Способ изготовления гибкого композиционного пьезоматериала и шихта для его реализации Российский патент 2019 года по МПК C04B35/491 C04B41/84 

Изобретение относится к технологии изготовления гибких композиционных пьезоэлектрических материалов (ГКПМ), то есть, технологии, позволяющей получать изделия, обладающие высокой деформируемостью и гибкостью, например, в виде пластин, волокон и плёнок, и обладающие набором электрофизических параметров, позволяющих использовать такие изделия для изготовления гидроакустических устройств, а также приёмников, применяющихся в приборах медицинской ультразвуковой диагностики, эмиссионного контроля, дефектоскопии и др.

В настоящее время к ГКПМ, как правило, относят пьезокомпозиты со связностью типа 0 – 3, представляющие собой систему, образованную полимерной матрицей, в которой хаотично расположены частицы сегнетофазы. В идеальном для пьезокомпозитов 0 – 3 случае, в их объёме отсутствуют агломераты частиц сегнетофазы, распространяющиеся от электрода к электроду (т. е., предел перколяции в системе по наполнителю не достигается). Однако, даже с теоретической точки зрения [1-4], указанный идеальный вариант может быть реализован только при объёмной доле порошка сегнетофазы менее 0,3, а при более высоком значении этого параметра, в системе неизбежно формируются перколяционные структуры (по вероятностному и агламерационному механизму), т.е. связность материала изменяется [5-6]. Необходимо отметить, что в рамках большинства известных способов формирования пьезокомпозитов типа 0 – 3 [7-12], процесс агломерации является неконтролируемым, что резко снижает воспроизводимость диэлектрических и пьезоэлектрических свойств партий материалов, изготавливаемых в рамках этих технологий. Попытка же перехода к коррелированной перколяции (возникающей за счёт совершения над системой работы, например, прокатка, центрифугирование и т.д. [9-14] резко снижают пластичность образцов.

Второй проблемой ГКПМ является не одинаковая напряжённость поляризующего поля в отдельных областях образцов (полимерная матриц, частицы сегнетофаз и разделяющая их межфазная граница). Так, например, согласно расчётным данным [13 -18], при поляризации образцов композитов полем напряженностью 100 кВ/см, напряженность локального поля для частиц сегнетофазы в ГКПМ типа 0-3 может составлять от 0,9 до 2,5 кВ/см (рост значения по мере изменения объёмной доли сегнетофазы в образце 0,131 до 0,50), что, как минимум, на порядок меньше, чем напряжённость поля, которая оптимальна для эффективной поляризации частиц ЦТС, титаната свинца и т.д. [19]. Поэтому, даже при такой высокой напряжённости внешнего поляризующего поля, поляризация частиц сегнетофаз в пьезокомпозите типа 0 – 3 происходит лишь частично. Для решения этой проблемы, в ГКПМ типа 0 – 3 предложено вводить полупроводниковые добавки [14 – 16, 19], которые повышают среднюю электропроводность полимерной матрицы и напряженность электрического поля, прикладываемого к частицам керамики. Однако этот приём позволяет повысить эффективность поляризации материалов рассматриваемого типа менее чем на 20%, так как, из-за роста вероятности электрического пробоя материала, максимальная величины внешнего поляризующего должна быть ограничена.

Третьей группой проблем, которые возникают при изготовлении ГКПМ, является форма частиц сегнетофаз [14] и их кристаллохимическое совершенство [20]. Поэтому, для достижения образцами ГКПМ максимальных значений пьезопараметров, порошки сегнетофаз, используемые при формировании материалов со связностью типа 0 – 3, должны быть изготовлены при особых условиях, обеспечивающих формирование у отдельных частиц оптимальных формы и объёма, что само по себе представляет сложную технологическую задачу [3 – 5,10, 14 – 17, 20, 21].

