Способ получения композиционных пьезоматериалов

 

Использование: пьезотехника, электротехника . Сущность изобретения: термопрессованный расплав охлаждают поэтапно до температуры кристаллизации полимера и проводят дополнительную изотермическую кристаллизацию под давлением 50-60 МПа при температуре на 35-50° ниже температуры прессования композита. 1 з..п. ф-лы, 4 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 01 (41/26 (ГОСПАТЕНТ СССР) пдте игу

С

С

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (21)4930247/25 (22) 23,04,91 (46) 15,07.93. Бюл, М 26 (71) Сектор радиационных исследований АН

Азербайджана (72) А.M.Ìàãåððàìîâ, X.À.Ñàäûõoa, А,А,Джафаров, И,И,Алиев и 3.Г.Ахмедов (73) Сектор радиационных исследований АН

Азербайджанской республики (56) КИепег К.А. Blggers 1.V., Newuham R.Е., I.Am, Ceram. Soc. 65, 207, 1982.

Шахтинский М,Г. и др. Влияние термообработки и способа поляризации на пьезоэлектрические свойства композиции, ДАН

АЗССР, гв 6, 1987, с,21-24, Изобретение относится к пьезотехнике и может быть использовано для создания чувствительных пьезоэлементов.

Целью изобретения является повышение пьезомодуля и пьезочувствительности.

Это достигается тем, что в способе получения композиционных пьезоматериалов, включающих смешение порошков компонентов (полимера и пьезокерамики), горячее прессование смеси компонентов с последующим охлаждением под давлением

15 — 20 МПа до комнатной температуры и электротерм о поля риза ци ю, термо п рессо ва нные образцы охлаждаются до температуры кристаллизации полимера и при этой температуре давление поднимается до 50-60

МПа, осуществляется процесс изотермической кристаллизации при температуре ниже температуры прессования Тпр на 35-50 градусов под высоким давлением в течение времени 10 — 20 мин, а затем композиция охлаждается до комнатной температуры.

Таким образом, сущность изобретения за„„5U „„1828561 АЗ (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПЬЕЗОМАТЕРИАЛОВ (57) Использование: пьезотехника, электротехника. Сущность изобретения: термопрессованный расплав охлаждают поэтапно до температуры кристаллизации полимера и проводят дополнительную изотермическую кристаллизацию под давлением 50 — 60 МПа при температуре на 35-50 ниже температуры прессования композита.

1 з,.п. ф-лы, 4 табл. ключается в том, что термопрессованный С расплав смесей полимера с сегнетокерамическими наполнителями охлаждаются поэтапно; термопрессованный при давлениях

15-20 МПа расплав охлаждается до температуры кристаллизации полимеров и процесс кристаллизации осуществля ют изотермически под давлением 50-60 МПа в течение времени 10-20 мин, Температурный режим кристаллизации выбирается из величины температуры прессования для конкретной композиции. ЗнаЧЕНИЯ Тлд И ТкР КОМПОЗИЦИЙ ЗаВИСЯт От процентного содержания наполнителя и поэтому определяются экспериментально, Существенные отличительные признаки связаны с достигаемыми положительными эффектами следующим образом.

Проведение процесса кристаллизации при высоких давлениях в области температур начала кристаллизации позволяет получать образцы с одной стороны хорошо развитой и менее дефектной структурой. на границах

1828561 полимер-наполнитель. а с другой стороны кристаллизация под высоким давлением может привести к изменению надмолекулярной структуры полимера (например, увеличение степени кристалличности, росту кристаллитов с выпрямленных структур и т.п.), которые приводят к повышени о сплошности и к увеличению пьезохарактеристик кампозита.

В процессе термопрессования к образцам припрессовывают алюминиевые электроды. Термаполяризацию осуществляли при напряженности электрического поля

Еп = (0,1-0,5) Епр, где Епр — напряженность электрического паля пробоя, выбранного образца, Время поляризации t составляло

1 ч. Обьемное содержание компонентов смеси составляло 50:50 об, /, каждого. Размеры частиц наполнителя (дисперсность) составили 160 — 200 мкм.

Пьезокоэффициент бзз измерялся в статическом режиме, Для этого образцы помещались между пуансонами пресса и изолировались от них фольгированными диэлектрическими прокладками. Параллельно к образцу присоединялся измерительный конденсатор емкостью Со = 1 мкф. Со» Ск, где Ск — емкость образца. Разность потенциала U на обкладках конденсатора" Со измерялась с помощью электрометрическога усилителя У5-9 с записью на быстредейству ощий самописец H-306, Па формуле

Co к

d33 = определялся пьезокоэффициент, где Я вЂ” площадь электродов, ЬР— изменение давления. Погрешность измерения дзз. составляла 6%. Пьезочувствительность g33 определяли по формуле

0зз

g33 =, -, где Fp — диэлектрическая к <о постоянная, Gy, — диэлектрическая проницаемость образца. я, определялась при частоте 1 кГц.

