёт пропускания через неё (под давлением) воздуха. Вспененная жидкость, вновь, интенсивно перемешивалась с помощью мощной лопастной мешалки. Через 12 мин после начала повторного перемешивания, смесь, через фильеру, разливалась на тефлоновую поверхность. Время необходимое (при температуре 32оС) для образования на тефлоновой поверхности пористой плёнки толщиной 180 – 200 мкм, составляет 12 часов. Её пористость, оцененная по изменению плотности, относительно плёнки, изготовленной по инструкции для компаунда пентэласт®-712 [28] (плотность:1,26 г/см3) составила, в среднем 37 объ.%. In parallel, films of a porous polymer are made. For this, the two-component silicone compound pentelast®-712, in a volume ratio of 3: 1, was diluted with a mixture of white spirit and cresol (the content of the white spirit mixture was 90 vol.%, Cresol 10 vol.%). The mixture of compound and diluent was placed in a tank with a hemispherical bottom. Ethyl silicate-40 (0.005 wt.%) Was added to it as a foam stabilizer. The components were preliminarily mixed (paddle mixer) for 10 min, the mixture, and then the mixture (for 45 sec) were foamed by passing air through it (under pressure). The foamed liquid was again intensively mixed using a powerful paddle mixer. 12 minutes after the start of repeated mixing, the mixture, through a die, was poured onto a Teflon surface. The time required (at 32 ° C) to form on the surface of the porous PTFE film thickness of 180 - 200 microns, it is 12 hours. Its porosity, estimated by the change in density, relative to the film made according to the instructions for the compound pentelast®-712 [28] (density: 1.26 g / cm 3 ), averaged 37 vol.%.

Сборка КПМ осуществлялась путём поочерёдного соединения керамических и полимерных пластин за счёт компаунда пентэласт®-712 (фиг.1). В данном примере, количество АЭ в стопке (средняя толщина пористых керамических пластин 0,12 мм) и полимерных слоёв (средняя толщина 0,27 мм), размер которой в направлении перпендикулярном плоскости пластин равен 10 мм, в среднем составляет 25 штук, с учётом толщины пластин АЭ и полимерных слоёв, объёмная доля АЭ в системе порядка 30 объ.%, (для блока – рис.1б – объёмное соотношение керамика: полимер 1: 2) а с учётом, что пористость каждой пластины АЭ (49 объ. %), содержание сегнетофазы в системе порядка 15 объ.%.. Электрофизические свойства этого материала, в сравнении со свойствами сходных по связности КПМ представлены в таблице. The assembly of the CPM was carried out by alternately connecting ceramic and polymer plates due to the compound pentelast®-712 (figure 1). In this example, the amount of AE in the stack (average thickness of porous ceramic plates 0.12 mm) and polymer layers (average thickness 0.27 mm), the size of which in the direction perpendicular to the plane of the plates is 10 mm, an average of 25 pieces, taking into account the thickness of the AE wafers and polymer layers, the volume fraction of AE in the system is about 30 vol.%, (for the block - fig. 1b - the volume ratio of ceramic: polymer is 1: 2) and taking into account that the porosity of each AE wafer (49 vol.%) , the content of the ferroelectric phase in the system is about 15 vol.% .. Electrophysical properties of this material compared with the properties of similar CPM connectivity presented in the table.

Таблица                                                                                                              Table

СФSF объ.%
АЭ
vol%
AE
ПолимерPolymer тип КПМKPM type gv•103
В•м/Н
g v • 10 3
V • m / N
dv
pK/H
d v
pK / H
dv• gv•1012
м2
d v • g v • 10 12
m 2 / N
Лит.
ссылки
Lit.
links
ЦТСPZT 30thirty ПСКUCS 2 – 0 – 2 - 02 - 0 - 2 - 0 112112 151151 17,417.4 предлагаемый КПМproposed KPM ЦТС PZT < 10<10 ЭПEP 1 - 313 7070 63 63 4,14.1 [11][eleven] ЦТСPZT 10 - 1510 - 15 ППУPPU 1 - 3 - 01 - 3 - 0 69 -10869-108 72 - 14072 - 140 5,4 -15,15,4 -15,1 [13][13] ЦТСPZT 2929th ПВФPVF 3 - 33 - 3 10ten 30thirty 0,30.3 [22][22] ЦТСPZT 6 - 106 - 10 ЭПEP 1 - 313 30 - 3530 - 35 20 - 3020 - 30 0,7 - 0,90.7 - 0.9 [21][21] ЦТСPZT 7676 ЭПEP 2 – 2 2 - 2 6 - 76 - 7 67 - 6967 - 69 407 - 486407 - 486 [12][12]

*ПСК – пористый силиконовый каучук, ЭП– эпоксидная смола; ППУ– пористый полиуретан. * PSK - porous silicone rubber, EP - epoxy; PUF - porous polyurethane.