Известные в настоящее время смесевые пьезокомпозиты со связностью 0 – 3 характеризуются сочетанием достаточно низких значений пьезопараметров с приемлемой технологичностью и гибкостью. Для их изготовления используются кристаллические порошки сегнетофаз и полимеры различных типов (полиуретаны, алифатические полиамиды и полиэфиры, эпоксидные смолы, каучуки, полиолефины и т.д.) [22]. Объёмная доля порошка сегнетофазы в этих материалах может достигать 0,8, но повышение объёмной доли сегнетофазы в системе, увеличивая диэлектрическую проницаемость образцов, мало влияет на значения их пьезопараметров (интервале объёмной доли порошков сегнетофаз 0,3 – 0,8) [14 – 17]. ГКПМ, в виде пластин и плёнок, применяться для изготовления активных элементов приборов радиотехники, электроники и акустики. Например, известен материал, содержащий 60 об.% порошка титаната свинца и эпоксидную смолу и представляющий собой пластины толщиной 2 мм, которые изготавливаются методом горячего прессования [23]. К недостаткам этого материала можно отнести низкие значения его пьезопараметров, а также низкую пластичность и хрупкость.

Для повышения гибкости пьезокомпозитов рассматриваемого типа жёсткую эпоксидную смолу предложено заменить на фторкаучук [24, 25]. Например, материал, в состав которого входит кристаллический порошок фазы системы ЦТС (10 - 60 об.%), помещённый в полимерную матрицу их поливинилиденфторид (90-40 об.%), которая содержит до 3 об.% графитового порошка [25]. К недостаткам этих материалов, ограничивающих области их применения, относиться: а) крайне ограниченный эксплуатационный температурный интервал, вызванный низкой температурой стеклования полимерной матрицы (порядка 120^oС); б) недостаточно высокая адгезия фторкаучука к частицам сегнетофазы, снижающая механические характеристики образцов; в) низкие значения пьезопараметров.

К ГКПМ относятся и плёнки некоторых термопластов, среди которых рекордсменами по значениям пьезомодулей (30 - 40 pC/N) являются β-поливинилиденфторид (ПВДФ) и его сополимеры винилиденфторид с винилиденцианида, трифторэтиленом (С) и тетрафторэтиленом. К недостаткам этих материалов относятся: а) высокие значения их коэрцитивном полей; б) низкие рабочие температуры 70 - 90^◦C [26, 27]; в) низкие значения пьезопараметров.

Наиболее близким по достигаемому результату является материал, полученный взаимодействием порошка сегнетоэлектрической пьезокерамики с размером частиц 5-10 мкм (17,4 - 26,4 мас.%) с полимером (ароматический гетероциклический полиамид) (3,1 - 4 мас.%), диспергатором (0,7- 0,9 мас.%), и растворителем (остальное). С учётом плотности пьезоматериала порядка 7 г/см² и полимера – порядка 1 г/см², объёмные соотношения сегнетофаза-полимер (после удаления из образцов растворителя) составляет примерно 1 : 1 [28]. Из полученной композиции отливкой на стеклянную подложку с последующей сушкой в вакууме получают пленки, которые затем промывают в воде, сушат, а затем термообрабатывают и поляризуют. На полученную пленку толщиной 20-40 мкм методом вакуумного напыления наносят алюминиевые электроды. Полученная пленка гибкая и имеет, прочность 190 МПа, удлинение 30% и величину пьезомодуля 12,1 пКл/Н. Пьезоэлектрические свойства сохраняются при температуре до 180^oС в течение длительного времени. Из указанной композиции традиционным методом мокрого формования в осадительную ванну на основе диметилацетамида, могут быть получены и волокна, которые также подвергают промывке, сушке, термообработке и формовке.

Недостатком композиционного материала, рассматриваемого в качестве прототипа, являются низкие значения его продольных пьезопараметров и невысокое значение его максимальной рабочей температуры (200^оС), что ограничивает область применения изделий, выполненных из такого материала.

Техническим результатом предлагаемого способа и композиции является увеличение продольных пьезопараметров и максимальной рабочей температуры пьезоматериала.

Технический результат достигается способом получения пьезоматериала, включающим смешение ультрадисперсного порошка сегнетофазы кислородно-октаэдрического типа и стеклообразного компонента состава Bi₈Cd_1+хNi_3-хO₁₆, где х = 0 – 0,2, взятых в массовом соотношении 100 : (1 – 1,2), добавление к ним порообразователя - бензойной кислоты или её аммонийной соли при объёмном соотношении порообразователь/ первые два компонента 1/3 – 3/1, прессование смеси под давлением 85 – 110 МПа, ступенчатый обжиг пресс-заготовки в интервале температур 120 – 980^оС, нанесение электродов и поляризацию полученного пористого керамического каркаса, пропитку его силиконовым компаундом - пентэласт®-712, прессование (с частичным удалением компаунда) до содержания в композите сегнетофазы не менее 70 об.%, нанесение гибкого электрода и повторную поляризацию материала вдоль оси его прессования.

