Разработка научных основ технологии получения керамонаполненных полимерных композитов сложных объемов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Юдин Андрей Викторович

• Юдин Андрей Викторович
• кандидат наук
• 2025

Оглавление диссертации кандидат наук Юдин Андрей Викторович

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования

Степень разработанности темы исследований

Цель и задачи работы

Методы и объекты исследования

Научная новизна работы

Практическая значимость работы

Научные положения, выносимые на защиту

Достоверность результатов исследования

Апробация результатов

Публикации по теме исследования

ГЛАВА 1: КЕРАМИКИ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ И ИХ КОМПОЗИТЫ НА ПОЛИМЕРНОЙ ОСНОВЕ, ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ВИДЫ 3D-ПЕЧАТИ, ИССЛЕДОВАНИЯ В ОБЛАСТИ

1.1 Керамики электротехнического назначения и их композиты на полимерной основе

1.1.1 Изолирующие керамические материалы

1.1.2 Функциональные керамические материалы

1.1.3 Специфика применения функциональных керамик электротехнического назначения

1.1.4 Технология обработки керамик электротехнического назначения и перспективы ее развития

1.1.5 Керамонаполненные полимерные композиты (КПК) и их применение в 3Э-печати

1.1.6 Технология обработки КПК с помощью 3Э-печати и перспективы ее развития

1.2 Понятие 3D-печати, классификация методов и их применение для обработки КПК

1.2.1 3Э-печать как подвид аддитивных технологий и ее классификация

1.2.2 Контурные методы: BD-печать методом экструзии суспензий

1.2.3 Контурные методы: BD-печать методом прямого наплавления (DED)

1.2.4 Контурные методы: BD-печать методом экструзии расплавов (FDM)

1.2.5 Слоевые методы: BD-печать методом фотоотверждения в слое суспензии

1.2.6 Слоевые методы: 3D-печать методом отверждения в порошковом слое

1.2.7 Слоевые методы: BD-печать методом послойного ламинирования

1.3 Метод LCD 3D-печати КПК

1.4 Методы исследования КПК для BD-печати методом фотоотверждения в слое суспензии

1.4.1 Исследование технологических свойств УФ-отверждаемых суспензий КПК

1.4.2 Исследование структурных свойств КПК и керамических изделий на их основе

1.5 Выводы

ГЛАВА 2: МАТЕРИАЛЫ, МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ ОБРАЗЦОВ

2.1 Материалы исследования

2.1.1 Компоненты УФ-отверждаемых КПК

2.1.2 Компоненты прессуемых КПК

2.2 Оборудование, устройства и ПО для получения образцов

2.2.1 Система автоматизированного проектирования Компас 3D

2.2.2 LCD 3D-принтер Creality Halot Sky

2.2.3 FDM 3D-принтер Picasso Designer XL Pro

2.2.4 Оптоволоконная лазерная установка Raylogic Galvo C-1

2.2.5 Углекислотный лазерный станок Raylogic

2.2.6 Трубчатая печь Saftherm STG-80-17

2.2.7 Комплекс средств горячего прессования КПК

2.2.8 Установка для гомогенизации малых объемов суспензий

2.2.9 Установка для получения отвержденных пленочных и слоистых образцов

2.2.10 Малообъемный контур рециркуляции и подогрева суспензии для 3D-

принтера Creality Halot Sky

2.2.10 Прочие инструменты и средства измерения

2.3 Методы получения и качественный состав образцов

2.3.1 Приготовление УФ-отверждаемых КПК

2.3.2 Формование УФ-отверждаемых КПК в пленочные и слоистые образцы

2.3.3 Формование УФ-отверждаемых КПК с крупными частицами ЦТС-19

2.3.4 Формование УФ-отверждаемых КПК методом 3D-печати

2.3.5 Низкотемпературная обработка заготовок из УФ-отверждаемых КПК в вакуумной печи

2.3.6 Горячее прессование КПК со связкой из ПВДФ

2.3.7 Нанесение электродов на образцы

2.3.8 Поляризация образцов

2.4 Методы исследования свойств КПК

2.4.1 Гранулометрический анализ порошковых материалов и микроструктура образцов

2.4.2 Газовая хроматография фотополимерных смол

2.4.3 Оценка вязкости суспензий УФ-отверждаемых КПК

2.4.4 Оценка межслойной адгезии УФ-отвержденных КПК

2.4.5 Оценка оптических свойств УФ-отвержденных КПК

2.4.6 Термогравиметрический анализ и цифровая сканирующая калориметрия УФ-отвержденных КПК

2.4.7 Сравнительная оценка теплопроводности УФ-отвержденных КПК

2.4.8 Оценка диэлектрических и пьезоэлектрических свойств КПК

2.4.9 Математическое моделирование КПК методом конечных элементов в

среде COMSOL

2.5 Выводы

ГЛАВА 3: РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ УФ-ОТВЕРЖДАЕМЫХ КПК

3.1 Гранулометрия и микроструктура порошковых материалов

3.2 Газовая хроматография фотополимерных смол

3.3 Калибровка оборудования для получения пленочных образцов УФ-отвержденных КПК

3.4 Межслойная адгезия УФ-отвержденных КПК

3.5 Оптические свойства УФ-отвержденных КПК

3.5 Вязкость керамонаполненных УФ-отверждаемых суспензий КПК

3.6 Термогравиметрический анализ и цифровая сканирующая калориметрия отвержденных образцов КПК

3.7 Относительная теплопроводность отвержденных слоистых КПК

3.8 Диэлектрические свойства отвержденных слоистых КПК

3.9 Влияние низкотемпературной выдержки в вакуумной печи на свойства УФ-отвержденных КПК

3.10 Свойства УФ-отвержденных КПК с крупными частицами ЦТС-19 и перспективы их дальнейшего исследования