Аналогичные результаты получены при использовании других указанных компонентов и в пределах указанных количеств.Similar results were obtained using the other specified components and within the indicated amounts.

Как видно из таблицы, полученные пьезопараметры, определяемые диэлектрической проницаемостью материала и его упругой податливостью [7, 11], т.е. объёмная пьезочувствительность (gv) объёмный пьезомодуль (dv) и фактор приёма (dv•gv) превосходят известные аналоги стержневого и пластинчатого типа. По сравнению с прототипом [24] указанные характеристики также будут иметь более высокие значения, принимая во внимание, что материал прототипа сформирован на основе плотных керамических плёнок, которые имеют более высокую диэлектрическую проницаемость и низкую упругую податливость, чем пористые плёнки [3 – 7, 9 – 13, 25]. Предлагаемый способ по сравнению с прототипом более прост, поскольку керамические и полимерные пластины соединяются между собой «склеиванием» в процессе полимеризации полимерных плёнок (то есть, не требуется проводить дополнительные операции для соединения плёнок, а также не требуется проводить операции по удалению технологических форм, шлифовки и резки образцов).As can be seen from the table, the piezoelectric parameters obtained are determined by the dielectric constant of the material and its elastic compliance [7, 11], i.e. volumetric piezosensitivity (g v ) volumetric piezoelectric module (d v ) and reception factor (d v • g v ) surpass the known analogs of the rod and plate type. Compared with the prototype [24], these characteristics will also have higher values, taking into account that the material of the prototype is formed on the basis of dense ceramic films, which have a higher dielectric constant and low elastic compliance than porous films [3 - 7, 9 - 13, 25]. The proposed method compared to the prototype is simpler, since ceramic and polymer plates are interconnected by “gluing” during the polymerization of polymer films (that is, it is not necessary to carry out additional operations to connect the films, and also it is not necessary to carry out operations to remove technological forms, grinding and cutting samples).

Литература Literature

1. Smith, W.A., The role of piezocomposites in ultrasonic transducers, 1989. Ultrasonics Symposium, Proceedings. IEEE 1989. vol. 2, pp. 775–766 1. Smith, W. A., The role of piezocomposites in ultrasonic transducers, 1989. Ultrasonics Symposium, Proceedings. IEEE 1989. vol. 2, pp. 775–766

2. Goldberg, R. L., et al., Performance of Multi-Layer 2-D Transducer Arrays, Ultrasonic Symposium, IEEE, 1993, pp. 1103–1106.2. Goldberg, R. L., et al., Performance of Multi-Layer 2-D Transducer Arrays, Ultrasonic Symposium, IEEE, 1993, pp. 1103-1106.

3. Smith W.A., Composite Piezoelectric Materials for Medical Ultrasonic Imaging Transducers-A Review, IEEE; 1996; pp. 249–256.3. Smith W. A., Composite Piezoelectric Materials for Medical Ultrasonic Imaging Transducers-A Review, IEEE; 1996; pp. 249–256.

4. Smith W.A., New Opportunities in Ultrasonic Transducers Emerging from Innovations in Piezoelectric Materials, SPIE International Ultrasonics Symposium; 1992. 4. Smith W. A., New Opportunities in Ultrasonic Transducers Emerging from Innovations in Piezoelectric Materials, SPIE International Ultrasonics Symposium; 1992.