В качестве порошка фазы кислородно-октаэдрического типа могут быть использованы, порошки легированных фаз системы цирконата-титаната свинца (ЦТС), или титаната, или цирконата или ниобата свинца.

В качестве порошка фазы кислородно-октаэдрического типа системы ЦТС может быть использован Pb_0,95Sr_0,05Ti_0,45Zr_0,53Cd_0,01W_0,01O_3.

Обжиг пресс-заготовок, изготовленных из смеси порошков сегнетофазы, стеклофазы и порообразователя, проводят в два этапа: первый - при 120 – 250^оС для удаления порообразователя из системы, второй - при 250 – 980^оС для формирования пористой керамики.

Пропитку компаундом осуществляют предпочтительно до прекращения выделения воздуха.

Прессование (с частичным удалением компаунда) осуществляют преимущественно вдоль оси поляризации композиционного материала.

Технический результат достигается также исходным материалом - шихтой, включающей ультрадисперсный порошок фазы кислородно-октаэдрического типа и стеклообразный компонент Bi₈Cd_1+хNi_3-хO₁₆, где х = 0 – 0,2, взятые в массовом соотношении 100: (1 – 1,2), а также порообразователь - бензойную кислоту или её аммонийную соль в объёмном соотношении к первым двум компонентам от 1/3 до 3/1.

В качестве порошка сегнетофазы кислородно-октаэдрического типа может быть взят порошок легированных фаз системы цирконата-титаната свинца (ЦТС), или титаната, или цирконата или ниобата свинца.

В качестве порошка сегнетофазы системы ЦТС может быть взят порошок состава Pb_0,95Sr_0,05Ti_0,45Zr_0,53Cd_0,01W_0,01O_{3 .}

Отличием предлагаемого способа от прототипа (который позволяет получить гибкие плёнки, содержащие дисперсные частицы сегнетофаз с объёмной долей более 70 об.%) является изготовление пористого керамического каркаса из ультрадисперсного порошка сегнетофазы, например фазы системы ЦТС, путём смешения его со стеклообразным компонентом и порообразователем, поляризация пористого образца, его пропитка компаундом на основе силиконового каучука с последующим частичным разрушением керамического каркаса, за счёт контролируемого одноосного прессования вдоль оси поляризации композиционного материала, повторная поляризация сформированного ГКПМ вдоль оси его прессования.

Использование, при изготовлении пористой керамики, шихты, включающей, порообразователь (порошок бензойной кислоты или её аммонийной соли) и смесь порошков фазы кислородно-октаэдрического типа и стеклообразного компонента состава Bi₈Cd_1+хNi_3-хO₁₆, где х = 0 – 0,2 (объёмное в соотношение порообразователь/порошки оксидных фаз = 1/3 – 3/1), её поляризация, пропитка полученных образцов силиконовым компаундом пентэласт®-712, прессование продукта пропитки вдоль оси поляризации композиционного материала с частичным разрушением промежуточного пористого керамического каркаса для удаления из образцов части связующего и оставшегося воздуха (для увеличения объёмной доли сегнетофазы в системе до значений не менее 70 об.%, что способствует достижению высоких значений ЭФП), а также проведение повторной поляризации вдоль оси прессования, приводит к получению композиционного пьезоматериала с высокими пьезоэлектрическими свойствами, в том числе к повышению продольных пьезопараметров и максимальной рабочей температуры пьезокерамического материала.

Гибкость пьезоматериала, позволяющая придать ему произвольную форму, достигается за счёт использования пластичного силиконового компаунда пентэласт®-712, имеющего рабочую температуру 250^оС. Используемый гибкий материал, расположенный между частицами твёрдой сегнетофазы, придаёт всей системе гибкость.

Известно, что с ростом доли сегнетофазы, прочность композитов и их гибкость снижаются [29]. В предлагаемом случае сочетание всех признаков способа позволяет получить в отличие от прототипа композит в виде пластин (а не плёнки) с высокими значениями ЭПФ (табл.1) с достаточной гибкостью (примеры выполнения) при высокой доле сегнетофазы.

Ниже приведены примеры получения пьезоматериала.

Пример 1.

