doi: 10.52899/24141437_2026_01_133
УДК: 534.321.9

Электрофизические поля в технологии изготовления пьезокерамических преобразователей

Рытов Е. Ю., Пугачёв С. И., Квирая И. А.
Язык статьи:
Ссылка для цитирования: Пугачёв С.И., Рытов Е.Ю., Квирая И.А. Электрофизические поля в технологии изготовления пьезокерамических преобразователей // Труды Санкт-Петербургского государственного морского технического университета. 2026. Т. 5, № 1. С. 133–144. DOI:10.52899/24141437_2026_01_133 EDN: SEVLDF

Аннотация

Актуальность. Пьезокерамические преобразователи — основные рабочие элементы гидро- и электроакустических систем. Технологический процесс изготовления таких преобразователей включает большое число операций, при этом формообразование пьезокерамики и нанесение на её поверхность металлических электродов (металлизация) в значительной степени определяют эксплуатационные характеристики преобразователей. Цель. Анализ возможностей применения электрофизических полей — ультразвукового и сверхвысокочастотного (СВЧ) электромагнитного — для интенсификации процессов формообразования и металлизации пьезокерамики. Методы. Использовались современные методы анализа структуры пьезокерамики: электронная микроскопия, атомносиловая микроскопия, рентгеноструктурный анализ, локальный рентгеноспектральный анализ, а также методы математического и компьютерного моделирования технологических процессов формообразования и металлизации пьезокерамики. Результаты. Разработаны оригинальные конструктивно-технологические схемы ультразвукового формообразования и сверхвысокочастотной металлизации пьезокерамики промышленных составов. Представлены данные о природе воздействия электрофизических полей на процессы формообразования и металлизации, физические модели этих процессов. Приведены технологические режимы ультразвукового формообразования и СВЧ-металлизации пьезокерамики, показаны их преимущества перед промышленными технологиями. Глубина проникновения серебра в пьезокерамику при СВЧ-металлизации несколько больше, чем при промышленной, что свидетельствует об эффективности новой технологии. Заключение. Применение электрофизических полей, генерируемых промышленным ультразвуковым и сверхвысокочастотным технологическим оборудованием, позволяет успешно решать задачи повышения эффективности пьезокерамических преобразователей. Ключевые слова: пьезокерамика; электрофизические поля; ультразвуковое формообразование; ультразвуковая металлизация; СВЧ-металлизация.