5. K. Lubitz, A. Wolff, and G. Preu, “New piezoelectric composites for ultrasonic transducers,” Ferroelectrics, 1992, vol. 133, pp. 27–315. K. Lubitz, A. Wolff, and G. Preu, “New piezoelectric composites for ultrasonic transducers,” Ferroelectrics, 1992, vol. 133, pp. 27–31

6. K. Lubitz, A. Wolff, and B. Schulmeyer, “New piezoelectric composites for ultrasonic transducers,” Ferroelectrics, 1992, vol. 133, pp. 21–26, 6. K. Lubitz, A. Wolff, and B. Schulmeyer, “New piezoelectric composites for ultrasonic transducers,” Ferroelectrics , 1992, vol. 133, pp. 21–26,

7. Topolov V. Yu., Bowen C.R., Panich A.A., et al., Piezoelectric sensitivity and hydrostatic response of novel lead-free 2-0-2 composites with two single-crystal components, Materials Chemistry and Physics, 2017, vol. 201, pp.224 - 2347. Topolov V. Yu., Bowen C.R., Panich A.A., et al., Piezoelectric sensitivity and hydrostatic response of novel lead-free 2-0-2 composites with two single-crystal components, Materials Chemistry and Physics, 2017, vol. 201, pp. 224 - 234

8. Schaeffer R. P., Janas V. F., and Safari A., “Engineering of fine structured 2-2 and 2-0-2 piezoelectric ceramic/polymer composites by tape casting,” presented at 10th IEEE Int. Symp. Appl.Ferroelect., East Brunswick, 1996.№J, pt. 2 (of 2), 8. Schaeffer R. P., Janas V. F., and Safari A., “Engineering of fine structured 2-2 and 2-0-2 piezoelectric ceramic / polymer composites by tape casting,” presented at 10th IEEE Int. Symp Appl. Ferroelect., East Brunswick, 1996. No. J, pt. 2 (of 2),

9. Safari A., Akdogan E.K. Piezoelectric and acoustic materials for transducer applications. New York: Springer, 2008, 481 p.: il.9. Safari A., Akdogan E.K. Piezoelectric and acoustic materials for transducer applications. New York: Springer, 2008, 481 p.: Il.

10. Safari, A. Danforth, S.C. Solid freeform fabrication of novel piezoelectric ceramics and composites for transducer applications// Ferroelectrics. 1999. Vol. 231, № 1–4. pp.143–157.10. Safari, A. Danforth, S.C. Solid freeform fabrication of novel piezoelectric ceramics and composites for transducer applications // Ferroelectrics. 1999. Vol. 231, No. 1-4. pp. 143–157.

11. Klicker, K.A. Composites of PZT and epoxy for hydrostatic transducer applications [Тext] / K.A. Klicker, J.V. Biggers, R.E. Newnham // J. Am. Ceram. Soc. – 1981. – Vol.64, N 1. – P.5–9.11. Klicker, K.A. Composites of PZT and epoxy for hydrostatic transducer applications [Text] / K.A. Klicker, J.V. Biggers, R.E. Newnham // J. Am. Ceram. Soc. - 1981. - Vol. 64, N 1. - P.5–9.

12.Смотраков В.Г., Еремкин В.В., Ситало Е.И. получение и свойства композиционных материалов пьезоэлектрическая керамика – полимер с типом связности 1-3 (2-2)12.Smotrakov V.G., Eremkin V.V., Sitalo E.I. production and properties of composite materials piezoelectric ceramics - polymer with a type of connectivity 1-3 (2-2)

13. Akdogan, E. K., Allahverdi, M., and Safari A., Piezoelectric Composites for Sensor and Actuator Applications// IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, 2005, vol. 52, № 5, may, pp. 746 – 775 13. Akdogan, E. K., Allahverdi, M., and Safari A., Piezoelectric Composites for Sensor and Actuator Applications //IEEETransactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, 2005, vol. 52, No. 5, may, pp. 746 - 775

14. Klicker, K. A., Newnham, R. E., Cross, L. E., and Biggers, J. V., “PZT composites and a fabrication method thereof,” U.S. Patent 4412148, Oct. 25, 1983.14. Klicker, K. A., Newnham, R. E., Cross, L. E., and Biggers, J. V., “PZT composites and a fabrication method thereof,” U.S. Patent 4412148, Oct. 25, 1983.