В качестве исходного компонента использовался ультрадисперсный порошок (размеры частиц не более 1000 нм) фазы титаната-цирконата свинца (ЦТС) состава Pb_0,95Sr_0,05Ti_0,45Zr_0,53Cd_0,01W_0,01O₃, легированный стеклофазой Bi₈CdNi₃O₁₆. Ультрадисперсный порошок фазы ЦТС синтезирован по технологии, описанной в патенте RU 2515447 в примере 4. Порошок стеклофазы состава Bi₈CdNi₃O₁₆ изготовлен в процессе сплавления на воздухе смеси: (4Bi₂О₃ +CdО+ 3NiO) с последующим помолом продукта сплавления в планетарной мельнице (Planetary Millpulverisette 5 Fritsch).

Шихта порошков твёрдых фаз готовилась путём смешения в планетарной мельнице порошка фазы системы ЦТС и стеклофазы, взятых в массовом соотношении 100:1. Помол осуществлялся, в среднем, в течение 20 минут. На следующем этапе полученная шихта переносилась в Z – образный смеситель и к ней, в качестве порообразователя, добавлялся порошок бензойной кислоты. Объёмные соотношения между шихтой и порообразователем в системе составляли 3:1. Полученная смесь прессовалась одноосным давлением 85 МПа. Пресс-заготовки имели форму цилиндра диаметром 22 мм и высотой 3,5 мм (диаметр является стандартным для исследования пьезоматериалов (ОСТ), высота выбрана учётом последующего прессования пористого каркаса и получения композита высотой около 3 мм, отвечающей объёмной доле сегнетофазы более 70 об.%, что обеспечивает достаточную гибкости образца. Образцы помещались на подслой из цирконата свинца и обжигались в соответствии с температурным профилем, построенным на основе данных ДТА по процессу испарения (окисления) порообразователя: а) скорость нагрева пресс-заготовок до 120^оС составляла 5 - 6^оС/мин; б) скорость нагрева пресс-заготовок в интервале температур 120 – 240^оС составляла 2 -3^оС/мин; в) изотермический обжиг при 250±3^оС в течение 20 – 30 мин.; г) нагрев образцов до 980^оС со скоростью 8 - 10^оС/мин и изотермический обжиг при этой температуре в течение 90 – 110 мин. Первый этап обжига (до 240^оС) направлен на удаление порообразователя из системы, а второй – на формирование пористой керамики.

На параллельные стороны полученных образцов пористой керамики, методом электродугового испарения наносились медно-никелевые электроды. Образцы поляризовались в ССl₄ импульсным методом при температуре 50^оС полем до 4 kV/мм. По окончании процесса поляризации, образцы помещались на фильтровальную бумагу для удаления значительной части ССl₄, а затем в вакуумный сушильный шкаф для полного удаления ССl₄ из системы.

После сушки образцы помещались в компаунд пентэласт®-712, компоненты которого (с целью снижения вязкости и снижения скорости полимеризации) разбавляли уайт-спиритом в соотношении 1:1. Количество компаунда определялось объёмом, необходимым для погружения в него всего образца. Для более полного удаления воздуха из образцов, они на 5 – 7 минут помещались в вакуумный сушильный шкаф (остаточное давление порядка 10 кПа). Через 70 - 90 минут, после завершения пропитки, образцы помещались в пресс-форму, имеющую ограничители по высоте прессования. В процессе прессования (вдоль оси поляризации) часть связующего удалялась из образцов, а их высота уменьшалась до 3 – 3,1 мм при практически неизменном диаметре, что обеспечивало в образцах долю частиц сегнетофазы 89-91 об.%. Полученные заготовки извлекались из пресс-формы, механически очищались от избытка полимера (с параллельных поверхностей образцов избыток компаунда удалялся с помощью уайт-спирита) и на сутки оставлялись на воздухе при комнатной температуре для завершения полимеризации связующего. После завершения этапа полимеризации, на параллельные поверхности образцов наносилась свежеприготовленная токопроводящая паста (состав пасты 85 – 88 масс.% высокодисперсного порошка меди, остальное пентэласт®-712). После завершения процесса формирования электродов композиционный материал вновь поляризовался в направлении, параллельном оси прессования. ЭФП композиционных пьезоматериалов стандартных размеров определялись согласно ОСТ 110444-87 (таблица 1). Гибкость образцов, полученных в виде пластин, характеризуется возможностью их формирования в виде полуколец или полуцилиндров.