Список литературы

1. Пугачёв С.И., Рытов Е.Ю. Ультразвуковое формообразование электрофизической керамики (обзор) // Вестник ТвГУ. Серия: Физика. 2011. Вып. 12. С. 30-74. EDN: OPIJMV
2. Пугачёв С.И., Рытов Е.Ю., Смирнов А.Б., Гедько П.Ю. Ультразвуковое формообразование пьезоэлектрических трубчатых актюаторов для микророботов // Труды XXV сессии Российского акустического общества. М.: ГЕОС, 2012. Т. 2. С. 106-109.
3. Ерофеев А.А., Красавина М.А., Легуша Ф.Ф., и др. // Труды V междунар. конф. «Актуальные проблемы электронного приборостроения» – АПЭП-2000; Новосибирск, 26-29 сент. 2000. Новосибирск: Новосиб. гос. техн. ун-т, 2000 г. Т. 3. С. 62-65.
4. Пугачёв С.И., Рытов Е.Ю., Малышкина О.В., и др. Ультразвуковое формообразование пьезокерамики, содержащей ультрадисперсные частицы // Морские интеллектуальные технологии. 2015. № 2-1 (28). С. 41-46. EDN: VHSTKJ
5. Красавина М.А., Пугачёв С.И., Рытов Е.Ю. Ультразвуковое формообразование оксидно-цинковой керамики. СПб.: Изд-во СПбПУ,
2011. EDN: QNFCRL
6. Прохоренко П.П., Пугачёв С.И., Семёнова Н.Г. Ультразвуковая металлизация материалов. Минск: Наука и техника, 1987.
7. Красавина М.А., Пугачёв С.И., Семёнова Н.Г. Ультразвуковая металлизация электрофизической керамики. СПб.: Изд-во СПбПУ, 2013.
8. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика. Т. 6. М.: Наука, 1986.
9. Пугачёв С.И., Семёнова Н.Г., Рытов Е.Ю., Павловский А.С. Новые представления о физическом механизме ультразвуковой металлизации по схеме тонкого слоя // Морские интеллектуальные технологии. 2014. № 2(24). С. 65-70. EDN: TIXUBD
10. Кнэпп Р., Дэйли Дж., Хэммит Ф. Кавитация. М.: Мир, 1974.
11. Кувшинов Г.И., Прохоренко П.П. Акустическая кавитация у твёрдых поверхностей. Минск: Наука и техника, 1990.
12. Красавина М.А., Кувшинов Г.И., Пугачёв С.И., Семёнова Н.Г. К выбору зазора инструмент – образец при ультразвуковой металлизации материалов // Физика и химия обработки материалов. 1996. Вып. 4. С. 100-106. EDN: MOVXAT
13. Пугачёв С.И., Семёнова Н.Г. Ультразвуковая металлизация материалов // Известия СПбГТИ (ТУ). 2012. № 16(42). С. 106-111. EDN: PKYQNV
14. Квирая И.А., Мартыненко А.М., Попов Н.М., Пугачёв С.И. Металлизация пьезокерамики в СВЧ-поле // Металлообработка. 2009. № 3. С. 21-25. EDN: KWSEAZ
15. Александров П.И., Бернштейн Л.А., Пугачёв С.И., и др. Металлизация пьезокерамики в СВЧ-электромагнитных полях: современное состояние,
перспективы развития // Труды XI Всероссийской конференции «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики». СПб.: Наука, 2012. С. 173-175.
16. Малышкина О.В., Мовчикова А.А. Метод тепловых волн как способ определения профиля поляризации в сегнетоэлектрических материалах // Физика твёрдого тела. 2009. Т. 51. № 7. С. 1307-1309. EDN: RCRPHV
17. Lang S.B. Theoretical analysis of the pulse technique for measuring thermal diffusivity utilizing a pyroelectric detector // Ferroelectrics. 1976. Vol. 11. P. 315.
18. Malyshkina O.V., Movchikova A.A., Barabanova E.V., et al. Influence of Natural Aging on the Polarization Profile in PZT-based Ceramics // Integrated Ferroelectrics. 2011. Vol. 123. N 1. Pp. 47-52. doi: 10.1080/10584587.2011.570608 EDN: OHUUMB
19. Пугачёв С.И., Эмбиль И.А., Малышкина О.В., Топчиёв А.А. Экспериментальное исследование СВЧ-металлизации пьезокерамики // Морские интеллектуальные технологии. 2014. № 2(24). Т. 2. С. 60-64. EDN: TIXUAT
20. Гоулдстейн Дж., Ньюберн Д., Эчлин П., и др. Растровая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ: в 2 кн. Пер. с англ. М.: Мир, 1984.
21. Патент РФ № 1720260 / 15.11.1991. Лубяницкий Г.Л., Красавина М.А., Пугачёв С.И., Шейкин А.А. Способ ультразвуковой металлизации изделий.
22. Патент РФ № 2100313 / 27.12.1997. Ерофеев А.А., Иманов Г.М., Красавина М.А., и др. Способ изготовления изделий из порошка. URL: https://patenton.ru/patent/RU2100313C1?ysclid=mltoubzvhc766960901
23. Патент РФ № 2256634 / 20.07.2005. Бернштейн Л.А., Легуша Ф.Ф., Лифсон В.Э.-Я., и др. Способ металлизации пьезокерамических элементов. URL: https://patents.google.com/patent/RU2256634C2/ru
24. Патент на полезную модель РФ № 140628 / 20.05.2014. Красавина М.А., Легуша Ф.Ф., Паничев Г.И., и др. Установка для ультразвуковой металлизации. URL: https://rusneb.ru/catalog/000224_000128_0000140628_20140520_U1_RU/?ysclid=mltoowtvou686510022
25. Патент РФ № 2542055 / 20.02.2015. Александров П.И., Александрова П.В., Афанасьев В.П., и др. Способ нагрева заготовки пьезоэлемента. URL: https://patents.google.com/patent/RU2542055C1/ru
26. Патент на полезную модель РФ № 204778 / 09.06.2021. Легуша Ф.Ф., Паничев Г.И., Пугачёв С.И., и др. Устройство для формирования изделий из порошкового материала. URL: https://patents.google.com/patent/ RU204778U1/ru