15. Newnham R. E. et al., Composite Piezoelectric Transducer; Materials in Engineering, 1980, vol. 2, pp. 93-106,15. Newnham R. E. et al., Composite Piezoelectric Transducer; Materials in Engineering, 1980, vol. 2, pp. 93-106,

16. Savakus, H. P., Klicker K. A., and Newnham R. E., PZT-Epoxy piezoelectric transducers: A Simplified Fabrication Procedures; 1981, Mater. Res. Bull., vol. 16, pp. 677–68616. Savakus, HP, Klicker KA, and Newnham RE, PZT-Epoxy piezoelectric transducers: A Simplified Fabrication Procedures; 1981, Mater. Res. Bull. , vol. 16, pp. 677–686

17. U. Bast, H. Kaarmann, K. Lubitz, M. Vogt, W. Wersing, and D. Cramer, “Composite ultrasonic transducer and method for manufacturing a structured component therefore of a piezoelectric,” U.S. Patent 5164920, Nov. 17, 1992.17. U. Bast, H. Kaarmann, K. Lubitz, M. Vogt, W. Wersing, and D. Cramer, “Composite ultrasonic transducer and method for manufacturing a structured component therefore of a piezoelectric,” U.S. Patent 5164920, Nov. 17, 1992.

18. J. W. Sliwa, S. Ayter, and J. P. Mohr, “Method for making piezoelectric composites,” U.S. Patent 5239736, Aug. 31, 1993.18. J. W. Sliwa, S. Ayter, and J. P. Mohr, “Method for making piezoelectric composites,” U.S. Patent 5239736, Aug. 31, 1993.

19. K. Rittenmyer, T. Shrout, W. A. Schulze, and R. E. Newnham, “Piezoelectric 3-3 composites,” Ferroelectrics, vol. 41, pp. 323–329, 1982.19. K. Rittenmyer, T. Shrout, WA Schulze, and RE Newnham, “Piezoelectric 3-3 composites,” Ferroelectrics , vol. 41, pp. 323–329, 1982.

20. Becker E. W., Ehrfeld W., P. Hagmann, A. Maner, and D. Munchmeyer, “Fabrication of microstructures with high aspect ratios and great structural heights by synchrotron radiation lithography, galvanoforming, and plastic moulding (LIGA process),” Microelectron. Eng., 1986 vol. 4, pp. 35–56.20. Becker EW, Ehrfeld W., P. Hagmann, A. Maner, and D. Munchmeyer, “Fabrication of microstructures with high aspect ratios and great structural heights by synchrotron radiation lithography, galvanoforming, and plastic molding (LIGA process),” Microelectron Eng. 1986 vol. 4, pp. 35–56.

21. Safari, A., Janas, V.F., McNulty T.F., Method for Making Piezoelectric Composites, US Patent № 5,615,466, Date of Patent: Apr. 1, 1998. H01L 41/2221. Safari, A., Janas, V.F., McNulty T.F., Method for Making Piezoelectric Composites, US Patent No. 5,615,466, Date of Patent: Apr. 1, 1998. H01L 41/22

22. Safari, A., Janas, V.F., Bandyopadhyay, A., et al.. Ceramic Composites and Methods for Producing Same, US Patent № 5,818, 149. Date of Patent: Oct. 6, 199822. Safari, A., Janas, V.F., Bandyopadhyay, A., et al. Ceramic Composites and Methods for Producing Same, US Patent No. 5,818, 149. Date of Patent: Oct. 6, 1998

23. L. J. Bowen, R. L. Gentilman, H. T. Pham, D. F. Fiore, and K. W. French, “Injection molded fine-scale piezoelectric composite transducers,” in Proc. IEEE Ultrason. Symp., 1993, pp. 499–501.23. LJ Bowen, RL Gentilman, HT Pham, DF Fiore, and KW French, “Injection molded fine-scale piezoelectric composite transducers,” in Proc. IEEE Ultrason. Symp 1993, pp. 499-501.

24. Gururaja, T. R. Method for Making a Transducer, US Patent № 6,868,594 B2, Date of Patent: 2005, Mar. 22. 24. Gururaja, T. R. Method for Making a Transducer, US Patent No. 6,868,594 B2, Date of Patent: 2005, Mar. 22.