Пример 2

В качестве исходного компонента использовался ультрадисперсный порошок фазы состава Pb_0,95Sr_0,05Ti_0,45Zr_0,53Cd_0,01W_0,01O₃, легированный стеклофазой состава Bi₈CdNi₃O₁₆. Ультрадисперсные порошки фазы ЦТС и стеклофазы изготовлен по технологии, описанной в примере 1. Шихта порошков твёрдых фаз готовилась путём смешения в планетарной мельнице порошка фазы системы ЦТС и стеклофазы, взятых в массовом соотношении 100:1,1. Помол осуществлялся, в среднем, в течение 20 минут. На следующем этапе полученная шихта переносилась в Z – образный смеситель и к ней, в качестве порообразователя, добавлялся порошок аммонийной соли бензойной кислоты. Объёмные соотношения между шихтой и порообразователем в системе составляли 2:1. Полученная смесь прессовалась одноосным давлением 89 МПа. Пресс-заготовки имели форму цилиндра диаметром 22 мм и высотой 3,8 мм. Изготовление пористого каркаса, нанесение электродов и поляризация образцов производились по технологии, описанной в примере 1.

После сушки образцы помещались в двухкомпонентным силиконовым компаунд пентэласт®-712, компоненты которого (с целью снижения вязкости и снижения скорости полимеризации) разбавляли уайт-спиритом. Для частичного удаления воздуха из образцов они на 5 – 7 минут помещались в вакуумный сушильный шкаф (остаточное давление порядка 10 кПа). Через 90 минут, после завершения пропитки, образцы помещались в прессформу, имеющую ограничители по высоте прессования. В процессе прессования часть связующего удалялась из образцов, а их высота уменьшалась до 2,8 – 2,9 мм при практически неизменном диаметре, обеспечивая долю частиц сегнетофазы 77-78 об.%. Дальнейшие технологические операции изготовления образцов пьезокомпозитов описанной партии аналогичны примеру 1, а их ЭФП представлены в таблице 1. Гибкость образцов аналогична примеру 1.

Пример 3

Технология изготовления образцов данной партии аналогична технологии, представленной в примере 1 и 2. Отличия заключаются в том, что: а) порошки фазы системы ЦТС и стеклофазы, взяты в массовом соотношении 100:1,2. б) объёмные соотношения между шихтой и порообразователем в системе составляли 1:1; в) полученная смесь прессовалась одноосным давлением 110 МПа; г) пресс-заготовки имели форму цилиндра диаметром 22 мм и высотой 4,4 мм; д) в процессе прессования пропитанных образцов их высота уменьшалась до 2,5 – 2,6 мм., обеспечивая долю частиц сегнетофазы 73-75 об.%. ЭФП образцов этой партии представлены в таблице 1. Гибкость образцов аналогична примеру 1.

Пример 4

Технология изготовления образцов данной партии аналогична технологии, представленной в примере 1. Отличия заключаются в том, что: а) объёмные соотношения между шихтой и порообразователем в системе составляли 1 : 2; б) пресс-заготовки имели форму цилиндра диаметром 22 мм и высотой 5,2 мм; в) в процессе прессования пропитанных образцов их высота уменьшалась до 2,1 – 2,2 мм., обеспечивая долю частиц сегнетофазы 72-74 об.%. ЭФП образцов этой партии представлены в таблице 1. Гибкость образцов аналогична примеру 1.

Пример 5

Технология изготовления образцов данной партии аналогична технологии, представленной в примере 1. Отличия заключаются в том, что: а) объёмные соотношения между шихтой и порообразователем в системе составляли 1 : 3; б) пресс-заготовки имели форму цилиндра диаметром 22 мм и высотой 5,2 мм; в) в процессе прессования пропитанных образцов их высота уменьшалась до 1,9 – 2,0 мм., обеспечивая долю частиц сегнетофазы 71-73 об.%. ЭФП образцов этой партии представлены в таблице 1. Гибкость образцов аналогична примеру 1.

