Введение к работе
'' '
Актуальность проблемы
В технологическом процессе изготовления пьезокерамики формообразование является одной из важнейших операций, в значительной степени определяющей эксплуатационные характеристики пьезокерамических элементов (ПКЭ) - излучателей и приемников звука (ультразвука).
В то же время недостатки основного промышленного способа формообразования пьезокерамики - холодного одноосного прессования в металлических пресс-формах, - в наибольшей степени проявляющиеся при изготовлении ПКЭ сложной конфигурации, определяют актуальность поисков и разработки новых способов формообразования.
Теоретическими и экспериментальными работами последних лет показана эффективность использования в процессе формообразования изделий из мелкодисперсных металлических и неметаллических порошков вибраций в широком диапазоне частот -от сотен Гц до десятков кГц.
Применительно к формообразованию изделий из мелкодисперсных неметаллических порошков лучшие результаты получены при использовании ультразвуковых колебаний (УЗК), т. е. в процессе ультразвукового формообразования.
В то же время предложенный в ряде работ физический механизм ультразвукового формообразования носит качественный характер и реализован применительно к образцам сравнительно простой геометрической формы, например пьезокерамическим элементам в форме диска.
Актуальной задачей является разработка технологических режимов ультразвукового формообразования, обеспечивающих создание ПКЭ сложной конфигурации с высокими значениями электрофизических параметров, а также повышение производительности разработанного процесса.
Цель работы
Разработка новой физической модели ультразвукового формообразования пьезокерамики и ее применение для создания технологии изготовления ПКЭ сложной конфигурации - тонкостенных протяженных цилиндров.
РОС >. > "\ЛЬНАЯ
» 3 ЖА
Поставленная цель позволила сформулировать основные задачи диссертационной работы следующим образом:
обосновать выбор способа ультразвукового формообразования применительно к проблеме изготовления ПКЭ заданной конфигурации;
разработать физическую модель процесса ультразвукового формообразования неметаллических порошков и конкретизировать ее основные положения для создания тонкостенных протяженных пьезокерамических цилиндров;
экспериментально исследовать основные технологические факторы процесса ультразвукового формообразования тонкостенных пьезокерамических цилиндров; физическими методами исследовать структуру и фазовый состав образцов;
разработать высокоэффективную технологию ультразвукового формообразования тонкостенных протяженных пьезокерамических цилиндров.
Научная новизна
1. Разработана новая физическая модель ультразвукового
формообразования пьезокерамики. Рассчитана зависимость
плотности формуемого изделия от величины статического давле
ния и акустических параметров. Получено распределение плотно
сти по высоте изделия в форме цилиндра.
-
Физическими методами экспериментально установлено, что изготовленные ультразвуковым формообразованием при пониженном статическом давлении ПКЭ в форме тонкостенных протяженных цилиндров характеризуются однородной микроструктурой и не претерпевают изменения химического состава.
-
На основе выполненных теоретических и экспериментальных исследований созданы ПКЭ повышенной надежности с высокими значениями эксплуатационных характеристик.
Практическая ценность
1. Разработаны технологические режимы ультразвукового
формообразования ПКЭ в форме тонкостенного протяженного
цилиндра.
2. Исследованы основные эксплуатационные характеристики
полученных ПКЭ в слабом и сильном электрическом поле.
3. Предложены и реализованы направления оптимизации технологических режимов ультразвукового формообразования тонкостенных протяженных пьезокерамических цилиндров.
Основные положения, выносимые на защиту
-
Распространение продольных акустических волн в уплотняемой заготовке из мелкодисперсного неметаллического порошка, увлажненного пластификатором, описывается нелинейным уравнением состояния для пористой водонасыщенной среды.
-
Воздействие продольных и поперечных акустических колебаний приводит соответственно к достижению необходимой плотности заготовки при пониженном статическом давлении и к изменению условий трения в системе пресс-форма - заготовка, обеспечивающему достижение равноплотности заготовки.
-
Ультразвуковое формообразование пьезокерамики, осуществляемое по анализируемой конструктивно-технологической схеме, имеет чисто физическую, а не физико-химическую приро-ДУ-
-
Надежность и эффективность изготовленных с применением ультразвукового формообразования тонкостенных протяженных пьезокерамических цилиндров определяется по результатам их испытаний в слабом и сильном электрическом поле.
Апробация работы
Основные результаты, полученные в диссертации, опубликованы в 5 научных работах и докладывались на следующих конференциях:
8-ой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых ВНКСФ-8 (2002, Екатеринбург);
научно-технической конференции "Кораблестроительное образование и наука - 2003" (2003, Санкт-Петербург);
6-ой международной конференции "Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики" ГА-2002 (2002, Санкт-Петербург);
XIII сессии Российского акустического общества (2003, Москва);
7-ой международной конференции "Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики" ГА-2004 (2004, Санкт-Петербург)
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка основной использованной литературы (83 наименования).
Общий объем диссертации составляет 92 страницы, включая 26 рисунков и 10 таблиц.