Пример 1. Из смеси порошков сополимера поливинилиденфторида с тетрафтарэтиленом (Ф2МЗ) и пьезокерамики

П КР-3М (Pb TiOg — РЬКгоз — Р Ь и Ьг/з—

2011303 — PbNb21зОзМ9 1зОз — МпОг) изготавливались образцы путем горячего прессования этих компонентов при температуре

Тпрес= 483 К и давлении Рпр=- 15 МПа. Время выдержки расплава составляло 10 мин, За.тем расплав охлаждали до температуры кристаллизации 1Kp = 443 К, а давление увеличивали до 50 МПа, выдерживали в этих условиях в течение времени tKp = 15 мин, а затем охлаждали до комнатной температуры. После этага образцы поляризовались при оптимальных условиях, Аналогично были изготовлены образцы при различных давлениях кристаллизации.

В таблице приведены значения 0зз и цзз композитов, полученных при различных давлениях кристаллизации по предложенному способу (пример 1}.

Из данных табл. I видно, что проведение изотермической кристаллизации при

443 К в течение 15 минут под высоким дав"0 лением приводит к увеличению пьезокоэффициента дзз и цзз, Видно также, чта более высокие значения бзз и цзз наблюдаются при давлениях 50-60 МПа. При больших давлениях значение Озз стабилизируется, наблюдае гся насыщение.

Пример 2. Из смеси порошков полипропилена (ПП) и пьезокерамики РЬТ!Оз—

PbZrOg (ПКР-1) были получены образцы по примеру 1; Р = 55 МПа, t

К. Значения бзз и цзз приведены в табл. 2, Здесь также приведены значения дзз и цзз аналогичных образцов, полученных при различных временах выдержки под высоким давлением, Из данных табл, 2 следует, что с увеличением времени изотермической кристаллизации txp,цо 20 мин значения бзз и цзз возрастают, и с дальнейшим увеличением бакр пьезохарактеристики композита приобретают постоянные значения. Таким образам оптимальным временем -проведения изотермической кристаллизации под давлением составляет 10 — 20 мин.

Пример 3. Образцы изготавливались

-35 по примеру 1, на кристаллизация под давлением проводилась при различных температурах Ткр. Полученные результаты приведены в табл. 3, Из данных табл. 3 видно, что высокие

40 значения (333 и 933 образцы закристаллизованные при температурах Ткр 433 — 448 К, Температуру и роведения кристаллизации

Т<р, по-видимому, можно определить в зависимости ат температуры прессования Тпр

45 при обычных давлениях (10 — 15 МПа) следующим образом: Ткр = Tnp — (35 — 50 ), В свою очередь значения Тпр будут определяться температурой плавления Т» полимера(Тпр

> Tnn»Тпр).

50 Пример 4. Из смеси порошков ПКР-ЗМ и полиэтилена (ПЭ) были изготовлены образцы пьезакомпозитов. Pyp = 60 МПа, txp =

=-20 миí, Ткр = 378 К, Еп = 30 кВ/см, Тп =, 90 С (Для ПЭ Тпл = 383 — 393 К, Тпр = 423 — 433 К).

55 Значения пьзаконстант приведены в табл. 4, Иэ данных табл. 4 видно, что значения пьезомадуля возрастают в 1,7 раза.

Полученные результаты показывают, что дополнительная изотермическая кри1828561

Табл и ца.1

Значения бзз и g33 композитов Ф2МЭ/ПКР-ЗМ в зависимости от давления проведения иэотермической кристаллизации (Ел = 30 кВ/см, Тл = 393 К) Таблица 2

Значения бзз и озз в зависимости от времени проведения кристаллизации под давлением (Еп = 30 кВ/см, Тл = 385К) сталлизация под высоким давлением позволяет получить композиты с более высокими пьзохарактеристиками.

Формула изобретения

1. Способ получения композиционных пьезоматериалов, включающий смешение порошков полимера и пьезокерамики, термопрессование при температуре выше температуры плавления полимера, охлаждение до комнатной температуры под давлением и электротермополяризацию, о т л и v а ю шийся тем, что, с целью повышения пьезомодуля и пьезочувствительности, термопрессованный расплав охлаждают поэтапно до температуры кристаллизации полимера и проводят до5 полнительную изотермическую кристалли зацию под давлением, превышающем давление при термопрессовании.

2. Способ по и. 1, отличающийся тем, что изотермическую кристаллизацию

10 проводят под давлением 50-60 МПа, в течение 10 — 20 мин при температуре на 35 — 50О ниже температуры прессования, 1828561

Таблица 3

Значения дзз и дзз образцов пьезокомпозитов из ПКР-1/ПП (50:50 об. $) при различных значениях Ткр (Ел 30 кВ/см, Pgp - 55 МПа, тр = 15 мин, Tnp - 483 К) Табл ица 4

Составитель Т. Щукина .

Редактор С. Кулакова Техред M.Ìîðråíòçë Корректор H. Гунько

Заказ 2370 Тираж Подписное

ВНЙИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 35. Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г; Ужгород, ул,Гагарина, 101