Таблица 1.Электрофизические свойства изготовленных пьезокомпозитов

пример 1 2 3 4 5 Прототип ПИКК* об.% 22 - 23 31 - 32 48 - 49 62 - 64 71 - 73 - СФ** об.% 89 - 91 77 – 78   73 – 75 72 - 74 71 - 73 25 - 86 Рабочая Т^оС - 100 ÷ + 250 - 150 ÷ + 200 ρ кг/м³ 6480±50 5580 ±40 5330±45 5260±45 5180±50 2670 - 6480 ЭФП
Тип значения значения значения значения значения значения ε^Т₃₃/ε_о 565 - 585 320 - 335 240 - 260 220 - 240 205 - 220 - d ₃₃ пК/Н 142 - 149 137 - 143 135 - 140 134 - 138 133 - 139 12 - 60 d ₃₁ пК/Н 25 - 27 17 - 20 12 - 15 10 - 13 9 - 12 - d_v пК/Н 92 - 95 102 - 104 109 - 112 112 - 114 114 - 117 - g_v•10³ В•м/Н 17 - 19 35 - 38 48 - 52 54 - 58 59 - 62 - d_v•g_v•10¹⁵ м²/Н 2740 ±60 3760 ±55 5530±70 6330 ±70 6990 ±75 -

*ПИКК – пористость исходного керамического каркаса; **СФ доля порошка сегнетофазы в ГКПМ

Как видно из данных, представленных в таблице, у композиционного материала, полученного предлагаемым способом, при использовании шихты, включающей порошок фазы состава Pb_0,95Sr_0,05Ti_0,45Zr_0,53Cd_0,01W_0,01O₃, стеклообразную фазу состава Bi₈CdNi₃O₁₆ (массовое соотношение 100:1-1,2) и гибкий силиконовый компаунд, продольный пьезомодуль (d₃₃), по сравнению с прототипом (при близкой объёмной доле сегнетофазы в системе), увеличивается в 2 – 2,4 раза. Максимальная рабочая температура композиционных пьезоматериалов увеличивается до 250^оС, при этом композит обладает достаточной гибкостью.

Аналогичные результаты получены при варьировании (в пределах х = 0 – 0,2) состава фазы Bi₈Cd_1+хNi_3-хO₁₆.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получить пьезоматериал, обладающий по сравнению с прототипом более высокими значениями рабочей температуры (до 250^оС) и продольных пьезопараметров (d₃₃ пК/Н = 133 – 149), что обеспечивает достижение высоких значений объёмных пьезопараметров: g_v, d_v и d_v⋅g, при сохранении достаточной гибкости материала (возможность формирования образцов в виде полуколец или полуцилиндров) и при содержании в нём сегнетофазы более 70 об.%.

Литература.

1. Levassort, F. Modeling of highly loaded 0–3 piezoelectric composites using a matrix method [Text] / F. Levassort, M. Lethiecq, C. Millar, L. Pourcelot // IEEE Trans. Ultrason., Ferroelec., a. Freq. Contr.– 1998.– Vol. 45, N 6.– P. 1497–1505.

2. Levassort F. A comparative study of different methods of evaluating effective electromechanical properties of 0-3 and 1-3 ceramic / polymer composites [Text] / F. Levassort, V.Yu. Topolov, M. Lethiecq // J. Phys. D: Appl. Phys. – 2000. – Vol. 33, N 16.– P.2064–2068.

3. Banno, H. Theoretical equations for dielectric, elastic and piezoelectric constants of diphasic composite changing its connectivity from 3-0 to 0-3 via 3-3 [Text] // ISAF’94: Proc. Ninth IEEE Internat. Symp. Applications of Ferroelectrics, University Park, PA, USA, August 7-10, 1994.– Piscataway, NJ, 1995.– P.186–189.

4. Jayasundere, N. Piezoelectric constant for binary piezoelectric 0–3 connectivity composites and the effect of mixed connectivity [Text] / N. Jayasundere, B.V. Smith, J.R. Dunn // J. Appl. Phys.– 1994.– Vol. 76, N 5.– P.2993–2998.

5. Kirkpatrick S. Percolation and conduction // Rev. Mod.Phys. 1973.- 45, № 4. P. 574-582.

6. Тарасевич Юрий Юрьевич. Перколяция: теория, приложения, алгоритмы. М. Едиториал УРСС. 2002. 112 с

7. Glushanin, S.V. Features of piezoelectric properties of 0-3 PbTiO₃-type ceramic / polymer composites [Text] / S.V. Glushanin, V.Yu. Topolov, A.V. Krivoruchko // Mater. Chem. Phys.- 2006.- Vol. 97, NN 2-3.- P. 357-364.

8. Wilson, S.A. Structure modification of 0-3 piezoelectric ceramic/polymer composites through dielectrophoresis [Text] / S.A. Wilson, G.M. Maistros, R.W. Whatmore // J. Phys. D: Appl. Phys. – 2005. – Vol. 38, N 2. – P.175–182.