25. R. E. Newnham, “Composite electroceramics,” Ferroelectrics, 1986,vol. 1, pp. 1–32,25. RE Newnham, “Composite electroceramics,” Ferroelectrics , 1986, vol. 1, pp. 1–32,

26. Бочаров В.В., Миньков В.А., Коломайнен В. В. и др. Состав шликера для изготовления керамических пленок. Патент РФ № 2045496, Дата пуб.: 10.10.199526. Bocharov V.V., Minkov V.A., Kolomainen V.V. et al. Slip composition for the manufacture of ceramic films. RF patent № 2045496, Pub date: 10/10/1995

27. ГОСТ 2409-2014 Огнеупоры. Метод определения кажущейся плотности, открытой и общей пористости, водопоглощения. Дата введения 2015-09-0127. GOST 2409-2014 Refractories. Method for determining apparent density, open and total porosity, water absorption. Date of introduction 2015-09-01

28. Двухкомпонентные герметики пентэласт®-711 и 712, инструкция по использованию, penta@penta-junior.ru28. Two-component sealants pentelast®-711 and 712, instructions for use, penta@penta-junior.ru

Claims (38)

1. Композиционный пьезоматериал, характеризующийся тем, что включает пористые керамические плёнки сегнетоэлектрика цирконата/титаната свинца, или метаниобата свинца, или титаната свинца, или твёрдых растворов на их основе, соединённые с пористыми полимерными плёнками на основе силиконового компаунда с электрическим сопротивлением не менее 1010 Ом·см, при этом керамическая плёнка получена из шликера состава, мас. %:1. Composite piezoelectric material, characterized in that it includes porous ceramic films of ferroelectric zirconate / lead titanate, or lead methaniobate, or lead titanate, or solid solutions based on them, connected to porous polymer films based on silicone compound with an electrical resistance of at least 10 10 Ohm · cm, while the ceramic film is obtained from a slip composition, wt. %: активная фаза: ультрадисперсный порошок цирконата/титаната свинца, или метаниобата свинца, или титаната свинца, или твёрдых растворов на их основе 45,50-62,20, active phase: ultrafine powder of lead zirconate / titanate, or lead methaniobate, or lead titanate, or solid solutions based on them 45.50-62.20, порообразователь: blowing agent: порошок бензойной кислоты 2,95-12,40benzoic acid powder 2.95-12.40 или оксалата аммония 3,20-13,8, or ammonium oxalate 3.20-13.8, дистиллированная вода 12,40-18,55, distilled water 12.40-18.55, связующее: 50-65 мас. % водная дисперсия сополимера этилакрилата, метилакрилата и двухосновной ненасыщенной карбоновой кислотыbinder: 50-65 wt. % aqueous dispersion of a copolymer of ethyl acrylate, methyl acrylate and dibasic unsaturated carboxylic acid 8,05-12,40,  8.05-12.40, пластификатор: этиленгликоль или гексиленгликоль 1,10-4,20, plasticizer: ethylene glycol or hexylene glycol 1.10-4.20, диспергатор: 7-12% водный раствор сополимера винилацетата и малеиновой кислоты, в котором 0,8-1,5 эквивалента карбоксильных групп нейтрализовано аммиаком 0,36-0,95,dispersant: 7-12% aqueous solution of a copolymer of vinyl acetate and maleic acid, in which 0.8-1.5 equivalents of carboxyl groups are neutralized with ammonia 0.36-0.95, неионогенный ПАВ1: моноалкиловые эфиры полиэтиленгликолей с молекулярной массой 560-1000 0,07-0,15, nonionic surfactant 1: monoalkyl ethers of polyethylene glycols with a molecular weight of 560-1000 0.07-0.15, неиогенный ПАВ 2: оксиэтилироанный изононилфенол 0,10-0,25,non-ionic surfactant 2: hydroxyethylated isononylphenol 0.10-0.25, загуститель: 42-50% водная дисперсия сополимера винилацетата, бутилакрилата и метакриловой кислоты thickener: 42-50% aqueous dispersion of a copolymer of vinyl acetate, butyl acrylate and methacrylic acid или поливиниловый спирт 0,16-0,52, or polyvinyl alcohol 0.16-0.52, пеногаситель: пропоксилат спиртов фракции C7-C12 0,03-0,33,antifoam: propoxylate alcohols fraction C 7 -C 12 0,03-0,33, а пористая полимерная плёнка получена из смеси состава, об.%:and the porous polymer film is obtained from a mixture of the composition, vol.