Спосіб зміцнення п’єзоелектричної кераміки

Корисна модель відноситься до технології виготовлення п'єзокерамічних матеріалів і може бути використана в виробництві п'єзоелектричних елементів. Відомі способи зміцнення п'єзоелектричної кераміки шляхом введення зміцнюючих прошарків, введення спеціального скла, релаксуючого механічне напруження [1]. Відомий спосіб виготовлення п'єзоелектричної кераміки, який дозволяє збільшити її механічну міцність шляхом пропитування заготівок рідким органічним компаундом, котрий потім полімеризують при температурі 50200°С [2]. Відомий спосіб поверхневого зміцнення виробів з композиційних матеріалів шляхом видалення, у крайньому разі, однієї з структурних складових, якою є металічна сполучна композиційного матеріалу з подальшим заповненням пор, що утворилися, хімічно відновленим зносостійким покриттям та з подальшим механічним згладженням і термообробкою. Видалення структурної складової здійснюється вибірковим хімічним або електрохімічним травленням. Матеріалом зміцнювального покриття беруть хімічно нанесений нікель, кобальт, залізо, мідь або сплави на їх основі. Зміцнювальне покриття додатково вміщує тверді частки, в якості яких використовують алмази [3]. Найбільш близьким технічним рішенням, обраним за найближчий аналог, є спосіб виготовлення керамічних виробів, який включає підготовку початкової шихти, формування та випалювання; з метою підвищення механічної міцності кераміки, вироби після випалювання опромінюють імпульсним когерентним світлом в близький інфрачервоній області [4]. Недоліками цього способу є невелике зростання механічної міцності (50-60%), а також обмеження площі, що оброблюється діаметром луча когерентного світла. При необхідності обробки виробів з більшою площею при використанні цього способу зростає час оброблення, що ускладнює технологічний процес. В основу корисної моделі поставлено задачу зміцнення п'єзоелектричної кераміки, що поліпшує експлуатаційну стійкість та надійність п'єзоелектричних елементів, що виготовляються з неї та дає змогу оброблення п'єзокераміки з більшою площею. Вирішення цієї задачі досягається тим, що поверхню п'єзоелектричної кераміки обробляють атомарним воднем. Стан поверхні відіграє важливу роль в процесах руйнування матеріалів. Обробка поверхні п'єзокераміки ЦТС атомарним воднем спричиняє очищення поверхні від поверхнево-активних речовин, які присутні на поверхні п'єзокераміки після рідинно-хімічної обробки і можуть знижувати механічну міцність п'єзокераміки згідно з ефектом Ребіндера. Обробка поверхні п'єзокераміки ЦТС атомарним воднем спричиняє її модифікацію за рахунок порушення стехіометрії ЦТС по кисню і часткове відновлення оксидного матеріалу п'єзокераміки в приповерхневому шарі. Ці процеси приводять до структурної перебудови поверхні та зменшення тріщиноутворення. Створення вакансій на границях зерен спричиняє збільшення їх рухомості, що супроводжується ростом пластичності п'єзокераміки. У технічному рішенні, що заявляється, нові ознаки при взаємодії з відомими дають новий технічний результат, що дозволяє вирішити поставлене завдання. Обробка п'єзокераміки типу ЦТС проводилась протягом 15-30 хвилин при температурі 20-100°С і концентрації атомів водню 1019-1020м -3. П’єзокерамічні заготовки з матеріалу ЦТС-35 і ЦТС-19 випробувались на спеціальному приладі шляхом прикладання нормального лінійно зростаючого навантаження. При цьому визначалася границя механічної міцності, при якій відбувалося руйнування заготовок. Кожна партія заготовок складалась з 100 примірників. Похибка вимірювань складала 5%. В таблиці наведені середні значення границі механічної міцності для ЦТС-35 і ЦТС-19. Заготовка Вихідна заготовка Заготовка, оброблена в атомарному водні Границя механічної міцності, МПа ЦТС-35 ЦТС-19 0,67 1,30 2,06 1,78 Аналіз результатів показує, що п'єзокерамічні заготовки, оброблені атомарним воднем, мають границю механічної міцності в 1,4 рази більшу, ніж вихідні заготовки для ЦТС-19, та в 3 рази більшу для ЦТС-35. Виходячи з вищевикладеного, можна зробити висновок, що рішення, яке заявляється, задовольняє критерію «Промислове застосування». Джерела інформації: І. Зацаринный В.П. Прочность пьезокерамики. - Ростов: Изд-во Ростовского университета, 1978. - 206с. 2. A.C.CCCP №912714 , МКВ3 С04 В35/00. Способ изготовления пьезоэлектрической керамики/ В.К. Барчуров, Т.Г. Королькова, М.Н. Яковлев, А.Я. Чернихов (СССР).- №2870726/29-33; Заявлено 11.01.80; Опубл. 15.03.82, Бюл.№10.-3с. 3. Патент України №25530А, МКВ6. С23 С18/36,Спосіб поверхневого зміцнення виробів з композиційних матеріалів / К.М. Таньков, О.М Пилипенко, Г.П. Чорний; Черкаський інженерно-технологічний інститут.№97062742; Заявлено 10.06.97; Опубл. 30.10.98, Бюл.№6.- с.3.1.195 4. А.с.СССР №852835, МКВ3 С04 В35/00, С04В41/02. Способ изготовления керамических изделий / В.З. Гиндулина, Н.М. Богданович, Н.А, Мещеряков, Ю.В. Поъяпольский, Н.В. Оревкова.- № 2799108/29-33; Заявлено 17.07.79; Опубл. 07.08.81, Бюл. №29 .-2с.