3.11 Выводы

ГЛАВА 4: РЕЗУЛЬТАТЫ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ СВОЙСТВ БИНАРНЫХ СИСТЕМ КПК

4.1 Постановка задачи

4.1.1 Пространственная формулировка

4.2.2 Материалы

4.2.3 Исследуемые свойства и основные зависимости

4.2.3.1 Теплопроводность

4.2.3.2 Модуль упругости

4.2.3.3 Диэлектрическая проницаемость

4.2.4 Статистика вычислений и постобработка данных

4.3 Результаты вычислений

4.3.1 Теплопроводность

4.3.2 Модуль упругости

4.3.3 Диэлектрическая проницаемость

4.4 Выводы

ГЛАВА 5: РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ ГОРЯЧЕПРЕССОВАННЫХ КПК

5.1 Исследование бинарной системы №МЬОз-ККЮз/ПВДФ

5.1.1 Микроструктура образцов

5.1.2 Рентгеновская дифракция и фазовый анализ

5.1.3 Температурно-частотные зависимости электрофизических параметров

5.1.4 Пьезоэлектрический отклик образцов

5.1.5 Температурная стабильность эксплуатационных свойств образцов

5.2 Исследование бинарной системы ВаТЮ3/ПВДФ

5.2.1 Определение оптимальной концентрации полимерной фазы

5.2.2 Горячее прессование с использованием матриц

5.2.3 Температурно-частотные зависимости диэлектрических свойств сплошного материала

5.2.4 Гистерезис поляризации сплошного материала

5.2.5 Поляризация образцов и ее результаты

5.3 Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка научных основ технологии получения керамонаполненных полимерных композитов сложных объемов»

Актуальность темы исследования

Современные тенденции в сфере материального производства и информационных технологий, связанные с переходом на новый этап технического развития, порождают необходимость в непрерывном совершенствовании электронных устройств и вычислительных комплексов. Массовая автоматизация и цифровизация требуют разработки и внедрения новых типов преобразователей, способных переводить в аналогово-цифровые сигналы постоянно расширяющийся спектр явлений, возникающих в окружающей среде при взаимодействии с ней человека и его результатов труда. В этой связи материалы и цепочки по их получению и обработке, внедренные еще в прошлом веке и ставшие за это время международным стандартом в соответствующих областях, перестают удовлетворять запросам передовой науки и техники. Будучи доведенными до высокой степени совершенства эволюционным путем, они упираются в физико-химический и технологический потолки, обусловленные наличием естественных границ. Преодоление последних требует революционных изменений в подходе к исследованиям, что позволит перейти на принципиально новый уровень развития области, и обеспечить передовой задел для планомерного и устойчивого развития отечественной промышленности.

В экспериментальных и теоретических изысканиях технической направленности традиционно преобладает два подхода к развитию существующих концепций: усовершенствования в области используемых материалов или развитие и модификация технологий их обработки. Ввиду наличия большого количества взаимозависимых факторов, к синтезу данных путей научной мысли в рамках одного исследования прибегают крайне редко. Результаты таких работ полны неточностей и допущений, которые позволяют приблизительно очертить контуры белых пятен, требуют дополнительного уточнения и более детальной проработки.

Тем не менее, только в этом ключе может быть найден путь к созданию устройств нового поколения.

Одним из таких прорывов последних десятилетий может считаться появление и внедрение в практику целого кластера аддитивных технологий, которые позволяют по-новому взглянуть на ряд направлений и значительно расширить номенклатуру промышленно выпускаемых изделий. В частности, в электротехнике 3Э-печать рассматривается, как потенциальная замена классическим длинным и экологически-небезопасным производственным цепочкам, подразумевающим множественные процессы осаждения и травления [13]. Данный подход также открывает массу возможностей для создания трехмерных объектов со сложной геометрией и внутренней топологией, получение которых альтернативными способами затруднительно [4]. Такие изделия представляют особый практический интерес для внедрения в качестве компонентов микроэлектроники [5, 6], печатных плат [7], электродов ионисторов и электрохимических накопителей энергии [8, 9], акустических мембранных структур [10, 11], пьезоэлектрических [12, 13], фотоэлектрических и оптических преобразователей [14-17], антенн и волноводов [18, 19].

Подобное разнообразие практических приложений напрямую связано с созданием композитных материалов, где полимер является технологической основой, содержащей функциональные добавки других соединений. В частности, керамики привлекают значительный исследовательский интерес в качестве наполнителя ввиду ограничений, связанных с их стандартными маршрутами производства и обработки [20-23]. Такая гибридизация приводит к формированию отдельного класса керамонаполненных полимерных композитов (КПК), обладающего специфическим набором технологических и эксплуатационных параметров, определение взаимных зависимостей между которыми представляет фундаментальную научно-исследовательскую задачу.

При этом следует разделять материалы на основе термо- [24] и реактопластичных [25-30] связок, характеризуемых разной спецификой формования. В этой связи актуальным видится рассмотрение составов обоих типов, а также поиск возможного обобщающего синтеза для получения комплексного

подхода по созданию экологически чистых, экономичных и эффективных компонентов электронной техники нового поколения [31-34].

Степень разработанности темы исследований

Тема 3D-печати керамонаполненных полимерных композитов -сравнительно новое направление, активно развивающееся в последние несколько лет. В частности, к числу наиболее ранних работ по стереолитографическому подходу следует отнести публикацию от 2000 года [35]. Однако, вплоть до последнего десятилетия ввиду отсутствия массового производства доступного оборудования, работающего по технологиям данной группы, полномасштабные исследования в этой области не предпринимались. Напротив, только за период проведения диссертационного исследования в международных рецензируемых изданиях высокого уровня опубликовано более 50 статей по рассматриваемой теме, некоторые из которых представлены в обзорных публикациях [20-23].