%: силиконовый компаунд с электрическим сопротивлением не менее 1010 Ом·см 70-80,silicone compound with an electrical resistance of at least 10 10 Ohm · cm 70-80, стабилизатор пены 0,001-0,005,foam stabilizer 0.001-0.005, уайт-спирит и крезол остальное white spirit and cresol rest при объёмном соотношении уайт-спирит/крезол от 2:1 до 3:1 и 9:1.with a volume ratio of white spirit / cresol from 2: 1 to 3: 1 and 9: 1. 2. Композиционный пьезоматериал по п.1, характеризующийся тем, что в качестве связующего взят продукт АК-260. 2. The composite piezoelectric material according to claim 1, characterized in that the product AK-260 is taken as a binder. 3. Композиционный пьезоматериал по п.1, характеризующийся тем, что в качестве пластификатора взяты этиленгликоль или гексиленгликоль.3. The composite piezoelectric material according to claim 1, characterized in that ethylene glycol or hexylene glycol is taken as a plasticizer. 4. Композиционный пьезоматериал по п.1, характеризующийся тем, что в качестве диспергатора взят сополимер, полученный осадительной полимеризацией винилацетата и малеинового ангидрида в среде органического растворителя с последующим растворением в воде и нейтрализацией карбоксильных групп.4. The composite piezoelectric material according to claim 1, characterized in that the copolymer obtained by precipitating polymerization of vinyl acetate and maleic anhydride in an organic solvent is used as a dispersant, followed by dissolution in water and neutralization of the carboxyl groups. 5. Композиционный пьезоматериал по п.1, характеризующийся тем, что в качестве неионогенного ПАВ1 взят продукт, полученный этерификацией кислот полиэтиленгликолями. 5. The composite piezoelectric material according to claim 1, characterized in that the product obtained by the esterification of acids with polyethylene glycols is taken as a nonionic surfactant. 6. Композиционный пьезоматериал по п.1, характеризующийся тем, что в качестве неиогенного ПАВ 2 взят продукт Неонол АФ 9-25. 6. The composite piezoelectric material according to claim 1, characterized in that the product Neonol AF 9-25 is taken as a non-ionic surfactant 2. 7. Композиционный пьезоматериал по п.1, характеризующийся тем, что в качестве загустителя взят продукт АК-215.7. The composite piezoelectric material according to claim 1, characterized in that the product AK-215 is taken as a thickener. 8. Композиционный пьезоматериал по п.1, характеризующийся тем, что в качестве пеногасителя взят продукт ГДП-1. 8. The composite piezoelectric material according to claim 1, characterized in that the product GDP-1 is taken as a defoamer. 9. Композиционный пьезоматериал по п.1, характеризующийся тем, что в качестве силиконового компаунда взят компаунд пентэласт®-712, или «Виксинт», или «Силагерм», или Silicon SK-419.9. The composite piezoelectric material according to claim 1, characterized in that the compound pentelast®-712, or Vixint, is taken as a silicone compound, or"Silagerm ", or Silicon SK-419. 10. Композиционный пьезоматериал по п.1, характеризующийся тем, что в качестве стабилизатора пены взяты кремнийорганические жидкости, например этилсиликаты. 10. The composite piezoelectric material according to claim 1, characterized in that organosilicon liquids, for example ethyl silicates, are taken as a foam stabilizer. 11. Способ изготовления композиционного пьезоматериала (КПМ) по п.1, характеризующийся тем, что включает изготовление керамических плёнок из ультрадисперсных порошков (УДП) свинецсодержащих сегнетофаз с последующим их ступенчатым обжигом и спеканием по обычной пьезокерамической технологии, нанесение электродов на торцевые поверхности плёнок, изготовление пористых полимерных плёнок на основе силиконового компаунда, сборку КПМ путём соединения керамических плёнок с частично полимеризованными полимерными плёнками, формирование двух единых параллельных электродов и токовыводов, соединяющих верхние электроды отдельных активных элементов (АЭ) и нижние электроды отдельных АЭ, с последующей поляризацией АЭ КПМ и внешней герметизацией КПМ. 11. A method of manufacturing a composite