До питання про створення композиційних керамічних матеріалів
DOI:
https://doi.org/10.33216/1998-7927-2025-290-4-57-62Ключові слова:
композиційна кераміка, двошарова плитка, карбід кремнію, титанат стронцію, напівсухе пресування, водопоглинання та пористість, уявна густина та межа міцності при згиніАнотація
У зв’язку з інтенсивним розвитком сучасних бездротових технологій зв’язку, а також постійним зростанням кількості електронних пристроїв, які функціонують у широкому частотному діапазоні, у навколишньому середовищі спостерігається стале підвищення рівня штучного електромагнітного випромінювання. Це зумовлює поступове зростання електромагнітного фону, що створює потенційні ризики для безперебійної та надійної роботи високочутливої електронної апаратури, а також може чинити негативний вплив на здоров’я та загальний стан біологічних об’єктів, зокрема людей. У зв’язку з цим особливої актуальності набувають дослідження, спрямовані на створення нових ефективних матеріалів з високими електромагнітно-захисними властивостями, які також повинні характеризуватись задовільними експлуатаційними показниками. У даній роботі наведено результати експериментального дослідження процесу розроблення композиційної керамічної плитки, що містить у своєму складі електропровідні та сегнетоелектричні функціональні компоненти. Як електропровідну добавку використано карбід кремнію у кількості 30 мас. %, а як сегнетоелектричну – титанат стронцію, який вводили в кількості 10, 20 і 30 мас. %. Дослідна плитка має двошарову структуру: перший шар являє собою керамічну масу з 30 мас.% карбіду кремнію, другий шар – масу з відповідним вмістом титанату стронцію. Формування зразків здійснювалося методом напівсухого пресування, а випал проводили в силітовій печі за температур 1120–1140 °С з ізотермічною витримкою 20 хвилин. У процесі дослідження проаналізовано вплив зміни вмісту титанату стронцію на фізико-механічні характеристики виробів. Визначено основні експлуатаційні властивості зразків, такі як водопоглинання, пористість, уявна густина та межа міцності при згині. За результатами досліджень визначено оптимальний склад композиційної кераміки, який забезпечує прийнятне поєднання експлуатаційних характеристик: водопоглинання – 6,84 %, пористість – 14,90 %, уявна густина – 2,16 г/см³, межа міцності при згині – 26,5 МПа. Встановлено, що зростання уявної густини може слугувати індикатором підвищення загальної щільності й потенційної міцності виробу, незважаючи на деяке збільшення пористості. Результати дослідження можуть бути використані при подальшій розробці керамічних матеріалів з функціональними властивостями для використання в умовах дії електромагнітного випромінювання.
Посилання
1. Sahu M., Behera S., Chattopadhyay B. The Influence of Electromagnetic Field Pollution on Human Health: A Systematic Review. Siriraj Medical Journal, 2021. 73(7), 485–492. https://doi.org/10.33192/Smj.2021.63
2. Green M., X. Chen Recent progress of nanomaterials for microwave absorption. Journal of Materiomics, 2019. 5(4), 503-541. https://doi.org/10.1016/j.jmat.2019.07.003
3. Dahl M., Liu Y., Yin Y. Composite Titanium Dioxide Nanomaterials. Chemical Reviews, 2014. 114(19), 9853-9889. https://doi.org/10.1021/cr400634p
4. Vovchenko L., Lozitsky O., Matzui L., Oliynyk V., Zagorodnii V., Skoryk M. Electromagnetic shielding properties of epoxy composites with hybrid filler nanocarbon/BaTiO3. Materials Chemistry and Physics, 2020. 240(15), 122234. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2019.122234
5. Joseph N., Singh S.K., Sirugudu R.K., Murthy V.R.K., Ananthakumar S., Sebastian M. T. Effect of silver incorporation into PVDF-barium titanate composites for EMI shielding applications. Materials Research Bulletin, 2013. 48(4), 1681-1687. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2012.11.115
6. Matzui L.Yu., Vovchenko L.L., Yakovenko O.S., Turkov O.V., Zhuravkov O.V., Ischenko O.V., Diyuk V.E., Dyachenko A.G., Pryhunova O.V., Zagorodnii V.V., Cojocari M., Fedorov G., Kuzhir P. Microwave properties of composites based on glass microsphers coated with ferromagnetic compounds. Journal of Materials Research and Technology, 2025. 36, 7043-7054. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2025.04.283
7. Navdeep S., Gagan D. Carbon Nanotubes based Composites for Electromagnetic Absorption - A Review. Current Applied Materials, 2022. 1(1), 18 10.2174/2666731201666210803110914