Одним из перспективных направлений 3D-печати КПК является селективное отверждение составов на основе УФ-отверждаемых фотополимеров. При этом распространен подход на основе методов DLP (Direct Light Processing) и LCM (Lithography-based Ceramic manufacturing) формования, сопровождающимися многоступенчатым высокотемпературным выжиганием полимера и обжигом керамических заготовок. Однако, существует лишь ограниченное количество публикаций, связанных с LCD (ЖК-дисплей) 3D-печатью и оценкой возможности практического использования получаемых с ее помощью изделий из КПК без дополнительной обработки. Также, недостаточно хорошо исследованными остаются такие аспекты, как:

- Оптическая проницаемость составов в целевом диапазоне длин волн;

- Значимость этого показателя в сравнении с реологическими свойствами;

- Возможность управления вязкостью путем подогрева состава;

- Перспектива совмещения LCD 3D-печати КПК с другими приемами по созданию сложных форм, такими как горячее прессование;

- Численное моделирование КПК для прогнозирования их свойств.

Цель и задачи работы

Целью работы является разработка физико-технологических основ для совершенствования характеристик КПК, исследование маршрутов производства изделий электротехнического назначения на их основе, а также разработка конструкций оборудования для производства и исследования материалов электронной техники.

В рамках поставленной цели решались следующие задачи:

- Разработка физико-технологических основ получения составов на основе фотополимеров с добавками функциональных керамик электротехнического назначения, таких как оксид алюминия, титанат бария, цирконат титанат свинца, пригодных для LCD ЭЭ-печати;

- Разработка оборудования и методики экономичного получения и исследования свойств КПК для LCD ЭЭ-печати;

- Разработка и изготовление методом LCD ЭЭ-печати композитных макроструктур на основе КПК, применяемых в электронной технике;

Методы и объекты исследования

В рамках данной диссертационной работы в качестве объектов исследования рассмотрены составы, методы обработки и свойства двух типов бинарных систем КПК:

- КПК для LCD ЭЭ-печати на основе УФ-отверждаемого фотополимера (реактопласт), содержащие добавки ЦТС-19, БаТЮэ и AI2O3 в диапазоне размеров частиц 1 мкм - 2 мм и концентраций 5 - 50 об. % ;

- КПК для горячего прессования на основе поливинилиденфторида (ПВДФ) (термопласт), содержащие добавки NaNbO3-KNbO3 и ВаТЮз с размерами частиц 1 - 35 мкм и концентрацией полимера 10 - 50 об. %.

Для оценки свойств прекурсоров выполнялись оптическая гранулометрия порошков и газовая хроматография фотополимерных смол. Для проверки объемных соотношений компонентов в бинарных КПК LCD 3D-печати и

определения их диапазона температурной стабильности применен метод термогравиметрии. Для количественной оценки технологических свойств составов КПК для LCD 3D-печати использованы методы вискозиметрии и фотометрии. Для оценки электрофизических свойств КПК использованы методы диэлектрической спектроскопии, качественные измерения относительной теплопроводности, численное моделирование, а также измерения поляризационного гистерезиса и толщинного пьезомодуля.

Научная новизна работы

- Разработана классификация методов 3D-печати композитными материалами, которая разделяет всю совокупность подходов на контурные и слоевые, а также подчеркивает основную совокупность их физико-технологических характеристик, таких как скорость формования, точность геометрии и однородность формируемых изделий;

- Впервые для исследования технологических свойств КПК и возможностей оборудования для LCD 3D-печати применена методика, комбинирующая фотометрию и тесты на межслойную адгезию;

- Впервые показаны концентрационные зависимости для коэффициента поглощения УФ-излучения в системе фотополимер - Al2O3 и для толщинного пьезомодуля d33 в системе ПВДФ- NaNbO3-KNbO3.

Практическая значимость работы

- Разработаны методы получения и исследования свойств образцов КПК для LCD 3D-печати позволяющие сократить расход прекурсоров вплоть до 85 %;

- Разработано и запатентовано (Патент РФ № 232347) устройство, позволяющее получать образцы отвержденных КПК для LCD 3D-печати, пригодные для фотометрии, тестов на межслойную адгезию, измерений теплопроводности и электрофизических характеристик;

- Разработан вспомогательный контур для LCD 3D-принтера Creality Halot

Sky, который обеспечивает рециркуляцию и подогрев суспензий до 50 С, тем самым противодействуя оседанию керамики и снижая вязкость состава;

- Применен метод качественного исследования межслойной адгезии в образцах отвержденных КПК для LCD 3D-печати, позволяющий осуществлять экспресс-оценку технологической пригодности. Получаемые результаты дополняют данные фотометрии и коррелируют с ними;

- Разработана гибридная методика, позволяющая преодолеть выявленные для принтера Creality Halot Sky технологические ограничения и получать макроструктурированные пьезоэлектрически активные образцы КПК методом горячего прессования в жертвенные шаблоны формы, создаваемые LCD 3D-печатью пассивных КПК систем.

Научные положения, выносимые на защиту

1. Использование модифицированной технологии LCD 3D-печати для обработки КПК обеспечивает возможность формования составов, содержащих вплоть до 40 об. % керамической добавки. Изделия обладают температурной стабильностью вплоть до 300 С, характеризуются повышенной прочностью и теплопроводностью.

2. Системы КПК на основе термо- и реактопластов с содержанием керамики 50 об. % и более могут обладать устойчивыми пьезоэлектрическими свойствами, а зависимость толщинного пьезомодуля d33 от количества полимерной добавки стремится к обратной экспоненциальной.

3. Межслойная и межфазная адгезия являются ключевыми параметрами, определяющим возможность формования КПК методами LCD 3D-печати и горячего прессования в жертвенные шаблоны. При этом существует возможность макроструктурирования изделий сочетанием этих технологических приемов.

