Введение
1. Выбор оптимальных схем и параметров взрывного прессования
1.1 Характеристика пьезокерамических материалов
1.2 Анализ схем взрывного прессования
1.3 Экспериментальное исследование схем взрывного прессования
1 .4 Влияние параметров взрывного прессования на плотность
прессовок
2 Спекание пьезокерамики, полученной взрывным прессованием
2.1 Особенности спекания после взрывного прессования
2.2 Сравнительное исследование кинетики спекания взрывных и
статических прессовок
2.3 Кинетика спекания пьезокерамических материалов после
взрывного прессования
3 Структурные особенности пьезокерамики
3.1 Исследование механических свойств
3.2 Рентгеноструктурный анализ пьезокерамики :
4 Исследование пьезоэлектрических характеристик
4.1 Изготовление пьезоэлектрических элементов
4.2 Исследование пьезоэлектрических свойств
Заключение
Список использованных источников
Одним из основных материалов ряда важнейших областей науки и техники: радиоэлектроники, автоматики, вычислительной техники, гидроакустики, ультразвуковой техники является пьезокерамика, интерес к которой обусловлен ее широкими функциональными возможностями, высокой надежностью и возможностью миниатюризации изделий на ее основе.
Широкое распространение получила пьезокерамика системы ЦТС, получаемая на основе твердых растворов цирконата - титаната свинца. Материалы этой системы обладают рядом преимуществ по сравнению с другими известными пьезокерамическими материалами: высокой температурой Кюри, высокими значениями коэффициента электромеханической связи, пьезомодулей и диэлектрической проницаемости. Высокие прочностные свойства, устойчивость к внешним воздействиям, стабильность физико - механических свойств в широком диапазоне температур делают ее практически незаменимой по сравнению с другими пьезокерамическими материалами [1-6].
Известные способы получения пьезокерамики ЦТС: статическое прессование, протяжка, вальцевание и др. не обеспечивают получение высокоплотной, с высоким комплексом физико - механических свойств пьезокерамики [4-6].
Горячее прессование позволяет получать керамику с плотностью близкой к теоретической, одновременно снижая температуру и продолжительность спекания. Однако высокая себестоимость, проблема с изготовлением форм, обеспечивающих высокую механическую прочность при высоких температурах ограничивают применение горячего прессования. К тому же, керамика, полученная горячим прессованием при большой разнице температур по сравнению с оптимальной температурой обычного спекания, даже при одинаковой плотности по существу не пригодна для использования в качестве пьезокерамического материала [1].
Большими потенциальными возможностями обладает технология взрывного прессования, реализующая высокоэнергетические термомеханические воздействия, способствующая активации исходного порошка, получению пьезокерамики высокой плотности и с высоким комплексом физико - механических свойств. Так у пьезокерамики системы ЦТС, полученной взрывным прессованием, пьезомодуль увеличивается в 2-4 раза, прочность на изгиб в 1,5-3 раза, коэффициент электромеханической связи достигает 0,85-0,93 [7].
Вместе с тем, применение технологии взрывного нагружения в производстве изделий из пьезокерамики сдерживается рядом особенностей. В частности малоизученными остаются вопросы влияния параметров взрывного прессования на структуру и свойства материала, на технологические особенности процесса спекания заготовок, прогнозирования и оптимизации технологии взрывного получения пьезокерамики системы ЦТС.
Целью настоящей работы является исследование физико - механических свойств пьезокерамики, полученной импульсным нагружением.
Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи:
- проанализировать схемы взрывного прессования и выбрать оптимальную схему;
- выбрать оптимальные параметры взрывного прессования с использованием метода рационального планирования эксперимента;
- выявить влияние параметров взрывного прессования на характеристики тонкой структуры пьезокерамического материала и его кинетику спекания;
- исследовать физико - механические свойства и структурные особенности пьезокерамики: исследование механических свойств, рентгеноструктурный анализ.
В качестве объекта исследования был выбран пьезокерамический материал системы цирконат - титанат свинца марки ЦТС - 23, применяемый для высокочувствительных пьезоэлементов. В качестве взрывчатого вещества использовался аммонит 6ЖВ. Методы исследования выбирали на основе стандартных методик, исходя из возможности получения наиболее полной информации об изменении структуры и свойств материала после взрывного нагружения, спекания и поляризации изделий.
В результате проведенных в данной работе исследований можно сделать следующие выводы:
1 Проанализированы схемы взрывного прессования и контейнеров, выбраны оптимальные схемы прессования и контейнера, обеспечивающих получение прессовок с плотностью до 93% от теоретической, с хорошим качеством и стабильной геометрией.
2 Исследовано влияние параметров взрывного прессования на характеристики тонкой структуры пьезокерамики и кинетику ее спекания. Показано, что повышение дефектности материала после взрывного прессования снижает температуру спекания и энергию активации усадки.
3 Исследовано влияние параметров взрывного прессования на плотноть прессовок.
4 Получена функциональная зависимость плотности прессовок от основных параметров взрывного прессования.
5 Исследованы прочностные свойства пьезокерамики. Установлено, что при оптимальных режимах взрывного прессования и спекания прочность на сжатие в 2-3 раза выше, чем после статического прессования, что достигается за счет получения меньшей пористости.
6 Исследовано влияние взрывного прессования на фазовый состав и тонкую структуру спеченной пьезокерамики. Установлено, что при определенных режимах взрывного прессования и спекания в пьезокерамике появляется ромбоэдрическая фаза.
7 Исследовано влияние параметров взрывного прессования, режимов спекания и поляризации на пьезоэлектрические свойства пьезоэлементов. Получена функциональная зависимость пьезомодуля от этих свойств.
Полученные результаты могут быть использованы при создании взрывной технологии получения пьезоэлементов и рекомендованы для внедрения в производство.
