03 марта 2016г.
Реферат. Представлен способ формирования демпфирующего покрытия на основе металл-полимерного 0-3 композита. Нанесение такого покрытия на пьезоэлектрический резонатор позволяет локально гасить колебания, не допуская распространения их в заданных направлениях. Такое покрытие может быть использовано для снижения перекрестного влияние нескольких колебательных контуров, сформированных на одной пластине, друг на друга.
Ключевые слова: металл-полимерный композит, поглощающий слой, пьезоэлектрический резонатор.
Композиционные материалы находят широкое применение в акустике, например, для создания согласующих и поглощающих слоѐв. Поиск новых и совершенствование имеющихся материалов является актуальной для акустики задачей [1-6]. В данной работе было исследовано применение металл-полимерного композита связности 0-3 на основе вольфрама и полистирола в качестве поглощающего покрытия в пьезоэлектрическом резонаторе.
Процесс получения покрытий проходил в три этапа.
Сначала проводилось капсулирование частиц вольфрама в оболочку из полистирола. Для этого порошки вольфрама со средним размером частиц 20 и 0,9 мкм перемешивались с предварительно измельченным полистиролом, с размером частиц менее 0,6 мкм. Полученная смесь подвергалась воздействию СВЧ излучения. В процессе облучения частицы металла нагревались и полистирол, находящийся с ними в контакте оплавлялся, создавая вокруг частицы вольфрама оболочку из полистирола (Рисунок 1а).
На втором этапе порошки капсулированных частиц двух размеров смешивались в соотношении 1 часть 20 мкм к 4 частям 0.9 мкм. Затем к ним добавлялся раствор полистирола в CCl4. Полученная смесь наносилась на подложку путем набрызгивания сверху вниз через маску с помощью аэрографа (Рисунок 1б). В качестве подложки использовалась поверхность пьезоэлектрического резонатора на основе пластины ниобата лития Х- среза. Для лучшего компактирования частиц подложка закреплялась на конце концентратора ультразвуковой установки (УРСК-7Н, СССР).
На третьем этапе подложка с нанесенным на нее слоем помещалась в механический пресс и сдавливалась (Рисунок 1в) с одновременным нагревом. Для уменьшения содержания
возможных воздушных включений спекание проводилось в камере вакуумной установки (давление 10-3 мбар, 4 часа, температура 92°C). Толщина слоя задавалась с помощью молибденового спейсера толщиной 50 мкм. Охлаждение проводилось в вакууме
в течение 14 часов. Полученный пьезоэлектрический резонатор с нанесенным
на
его поверхность слоем
извлекался и облучался ртутной лампой
типа ДРШ-250-3 в течение 5 мин.
С помощью
измерителя LCR параметров (4285А
Agilent Technologies, США) была измерена частотная зависимость электрического импеданса пьезоэлектрического резонатора с поперечным электрическим полем на основе пластины
ниобата лития X – среза до и после нанесения
покрытия на его поверхность (Рисунок
2). Видно, что реальная и мнимая части импеданса до нанесения покрытия обладают несколькими максимумами, что явно связано с наличием
паразитных колебаний. Нанесение на поверхность резонатора демпфирующего слоя, приводит к подавлению
паразитных колебаний. Так, у реальной
части остается один чѐтко выраженный максимум, и при этом его величина увеличилось в два раза с 250 до 500 кОм, также и амплитуда у мнимой части увеличилась в два раза и исчез дополнительный пик.
Работа выполнена при поддержке Совета по грантам
Президента РФ (Конкурс СП-2015) и гранта № 13-08- 00678 Российского фонда
фундаментальных исследований.
Список литературы
1.
H. Wang, T. Ritter, W. Cao, K. Shung High frequency
properties of passive materials for ultrasonic transducers. IEEE Transactions on ultrasonics, ferroelectrics, and frequency control, Vol. 48, No. 1, 2001.
2.
Б.Д. Зайцев, И.Е. Кузнецова, А.М.Шихабудинов, А.А. Васильев. Новый способ подавления паразитных мод в пьезоэлектрическом резонаторе
с поперечным электрическим полем. ПЖТФ, 2010, том 36, выпуск 16, c. 27 -34.
3. Смирнов А.В., Синѐв И. В., Шихабудинов А. М Акустические свойства композита
0-3 на основе вольфрама и полистирола Журнал радиоэлектроники, № 12, 2012.
4.
E.K.Akdogan, M.Allahverdi, A.Safari, Piezoelectric Composites for Sensor and Actuator
Applications. IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control,
2005, Vol. 52, No. 5, P. 746-775.
5.
Paul K. Techniques for joining dissimilar materials: metals and polymers/ K. Paul, S. Raimo, J. Martikainen, C. Magnus // Rev.
Adv. Mater. Sci. – 2014. – 36.
– P.
152-164.
6.
Tavman I.H. Thermal
and mechanical properties of cooper powder
filled poly(ethylene) composites/ I.H. Tavman// Powder Tech nology. – 1997. – V.91,№1. – P.63-67.