4. Размер частиц керамической добавки оказывает сильное влияние на физико-технологические свойства КПК на основе термо- и реактопластов. Увеличение этого параметра снижает вязкость и коэффициент оптического

поглощения суспензий, способствует лучшей межфазной адгезии и усилению пьезоэлектрического отклика.

Достоверность результатов исследования

Экспериментальные данные для диссертационного исследования собраны с применением современного высокоточного научного оборудования. Использованные материалы стандартизованы производителем, а полученные результаты укладываются в диапазон значений работ по сходной тематике.

Апробация результатов

Основные положения диссертационного исследования обсуждались и доказывались в рамках научных мероприятий:

- Международные конференции Physics and Mechanics of New Materials and Their Applications" PHENMA 2021-2022 г. и PHENMA 2024 г;

- Международный междисциплинарный молодежный симпозиум «Физика бессвинцовых пьезоактивных и родственных материалов» LFPM 2023, 2022 г.г.;

- Донецкий международный научный круглый стол «Искусственный интеллект: теоретические аспекты, практическое применение», 2023;

- Международная научная школа «Zero Waste» для молодых ученых, аспирантов и студентов, Новочеркасск, 27 мая - 1 июня, 2024 г;

- XVII Международная научно-техническая конференция «Акустооптические и радиолокационные методы измерений и обработки информации», Москва, 23-26 сентября 2024 г;

- Всероссийские конференции: МКПУ-2023, «Современные цифровые технологии» 2023 г, «Научное приборостроение: перспективы разработки, создания, развития и использования» 2024 г, «Наука Юга России: достижения и перспективы» 2024 г.

Публикации по теме исследования

Основные теоретические и практические результаты диссертации опубликованы в 15 печатных работах, среди которых Э научные публикации в научных изданиях Белого Списка, 1 публикация в зарубежном издании, индексируемом Scopus, 1 патент на полезную модель, 10 - материалы, опубликованные в сборниках трудов международных и всероссийских конференций.

ГЛАВА 1: КЕРАМИКИ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ И ИХ КОМПОЗИТЫ НА ПОЛИМЕРНОЙ ОСНОВЕ, ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ВИДЫ 3Б-ПЕЧАТИ, ИССЛЕДОВАНИЯ В ОБЛАСТИ

1.1 Керамики электротехнического назначения и их композиты на полимерной основе

Керамические материалы являются неотъемлемой частью современной электронной техники [36-38]. Типологически относящиеся к диэлектрикам, соединения этого класса, востребованы при производстве широкой номенклатуры изделий благодаря уникальному сочетанию свойств. Спектр выпускаемой продукции охватывает две принципиально отличные друг от друга области, в качестве которых следует различать изолирующие и функциональные компоненты.

1.1.1 Изолирующие керамические материалы

К числу изолирующих относятся материалы, которые не выполняют дополнительных технических задач, и удовлетворяют следующим критериям [39]:

- Диэлектрическая проницаемость (е) <30;

- Удельное сопротивление (р) >1012 (Ом/см);

- Тангенс угла диэлектрических потерь (/£ д) <0.001;

- Диэлектрическая прочность (ОБ) >5.0 кВ/мм.

Здесь е характеризует проницаемость материала для электрического поля, р и ЭБ отражают устойчивость к пропусканию тока, Щ д позволяет оценить рассеивание заряда, обусловленное током утечки.

В производственной практике широко распространены изоляционные керамики из одноосновных оксидов, что обусловлено простотой их получения, и, как следствие, дешевизной. Диэлектрические свойства некоторых материалов данной группы, полученные при частоте измерительного тока 1кГц, и температуре 25 0С, приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Диэлектрические свойства распространенных одноосновных оксидов [39]

Материал (8 3 г Б8, кВ/мм р, Ом/см

Al2Oз 0,0003-0,002 8,8-10,1 17 1016

MgO 0,0001 8,9 8,5-11 >1014

SiО2 (Кварц) 0,0003 3,8-5,4 15-25 1014-1018

ZrO2 0,01 12 5 109

Из представленных Al2Oз, также известный как электрокорунд, наиболее широко используется в качестве подложек для высоконагруженных микроэлектронных схем. При больших значениях диэлектрической прочности и удельного сопротивления, оксид алюминия обладает высокими показателями теплопроводности (X = 34 Вт/(м-К) при 20 0С и X = 10 Вт/(м-К) при 800 0С), а также стойкостью к тепловому удару, что делает его ведущим изоляционным материалом для изделий, работающих при повышенных температурах. С другой стороны, большая диэлектрическая проницаемость на высоких частотах и малый коэффициент потерь определяют применимость Al2Oз в микроволновых устройствах [40, 41].

Однако, на практике достижение максимальных эксплуатационных свойств Al2Oз осложняется наличием в прекурсорах примесей, исполняющих роль концентраторов электрофизических воздействий. В этой связи, в промышленных приложениях распространение получило легирование шихты небольшими долями оксида циркония ZrO2, стабилизированного оксидом иттрия Y2O3. [42-44]. Этот прием приводит к появлению вспомогательной фазы, облегчающей диффузию зарядов на интерфейсах по границам кристаллических зерен.

1.1.2 Функциональные керамические материалы

К числу функциональных относятся керамические материалы, обладающие какими-либо технологически-значимыми электрофизическими свойствами, помимо изоляционных и конструкционных.

Одну из наиболее обширных групп соединений данной категории представляют сегнетоэлектрики. Их отличительным признаком является

способность к спонтанной поляризации при температурных фазовых переходах. Феномен обусловлен неравномерным распределением заряженных частиц относительно осей симметрии кристаллической решетки. Они формируют электрические диполи, произвольно ориентирующиеся в материале при неконтролируемом синтезе активной фазы. В общем случае, это позволяет сохранить общий заряд равным нулю, однако приложение внешнего электрического поля способно вызвать временную или постоянную направленную поляризацию [45].