9. Safari A. 0 – 3 piezoelectric composites prepared by co precipitated PbTiO₃ powder application [Text] / A. Safari, H Lee, A. Halliyal and R.E. Newnham // J. Am. Ceram. Soc. Bull. – 1987.- Vol. 66, N 4. – P.668–670.

10. Giniewicz I.R. (Pb,Bi)(Ti, Fe, Mn)O₃/ polymer 0 – 3 composites for hydrophone application [Text] / I.R. Giniewicz, R.E. Newnham and D. Moffatt // Ferroelectrics. – 1987. – Vol. 73.– P. 405– 417.

11. Bowen, C.R. Piezoelectric sensitivity of PbTiO₃-based ceramic / polymer composites with 0–3 and 3–3 connectivity [Text] / C.R. Bowen, V.Yu. Topolov // Acta Mater.– 2003.– Vol.51, N 17.– P.4965–4976.

12. Nhuapeng W, Tunkasiri T. Properties of 0-3 Lead Zirconate Titanate polymer composites prepared in a centrifuge // Journal of the American Ceramic Society.- 2002.- Vol. 85. № 3.- P. 700-702.

13, Sa-Gong, G. Newnham R.E. Poling flexible piezoelectric composites / G. Sa-Gong, A. Safari, S.J. Jang, R.E. Newnham // Ibid. − 1985. − V.5. − P. 131 – 142.

14. Глушанин С.В., Тополов В.Ю. Особенности формирования электромеханических свойств 0—3-композитов «сегнетопьезокерамика на основе Pb(Zr,Ti)O₃—полимер»// Письма в ЖТФ, 2005, том 31, вып. 8, с. 67 – 72

15. Topolov V.Yu. Electromechanical properties in composites based on ferroelectrics [Текст] / V.Yu. Topolov, C.R. Bowen.- London: Springer, 2009.- 202 p.: il.

16. Греков А.А. Эффективные свойства трансверсально-изотропного пьезокомпозита с цилиндрическими включениями [Текст] / А.А. Греков, С.О. Крамаров, А.А. Куприенко // Механика композитных материалов. – 1989. – N 1.– С.62–69.

17. Трофимов Н.Н. Физика композиционных материалов [Текст] /Н.Н Трофимов, М.З.Канович, Э.М.Карташов, В.И.Натрусов, А.Т.Пономаренко, В.Г.Шевченко, В.И.Соколов, И.Д.Симонов-Емельянов// М.: Мир, 2005, т.1,2. 345 с.

18. Прилипко Ю.С. Функциональная керамика. Оптимизация технологии: Монография. - Донецк: Норд-Пресс, 2007. – 492с.

19. Newnham, R.E. Ferroelectric Ceramic-plastic Composites for Piezoelectric and Pyroelectric Applications / R.E. Newnham, D.P. Skinner, K.A. Klicker, A.S. Bhalla, B. Hardiman, T.R. Gururaja // Ferroelectrics.1980.V.27. − P.49-55.

20. Нестеров А.А., Панич А.Е. Технология синтеза порошков сегнетоэлектрических фаз. Ростов-на-Дону. Из. ЮФУ. 2010. 226 с.

21. Mahale B. Grain-size dependent electric-field induced structural changes and its role in determining the piezoelectric response of 0–3 piezoceramic-polymer composite/ B. Mahale, R. Pandey, N Kumar, R. Ranjan // Journal of Applied Physics, 2017, V.122, 154105

22. Лущейкин Г.А. Полимерные пьезоэлектрики. М.: Химия, 1990, с. 176

23. Патент США 4874727, С 04 В 35/00, 1990

24. Патент США 4917810, С 04 В 35/49, 1990

25. Патент США 5505870, С 04 В 35/46 1996

26. Лущейкин Г.А. Новые полимерсодержащие пьезоэлектрические материалы// Физика твердого тела, 2006, том 48, вып. 6 с. 963 - 964

27.Лесных О. Д. Получение пьезопленок. Свойства и применение/ О. Д. Лесных, В. А. Артемьев, М.Я. Шерман и др.// Обз. инф. Сер. Полимеризационные пластмассы. М., НИИТЭХИМ, 1989, 35 с.