piezomaterial (KPM) according to claim 1, characterized in that it includes the manufacture of ceramic films from ultrafine powders (UDP) of lead-containing ferro-phases with their subsequent step-firing and sintering according to conventional piezoceramic technology, applying electrodes to the end surfaces of the films, manufacturing porous polymer films based on silicone compound, CPM assembly by joining ceramic films with partially polymerized polymer films, the formation of two units other parallel electrodes and current outputs connecting the upper electrodes of the individual active elements (AE) and the lower electrodes of the individual AEs, followed by polarization of the AE KPM and external sealing KPM. 12. Способ по п.11, характеризующийся тем, что изготовление пористой керамической плёнки включает формирование сырых плёнок сегнетоэлектрика цирконата/титаната свинца, или метаниобата свинца, или титаната свинца, или твёрдых растворов на их основе из шликера на основе ультрадиспрсных порошков сегнетоэлекрика. 12. The method according to claim 11, characterized in that the manufacture of a porous ceramic film includes the formation of crude films of ferroelectric zirconate / lead titanate, or lead methaniobate, or lead titanate, or solid solutions based on them from a slip based on ultrafine powders of ferroelectric. 13. Способ по п.11, характеризующийся тем, что готовят пористые керамические плёнки с толщиной 0,12-0,18 мм в виде квадратов или прямоугольников со сторонами от 3 до 20 мм. 13. The method according to claim 11, characterized in that porous ceramic films with a thickness of 0.12-0.18 mm are prepared in the form of squares or rectangles with sides from 3 to 20 mm. 14. Способ по п.11, характеризующийся тем, что изготовление полимерной плёнки включает разбавление силиконового компаунда смесью уайт-спирита и крезола и добавление к нему стабилизатора с последующим вспениванием смеси пропусканием через неё воздуха под давлением, перемешиванием и формированием плёнки. 14. The method according to claim 11, characterized in that the manufacture of the polymer film comprises diluting the silicone compound with a mixture of white spirit and cresol and adding a stabilizer to it, followed by foaming the mixture by passing air through it under pressure, mixing and forming the film. 15. Способ по п.14, характеризующийся тем, что разбавление силиконового компаунда смесью уайт-спирита и крезола проводят в их объёмном соотношении от 2:1 до 3:1 и 9:1. 15. The method according to 14, characterized in that the dilution of the silicone compound with a mixture of white spirit and cresol is carried out in their volume ratio from 2: 1 to 3: 1 and 9: 1. 16. Способ по п.14, характеризующийся тем, что в качестве стабилизатора пены к смеси добавляют кремнийорганические жидкости, например этилсиликаты. 16. The method according to 14, characterized in that as a stabilizer of the foam, organosilicon liquids, for example ethyl silicates, are added to the mixture. 17. Способ по п.14, характеризующийся тем, что пропускают воздух под давлением в течение 30-60 с с помощью насадки с диаметром выходных отверстий менее 1 мм.17. The method according to 14, characterized in that the air is passed under pressure for 30-60 using a nozzle with an outlet diameter of less than 1 mm 18. Способ по п.14, характеризующийся тем, что перемешивание проводят 5-15 мин. 18. The method according to 14, characterized in that the mixing is carried out for 5-15 minutes 19. Способ по п.14, характеризующийся тем, что формирование плёнки осуществляют, разливая её на тефлоновую поверхность. 19. The method according to 14, characterized in that the formation of the film is carried out by spilling it on a teflon surface.
RU2018138582A 2018-11-01 2018-11-01 Composite piezoelectric material and method of its production RU2695917C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018138582A RU2695917C1 (en) 2018-11-01 2018-11-01 Composite piezoelectric material and method of its production