Также здесь важную роль играет вид фазового перехода, определяющий появление некомпенсированных зарядов. В этой связи выделяют два основных типа керамических сегнетоэлектриков: дипольные (переход порядок-беспорядок) и ионные (переход со смещением). В первом случае материалы кристаллизуются в решетки с низкой степенью симметрии (тетрагональной, тригональной, ромбической), характеризуются ковалентной химической связью, и наличием в структуре дальнего порядка. Ярким представителем этой группы соединений является нитрид натрия №N02. В нем катион азота определяет дипольный момент молекулы и имеет два эквивалентных по внутренней энергии возможных положения относительно связки из 02-.

Ионные сегнетоэлектрики, напротив, имеют кристаллические решетки с высокой степенью симметрии, а образование некомпенсированных зарядов обусловлено атомами внедрения. В нормальных температурных условиях они смещаются относительно равновесного положения из-за взаимодействия с соседними частицами, что приводит к появлению диполей. В данном случае нагрев способствует расширению элементарной ячейки и уравновешиванию ее структуры [45]. Таким образом, фазовый переход при превышении предела температур, характеризуемого точкой Кюри, устраняет физическую природу явления.

1.1.3 Специфика применения функциональных керамик электротехнического назначения

Функциональные керамики, как правило, обладают большими удельным сопротивлением и диэлектрической проницаемостью, что позволяет использовать их в качестве емкостных слоев между обкладками конденсаторов [39]. Однако, возможно более значимым свойством, характерным для некоторых типов соединений, является пьезоэлектрический эффект, который заключается в поляризации ионных кристаллов при деформации внешней нагрузкой.

В таких материалах положительные и отрицательные ионы образуют две независимые, но перекрывающиеся решетки. Механическое воздействие, изменяющее относительное положение частиц, приводит к перераспределению заряда и возникновению на торцах разности потенциалов. Данный феномен, также называемый прямым пьезоэффектом, имеет свою обратную вариацию, проявляющуюся в изменении формы под действием прикладываемого извне напряжения. Это свойство структуры может быть значительно усилено за счет наведения направленной поляризации.

Степень выраженности пьезоэлектрического эффекта в материале описывается с помощь коэффициентов электромеханической связи ^ и gj■, где I и у - единичные векторы декартовых координат, определяющие направления преимущественной ориентации диполей и прикладываемой нагрузки, соответственно. Наиболее часто для описания эксплуатационных свойств пьезокерамик используют модули dзз, и g33, которые характеризуют отклик структуры параллельно и перпендикулярно к вектору поляризации [46].

Величины коэффициентов электромеханической связи, как правило, невелики, и измеряются в сотнях пКл/Н, что, однако, не мешает массово внедрять эти соединения в качестве преобразователей колебаний в широком диапазоне частот. Из них изготавливаются, например, акустические генераторы и сенсоры, устройства для неразрушающего контроля и микродвигатели. В этой связи важной характеристикой материалов является добротность рт, которая определяется как отношение активной мощности к ее реактивной части. В практическом смысле этот

показатель выражает способность системы сохранять структурные колебания без значительных потерь энергии.

К числу традиционно используемых промышленностью керамических сегнетоэлектриков, обладающих пьезосвойствами, относятся системы твёрдых растворов цирконата-титаната свинца (ЦТС) и титанат бария (BaTiO3) [47]. Они имеют кубическую кристаллическую решетку, формируемую крупными катионами (свинца или бария) с гранецентрированным октаэдром из анионов кислорода, внутри которого расположен положительно заряженный ион титана или циркония. Последний при температурах ниже точки Кюри смещен относительно геометрического центра ячейки, что создает возможность для образования электрического диполя, и, как следствие явления поляризации. Свойства некоторых промышленно изготавливаемых составов на основе этих соединений представлены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 - Свойства пьезокерамик на основе цирконата-титаната свинца и титаната бария [48]

Материал д 8 От пКл/Н №з\, пКл/Н Тк, °С Вм/Н

ЦТС-19 0,010 1620-1980 50-120 150-200 310-460 290 169-206

ЦТС-36 0,020 650-800 60-80 90-150 290-380 350 395-420

ТБ-1 0,020 1300-1900 100 45-70 100-150 110 68-70

ТБК-3 0,020 1000-1400 300 43-75 80-160 95 71-101

Из представленных данных следует, что системы ЦТС выгодно отличаются более высокими эксплуатационными свойствами. Однако, их значительным недостатком, определяющем перспективность BaTiO3 в ряде практических приложений, является наличие свинца. Последний, благодаря известному токсическому воздействию, не позволяет применять этот тип пьезокерамик в ряде практических приложений. Кроме того, свинец обладает низкой температурой плавления, и спекание систем ЦТС требует учета выхода этого элемента из структуры.

Таким образом, твердые растворы цирконата-титаната свинца и титаната бария являются востребованными современной промышленностью пьезоэлектрическими материалами. Благодаря высокой диэлектрической проницаемости, они используются в качестве диэлектрических слоев для конденсаторов, а ассиметричная при комнатной температуре структура ионного кристалла позволяет применять эти соединения в качестве преобразователей электромеханических воздействий. При этом титанат бария, несмотря на менее выраженные функциональные свойства, ввиду отсутствия свинца в структуре, обладает такими важными преимуществами перед ЦТС, как нетоксичность и температурная стабильность, что делает этот материал конкурентоспособным, и даже безальтернативным для ряда практических приложений.

1.1.4 Технология обработки керамик электротехнического назначения и перспективы ее развития

С момента своего становления во второй половине 20-го века технология серийного производства пьезокерамических материалов и активных элементов на их основе не претерпела существенных изменений. В общем случае, как показано на рисунке 1.1, она состоит из трех последовательных макромодулей, объединяющих переходы по синтезу активной фазы, формованию заготовок и изготовлению функциональных преобразователей [47]. В случае производства пассивных керамических изделий технологический цикл упрощается, и подразумевает только этапы синтеза основной фазы, ее формования, обжига и постобработки.