28. Патент РФ 2207356, C 08 L 77/10, C 04 B35/472, C 04B35/76

29. Костромина Н.В., Борисова В.С., Ивашкина В.Н., Осипчик В.С. Исследование высоконаполненных композиционных материалов на основе термопластов // Успехи химии и химической технологии. 2014, том XXVIII, №3, с.34 – 39.

Изобретение относится к технологии изготовления гибких композиционных пьезоэлектрических материалов (ГКПМ), позволяющей получать изделия, обладающие высокой деформируемостью и гибкостью, например, в виде пластин, волокон и плёнок, и обладающие набором электрофизических параметров, позволяющих использовать такие изделия для изготовления гидроакустических устройств, а также приёмников, применяющихся в приборах медицинской ультразвуковой диагностики, эмиссионного контроля, дефектоскопии и др. Техническим результатом изобретения является увеличение продольных пьезопараметров и максимальной рабочей температуры пьезокерамического материала. Способ получения пьезокерамического материала включает смешение ультрадисперсного порошка сегнетофазы кислородно-октаэдрического типа и стеклообразного компонента состава Bi₈Cd_1+хNi_3-хO₁₆, где х=0–0,2, взятых в соотношении 100:(1–1,2), добавление к шихте порообразователя - бензойной кислоты или её аммонийной соли при объёмном соотношении порообразователь/шихта 1/3–3/1, прессование смеси под давлением 85–110 МПа, ступенчатый обжиг пресс-заготовки в два этапа в интервале температур 120–980°С, нанесение электродов и поляризацию полученного пористого керамического каркаса. Полученный каркас пропитывают силиконовым компаундом - пентэласт®-712, прессуют (с частичным удалением компаунда) до содержания в композите сегнетофазы не менее 70 об.%, наносят гибкий электрод и повторно поляризуют материал вдоль оси его прессования. В качестве ультрадисперсного порошка фазы кислородно-октаэдрического типа используют порошок легированных фаз системы цирконата-титаната свинца, титаната или цирконата или ниобата свинца. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 табл., 5 пр.

1. Способ получения пьезоматериала, характеризующийся тем, что включает смешение ультрадисперсного порошка сегнетофазы кислородно-октаэдрического типа и стеклообразного компонента состава Bi₈Cd_1+хNi_3-хO₁₆, где х = 0–0,2, взятых в массовом соотношении 100:(1–1,2), добавление к ним порообразователя - бензойной кислоты или её аммонийной соли при объёмном соотношении порообразователь/первые два компонента 1/3-3/1, прессование смеси под давлением 85–110 МПа, ступенчатый обжиг пресс-заготовки в интервале температур 120–980°С, нанесение электродов и поляризацию полученного пористого керамического каркаса, пропитку его силиконовым компаундом - пентэласт®-712, прессование до содержания в композите сегнетофазы не менее 70 об.%, нанесение гибкого электрода и повторную поляризацию материала вдоль оси его прессования.

2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что в качестве порошка фаз кислородно-октаэдрического типа используют порошок легированных фаз системы цирконата-титаната свинца (ЦТС), или титаната, или цирконата или ниобата свинца.

3. Способ по п.2, характеризующийся тем, что в качестве порошка фазы кислородно-октаэдрического типа системы ЦТС используют Pb_0,95Sr_0,05Ti_0,45Zr_0,53Cd_0,01W_0,01O₃.

4. Способ по п.1, характеризующийся тем, что обжиг проводят при температурах: первый этап при 120–250°С, второй при 250–980°С.

5. Способ по п.1, характеризующийся тем, что пропитку компаундом осуществляют до прекращения выделения воздуха из образцов.

6. Шихта для получения пьезоматериала, характеризующаяся тем, что включает ультрадисперсный порошок сегнетофазы кислородно-октаэдрического типа, стеклообразующий компонент заявленного в п. 1 состава и порообразователь (порошок бензойной кислоты или её аммонийной соли) в заявленных в п.1 соотношениях.

7. Шихта по п.6, характеризующаяся тем, что в качестве порошка сегнетофазы кислородно-октаэдрического типа взят порошок легированных фаз системы цирконата-титаната свинца (ЦТС), или титаната, или цирконата или ниобата свинца.

8. Шихта по п.7, характеризующаяся тем, что в качестве порошка сегнетофазы системы ЦТС взят Pb_0,95Sr_0,05Ti_0,45Zr_0,53Cd_0,01W_0,01O₃.