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018138582A RU2695917C1 (en) 2018-11-01 2018-11-01 Composite piezoelectric material and method of its production

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2695917C1 true RU2695917C1 (en) 2019-07-29

Family

ID=67586898

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018138582A RU2695917C1 (en) 2018-11-01 2018-11-01 Composite piezoelectric material and method of its production

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2695917C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2751896C1 (en) * 2020-11-30 2021-07-19 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Южный федеральный университет» Composite piezomaterial and method for its manufacture
RU2787452C2 (en) * 2021-01-11 2023-01-09 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Method for producing lead-free piezoceramics using 3d printing

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1807041A1 (en) * 1990-07-09 1993-04-07 Nii Girikond S Z Method for manufacturing multilayer condenser ceramic blank
RU2045496C1 (en) * 1991-01-22 1995-10-10 Малое предприятие "Экотех" Slip composition for ceramic film making
US6868594B2 (en) * 2001-01-05 2005-03-22 Koninklijke Philips Electronics, N.V. Method for making a transducer
US20090064476A1 (en) * 2007-07-27 2009-03-12 The Penn State Research Foundation Piezoelectric materials based on flexoelectric charge separation and their fabrication
RU2414017C1 (en) * 2010-03-10 2011-03-10 Общество с ограниченной ответственностью "ПьезоТех" (ООО "ПьезоТех") Method of producing composite piezoelectric material
CN102437282B (en) * 2011-09-19 2013-12-25 南京航空航天大学 Piezoelectric ceramic fibrous composite material and preparation method thereof
RU2533539C1 (en) * 2013-05-27 2014-11-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный университет" Piezoelectric shock pick-up
US20160181506A1 (en) * 2014-12-18 2016-06-23 The Regents Of The University Of California Piezoelectric nanoparticle-polymer composite structure

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1807041A1 (en) * 1990-07-09 1993-04-07 Nii Girikond S Z Method for manufacturing multilayer condenser ceramic blank
RU2045496C1 (en) * 1991-01-22 1995-10-10 Малое предприятие "Экотех" Slip composition for ceramic film making
US6868594B2 (en) * 2001-01-05 2005-03-22 Koninklijke Philips Electronics, N.V. Method for making a transducer
US20090064476A1 (en) * 2007-07-27 2009-03-12 The Penn State Research Foundation Piezoelectric materials based on flexoelectric charge separation and their fabrication
RU2414017C1 (en) * 2010-03-10 2011-03-10 Общество с ограниченной ответственностью "ПьезоТех" (ООО "ПьезоТех") Method of producing composite piezoelectric material
CN102437282B (en) * 2011-09-19 2013-12-25 南京航空航天大学 Piezoelectric ceramic fibrous composite material and preparation method thereof
RU2533539C1 (en) * 2013-05-27 2014-11-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный университет" Piezoelectric shock pick-up
US20160181506A1 (en) * 2014-12-18 2016-06-23 The Regents Of The University Of California Piezoelectric nanoparticle-polymer composite structure

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2751896C1 (en) * 2020-11-30 2021-07-19 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Южный федеральный университет» Composite piezomaterial and method for its manufacture
RU2787452C2 (en) * 2021-01-11 2023-01-09 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Method for producing lead-free piezoceramics using 3d printing

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9650302B2 (en) Method for producing electrostatic chuck and electrostatic chuck
CN107851774A (en) Casting and the method and material of sintering green compact garnet
RU2695917C1 (en) Composite piezoelectric material and method of its production
TW201734124A (en) Binder for production of inorganic sintered body
CN106007711A (en) Preparation method of piezoelectric tubes with high length-diameter ratio
Wang et al. Lost silicon mold process for PZT microstructures
KR102473252B1 (en) Slurry composition, ceramic green sheet and coated sheet
CN105732022A (en) Preparation method of piezoelectric ceramic with high Curie temperature and film thereof
RU2751896C1 (en) Composite piezomaterial and method for its manufacture
WO2021060499A1 (en) Polyvinyl acetal resin
Bast et al. The influence of internal voids with 3–1 connectivity on the properties of piezoelectric ceramics prepared by a new planar process
JP2802173B2 (en) Composite dielectric
Park et al. Preparation of Dense Lead Magnesium Niobate–Lead Titanate (Pb (Mg1/3Nb2/3) O3–PbTiO3) Ceramics by Spark Plasma Sintering
JP2022173524A (en) polyvinyl acetal resin
JPH09147754A (en) Plasma display device substrate and manufacture thereof
US20130285510A1 (en) Method for fabricating piezoelectric composite material and piezoelectric power generating device
CN113880574A (en) PZT-5 type ceramic wafer stacking and sintering method
EP3766856A1 (en) Piezoelectric ceramic, ceramic electronic component, and production method for piezoelectric ceramic
WO2014156409A1 (en) Dielectric porcelain composition and composite ceramic structural body
RU2693205C1 (en) Method of producing flexible composite piezoelectric material and charge for its implementation
TWI768726B (en) Ceramic heater and method of making the same
RU2801090C1 (en) Modified material for electrostrictor
JP7457853B1 (en) polyvinyl acetal resin
JPH1117242A (en) Method of manufacturing burned ceramic board
Tontrakoon et al. The fabrication and dielectric constant of (1-3) piezoceramic polymer composites