Применение стандартизованных процессов серийного выпуска керамических изделий электротехнического назначения позволяет получать сертифицированную продукцию прогнозируемого качества. В то же время, современные тенденции технологического развития требуют создания электронно-компонентной базы для устройств нового поколения [49, 50]. Внедрение более совершенных соединений с улучшенными эксплуатационными характеристиками представляет один из возможных путей решения поставленной задачи. Однако, этот подход ограничен

относительно низкими темпами исследования и синтеза новых составов. Кроме того, незначительные изменения в композициях, которые сравнительно легко внедрить в массовое производство, не позволяют добиться перехода на принципиально новый уровень развития области.

Рисунок 1.1 - Общая схема стандартного технологического процесса производства пьезокерамических преобразователей

В этой связи привлекательной альтернативой является концепция метаматериалов. Она подразумевает создание упорядоченной на макроуровне геометрии, способствующей приросту целевых показателей за счет эффектов формы [51]. Подход позволяет более полно реализовать потенциал хорошо изученных и легко доступных соединений, не прибегая к значительному изменению их микроструктуры и состава. В частности, для электротехнического направления перспективность такого решения подчеркивается рядом научно-исследовательских работ в области биомедицинских [52], конструкционных [53], акустических [54] и подводных [55] устройств.

При этом особенности существующих поточных производств не позволяют изготавливать керамические изделия сложной конфигурации. Наиболее типовыми являются цилиндрические, призматические и трубчатые типы геометрий, которые легко получить прессованием или экструзией. Хотя известны промышленно используемые подходы по макроструктурированию [12], они зачастую ограничены простыми формами, получаемыми механической обработкой заготовок.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Юдин Андрей Викторович, 2025 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Park Y. G. et al. High-resolution 3D printing for electronics //Advanced science.

- 2022. - Т. 9. - №. 8. - С. 2104623.

2. Goh G. L. et al. 3D printing of multilayered and multimaterial electronics: A review //Advanced Electronic Materials. - 2021. - Т. 7. - №. 10. - С. 2100445.

3. Rao C. H. et al. A review on printed electronics with digital 3D printing: fabrication techniques, materials, challenges and future opportunities //Journal of Electronic Materials. - 2022. - Т. 51. - №. 6. - С. 2747-2765.

4. Stevens C. J. et al. 3D printing of functional metal and dielectric composite metaatoms //Small. - 2022. - Т. 18. - №. 10. - С. 2105368.

5. Нанотехнология: физика, процессы, диагностика, приборы : 120-ти летию ЭТИ, ЛЭТИ, СпбГЭТУ / А. В. Афанасьев, В. П. Афанасьев, Г. Ф. Глинский [и др.].

- Москва : ООО Издательская фирма "Физико-математическая литература", 2006.

- 552 с. - ISBN 5-9221-0719-4. - EDN WAJGFR.

6. Золь-гель технология микро- и нанокомпозитов / В. А. Мошников, Ю. М. Таиров, Т. В. Хамова, О. А. Шилова. - Санкт-Петербург : Издательство "Лань", 2013. - 304 с. - ISBN 978-5-8114-1417-8. - EDN UGRMVD.

7. Nassar H., Dahiya R. Fused deposition modeling-based 3D-printed electrical interconnects and circuits //Advanced Intelligent Systems. - 2021. - Т. 3. - №. 12. - С. 2100102.

8. Chu T., Park S., Fu K. 3D printing-enabled advanced electrode architecture design //Carbon Energy. - 2021. - Т. 3. - №. 3. - С. 424-439.

9. Cheng M., Deivanayagam R., Shahbazian-Yassar R. 3D printing of electrochemical energy storage devices: a review of printing techniques and electrode/electrolyte architectures //Batteries & Supercaps. - 2020. - Т. 3. - №. 2. - С. 130-146.

10. Suarez L., del Mar Espinosa M. Assessment on the use of additive manufacturing technologies for acoustic applications //The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. - 2020. - Т. 109. - №. 9. - С. 2691-2705.

11. Liao G. et al. Acoustic metamaterials: A review of theories, structures, fabrication approaches, and applications //Advanced Materials Technologies. - 2021. -T. 6. - №. 5. - C. 2000787.

12. Ali F., Koc M. 3D printed polymer piezoelectric materials: transforming healthcare through biomedical applications //Polymers. - 2023. - T. 15. - №. 23. - C. 4470.

13. Chen C. et al. Additive manufacturing of piezoelectric materials //Advanced Functional Materials. - 2020. - T. 30. - №. 52. - C. 2005141.

14. Li J. Z. et al. Review of wire arc additive manufacturing for 3D metal printing //International Journal of Automation Technology. - 2019. - T. 13. - №. 3. - C. 346-353.

15. Zhu Y. et al. Recent advancements and applications in 3D printing of functional optics //Additive Manufacturing. - 2022. - T. 52. - C. 102682.

16. Chekkaramkodi D. et al. Review of vat photopolymerization 3D printing of photonic devices //Additive Manufacturing. - 2024. - T. 86. - C. 104189.

17. Hunde B. R., Woldeyohannes A. D. 3D printing and solar cell fabrication methods: A review of challenges, opportunities, and future prospects //Results in Optics. - 2023. - T. 11. - C. 100385.

18. Carvalho S. S. et al. Exploring design approaches for 3D printed antennas //IEEE access. - 2024. - T. 12. - C. 10718-10735.

19. Sun J., Hu F. Three-dimensional printing technologies for terahertz applications: a review //International Journal of RF and Microwave Computer-Aided Engineering. -2020. - T. 30. - №. 1. - C. e21983.

20. Park J. et al. A review on recent advances in piezoelectric ceramic 3D printing //Actuators. - MDPI, 2023. - T. 12. - №. 4. - C. 177.