8. Hryhoruk V.I., Oliynyk V.V., Zagorodniy V.V., Lisachuk G.V., Kryvobok R.V., Voloshchuk V.V., Maystat M.S., Lapuzina O.M. Study of the electrodynamic properties of composite ceramics. Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni, 2023. 14(2), 249–254 https://doi.org/10.15407/hftp14.02.249
9. Akman F., Kaçal M.R., Almousa N., Sayyed M.I., Polat H. Gamma-ray attenuation parameters for polymer composites reinforced with BaTiO3 and CaWO4 compounds. Prog Nucl Energy, 2020. 121, 103257. https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2020.103257
10. Grygoruk V.І., Oliynyk V.V., Zagorodnii V.V., Lisachuk G.V., Kryvobok R.V., Zakharov A.V., Voloshchuk V.V., Maistat M.S. Microwave Electrodynamic Characteristics of Ceramic Materials. Journal of Nano- and Electronic Physics, 2022. 14(1), 01016-1-01016-4 https://doi.org/10.21272/jnep.14(1).01016
11. Lisachuk G. V., Sakhnenko N. D., Pitak Y. M., Krivobok R. V., Maystat M. S., Zakharov A. V., Voloschuk V. V., Saray V. V. Creation of electrically conductive composite ceramics based on facing tiles with the addition of SiC. Scientific Research on Refractories and Technical Ceramics, 2021. 121, 121-128. https://doi.org/10.35857/2663-3566.121.13
12. Lisachuk G., Krivobok R., Zakharov A., Voloschuk V., Maystat M., Sarai V. Technology of manufacture of radio absorption ceramics. Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: Innovation researches in students’ scientific work, 2021. 2(1362), 9-14. https://doi.org/10.20998/2220-4784.2021.02.02
13. Bhalla A., Guo R., Roy R. The perovskite structure – a review of its role in ceramic science and technology. Mat Res Innovat, 2000. 4, 3–26. https://link.springer.com/article/10.1007/s100190000062
14. Sun C., Zhou Y., Bai W., Xiao M., Feng K., Tong Y., Luo Z., Yang C. Study on the dielectric properties of SrTiO3 ceramics by CuO/Al2O3 insulation. Ceramics International, 2025. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0272884225014075
15. Singh M., Yadav B. C., Ranjan A., Kaur, M., Gupta, S.K. Synthesis and characterization of perovskite barium titanate thin film and its application as LPG sensor. Sensors and Actuators B: Chemical, 2016. 241, 1170—1178 https://doi.org/10.1016/j.snb.2016.10.018
16. Lisachuk, G., Kryvobok, R., Zakharov, A., Voloshchuk, V., Maistat, M., Hlinskyi, D., Kolovorotnyi, B. (). Influence of the firing temperature on the dielectric properties of ceramics based on barium titanate. Technology Audit and Production Reserves, 2021. 5(3(61)), 10–13. https://doi.org/10.15587/2706-5448.2021.242865
17. Phoon B.L., Lai C.W., Juan J.C., Show P.‐L., Chen W.‐H. A review of synthesis and morphology of SrTiO3 for energy and other applications. Int J Energy Res, 2019. 43(10), 5151-5174 https://doi.org/10.1002/er.4505
18. Stanciu C., Hau S., Stanciu G., Tihon C. Er, Yb–codoped SrTiO3 ceramics: Synthesis, structural, microstructural and optical characterization. Ceramics International, 2025. 51(12(B)), 16771-16779. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2024.11.302
19. Zhong B., Zuo C., Yang C., Yang S., Li Y., Yu H., Wei X. Bifunctional europium doped SrTiO3 ceramics with energy storage and photoluminescence. Journal of Alloys and Compounds, 2022. 901, 163556. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.163556
20. Chung T.-H., Kwok K.W. Low-temperature-sintered Pr-doped 0.93(Bi0.5Na0.5)TiO3-0.07BaTiO3 multifunctional ceramics with Li2CO3 sintering aid. Journal of Alloys and Compounds, 2018. 737, 317-322. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.11.355
21. Lisachuk G., Kryvobok R., Pitak Y., Lapuzina O., Gusarova I., Lisachuk L., Grebenyuk A. Ceramics with adjustable dielectric properties based on the system SrO – TiO2 – SiO2. Przeglad Elektrotechniczny, 2018. 94(1), 163-166. https://doi.org/10.15199/48.2018.01.40
22. Benavente R., Salvador M.D., Centeno A., Alonso B., Zurutuza A., Borrell A. Study of Microwave Heating Effect in the Behaviour of Graphene as Second Phase in Ceramic Composites. Materials, 2020. 13(5), 1119. https://doi.org/10.3390/ma13051119
23. Dhawan S.K., Ohlan A., Singh K. Designing of Nano Composites of Conducting Polymers for EMI Shielding. Advances in Nanocomposites-Synthesis, Characterization and Industrial Applications, 2011. 429. https://doi.org/10.5772/14752