21. Diao Q., Zeng Y., Chen J. The applications and latest progress of ceramic 3D printing //Additive Manufacturing Frontiers. - 2024. - T. 3. - №. 1. - C. 200113.

22. Chen H. et al. Recent advances in multi-material 3D printing of functional ceramic devices //Polymers. - 2022. - T. 14. - №. 21. - C. 4635.

23. Chen Z. et al. 3D printing of ceramics: A review //Journal of the European Ceramic Society. - 2019. - T. 39. - №. 4. - C. 661-687.

24. Yurasov Y. I. et al. Dielectric and piezoelectric properties of modified lead-free NaNbO3-KNbO3/PVDF composite ceramics //Journal of advanced dielectrics. - 2021. - T. 11. - №. 05. - C. 2160015.

25. Chen Y. et al. PZT ceramics fabricated based on stereolithography for an ultrasound transducer array application //Ceramics International. - 2018. - T. 44. - №. 18. - C. 22725-22730.

26. Wang L. et al. 3D printed 0-3 type piezoelectric composites with high voltage sensitivity //Ceramics International. - 2022. - T. 48. - №. 9. - C. 12559-12568.

27. Liu Y. et al. 3D printing of ceramic cellular structures for potential nuclear fusion application //Additive Manufacturing. - 2020. - T. 35. - C. 101348.

28. Lu J. et al. 3D printing of TPMS structural ZnO ceramics with good mechanical properties //Ceramics International. - 2021. - T. 47. - №. 9. - C. 12897-12905.

29. Omoniyi O. A. et al. 3D-printing of a piezocomposite material with high filler content for transducer applications //2020 IEEE International Ultrasonics Symposium (IUS). - IEEE, 2020. - C. 1-3.

30. Li Z. et al. Additive manufacturing of lightweight and high-strength polymer-derived SiOC ceramics //Virtual and Physical Prototyping. - 2020. - T. 15. - №. 2. - C. 163-177.

31. Wang H. et al. A Systematic Study on Digital Light Processing 3D Printing of 0-3 Ceramic Composites for Piezoelectric Metastructures //Research. - 2025. - T. 8. - C. 0595.

32. Nam J., Kim M. Advances in materials and technologies for digital light processing 3D printing //Nano Convergence. - 2024. - T. 11. - №. 1. - C. 45.

33. Yap Y. L., Sing S. L., Yeong W. Y. A review of 3D printing processes and materials for soft robotics //Rapid Prototyping Journal. - 2020. - T. 26. - №. 8. - C. 13451361.

34. Persano L. et al. Advanced materials for energy harvesting and soft robotics: Emerging frontiers to enhance piezoelectric performance and functionality //Advanced Materials. - 2024. - T. 36. - №. 45. - C. 2405363.

35. Jang J. H. et al. Preparation and characterization of barium titanate suspensions for stereolithography //Journal of the American Ceramic Society. - 2000. - T. 83. - №. 7. - C. 1804-1806.

36. Habib M., Lantgios I., Hornbostel K. A review of ceramic, polymer and composite piezoelectric materials //Journal of Physics D: Applied Physics. - 2022. - T. 55. - №. 42. - C. 423002.

37. Saleem M. Z., Akbar M. Review of the performance of high-voltage composite insulators //Polymers. - 2022. - T. 14. - №. 3. - C. 431.

38. Laadjal K., Cardoso A. J. M. Multilayer ceramic capacitors: an overview of failure mechanisms, perspectives, and challenges //Electronics. - 2023. - T. 12. - №. 6. - C. 1297.

39. Buchanan R. C. (ed.). Ceramic materials for electronics. - CRC press, 2018.

40. Xia K., Zhang H. F. Application of Al2O3 ceramic for a circularly polarized filtering antenna //Alexandria Engineering Journal. - 2024. - T. 96. - C. 237-248.

41. Pan H., Li Y. P., Zhang H. F. Design and optimization of circularly polarized dielectric resonator antenna array based on Al2O3 ceramic //Alexandria Engineering Journal. - 2023. - T. 82. - C. 154-166.

42. Kamnev K. et al. The planar anodic Al2O3-ZrO2 nanocomposite capacitor dielectrics for advanced passive device integration //Science and Technology of Advanced Materials. - 2023. - T. 24. - №. 1. - C. 2162324.

43. Maletsky A. V. et al. Structure formation and properties of corundum ceramics based on metastable aluminium oxide doped with stabilized zirconium dioxide //Ceramics International. - 2021. - T. 47. - №. 14. - C. 19489-19495.

44. Peng D. et al. Synthesis of yttria stabilized ZrO2-Al2O3 composite beads by wet titration technology //Journal of the Ceramic Society of Japan. - 2021. - T. 129. - №. 12. - C. 753-760.

45. Корицкий Ю. В. Основы физики диэлектриков: Учебник для электромеханических техникумов. - Энергия, 1979.

46. Головнин В. и др. Физические основы, методы исследования и практическое применение пьезоматериалов. - Litres, 2014.

47. Глозман И. А. Пьезокерамика. - Энергия, 1972.

48. Пьезокерамические материалы НКТБ "Пьезоприбор" [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://ivtipt.ru/pm (Дата обращения: 12.06.2025).

49. Milias C. et al. Metamaterial-inspired antennas: A review of the state of the art and future design challenges //IEEE Access. - 2021. - Т. 9. - С. 89846-89865.

50. Vivek A., Shambavi K., Alex Z. C. A review: metamaterial sensors for material characterization //Sensor Review. - 2019. - Т. Э9. - №. Э. - С. 417-432.

51. Esfarjani S. M., Dadashi A., Azadi M. Topology optimization of additive-manufactured metamaterial structures: A review focused on multi-material types, Forces in Mechanics, Vol. 7. - 2022.

52. Ahmadpour A., Yetisen A. K., Tasoglu S. Piezoelectric metamaterial blood pressure sensor //ACS Applied Electronic Materials. - 2023. - Т. 5. - №. 6. - С. Э280-3290.

53. Hong L. et al. Ultra-stretchable kirigami piezo-metamaterials for sensing coupled large deformations //Advanced Science. - 2024. - Т. 11. - №. 5. - С. 2Э0Э674.

54. Ji G., Huber J. Recent progress in acoustic metamaterials and active piezoelectric acoustic metamaterials-a review //Applied Materials Today. - 2022. - Т. 26. - С. 101260.

55. Zhao J. et al. A review of piezoelectric metamaterials for underwater equipment //Frontiers in Physics. - 2022. - Т. 10. - С. 10688Э8.

56. Zheng Y. et al. Cracks of alumina ceramics by selective laser melting //Ceramics International. - 2019. - Т. 45. - №. 1. - С. 175-184.

57. Sing S. L. et al. Direct selective laser sintering and melting of ceramics: a review //Rapid Prototyping Journal. - 2017. - Т. 2Э. - №. Э. - С. 611-623.

58. Chen Z. et al. 3D printing of ceramics: A review //Journal of the European Ceramic Society. - 2019. - Т. Э9. - №. 4. - С. 661-687.

59. Wu H. et al. Polymer-/ceramic-based dielectric composites for energy storage and conversion //Energy & Environmental Materials. - 2022. - T. 5. - №. 2. - C. 486514.

60. Yurasov Y. I. et al. Dielectric and piezoelectric properties of modified lead-free NaNbO3-KNbO3/PVDF composite ceramics //Journal of advanced dielectrics. - 2021.

- T. 11. - №. 05. - C. 2160015.

61. Patel P. K., Rani J., Yadav K. L. Effective strategies for reduced dielectric loss in ceramic/polymer nanocomposite film //Ceramics International. - 2021. - T. 47. - №. 7. - C. 10096-10103.

62. Sathish K. et al. A comparative study on subtractive manufacturing and additive manufacturing //Advances in Materials Science and Engineering. - 2022. - T. 2022. - №. 1. - C. 6892641.

63. Iqbal A. et al. Readiness of subtractive and additive manufacturing and their sustainable amalgamation from the perspective of Industry 4.0: A comprehensive review //The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. - 2020. - T. 111. -№. 9. - C. 2475-2498.

64. Watson J. K., Taminger K. M. B. A decision-support model for selecting additive manufacturing versus subtractive manufacturing based on energy consumption //Journal of Cleaner Production. - 2018. - T. 176. - C. 1316-1322.

65. Papenberg N. P. et al. Mg-Alloys for forging applications—A review //Materials. - 2020. - T. 13. - №. 4. - C. 985.

66. Dixit U. S. Modeling of metal forming: a review //Mechanics of materials in modern manufacturing methods and processing techniques. - 2020. - C. 1-30.

67. Cao J., Banu M. Opportunities and challenges in metal forming for lightweighting: review and future work //Journal of Manufacturing Science and Engineering. - 2020. - T. 142. - №. 11. - C. 110813.

68. Luo A. A., Sachdev A. K., Apelian D. Alloy development and process innovations for light metals casting //Journal of Materials Processing Technology. - 2022.

- T. 306. - C. 117606.

69. Kumar A., Singh R. C., Chaudhary R. Recent progress in production of metal matrix composites by stir casting process: An overview //Materials Today: Proceedings.

- 2020. - T. 21. - C. 1453-1457.

70. Sankhla A., Patel K. M. Metal matrix composites fabricated by stir casting process-a review //Advances in Materials and Processing Technologies. - 2022. - T. 8.

- №. 2. - C. 1270-1291.

71. Saleh Alghamdi S. et al. Additive manufacturing of polymer materials: Progress, promise and challenges //Polymers. - 2021. - T. 13. - №. 5. - C. 753.

72. Vafadar A. et al. Advances in metal additive manufacturing: a review of common processes, industrial applications, and current challenges //Applied Sciences. -2021. - T. 11. - №. 3. - C. 1213.

73. Jadhav A., Jadhav V. S. A review on 3D printing: An additive manufacturing technology //Materials Today: Proceedings. - 2022. - T. 62. - C. 2094-2099.

74. Chen Z. et al. 3D printing of ceramics: A review //Journal of the European Ceramic Society. - 2019. - T. 39. - №. 4. - C. 661-687.

75. Gao B. et al. A review of research progress in selective laser melting (SLM) //Micromachines. - 2022. - T. 14. - №. 1. - C. 57.

76. Ahn D. G. Directed energy deposition (DED) process: state of the art //International Journal of Precision Engineering and Manufacturing-Green Technology.

- 2021. - T. 8. - №. 2. - C. 703-742.

77. Saadi M. et al. Direct ink writing: a 3D printing technology for diverse materials //Advanced Materials. - 2022. - T. 34. - №. 28. - C. 2108855.

78. Scheithauer U. et al. Additive manufacturing of ceramic heat exchanger: opportunities and limits of the lithography-based ceramic manufacturing (LCM) //Journal of Materials Engineering and Performance. - 2018. - T. 27. - №. 1. - C. 14-20.

79. Ligon S. C. et al. Polymers for 3D printing and customized additive manufacturing //Chemical reviews. - 2017. - T. 117. - №. 15. - C. 10212-10290.

80. Kristiawan R. B. et al. A review on the fused deposition modeling (FDM) 3D printing: Filament processing, materials, and printing parameters //Open Engineering. -2021. - T. 11. - №. 1. - C. 639-649.

81. Kwon K. S. et al. Review of digital printing technologies for electronic materials //Flexible and Printed Electronics. - 2020. - T. 5. - №. 4. - C. 043003.

82. Zhu Z. et al. Additive manufacturing of thin electrolyte layers via inkjet printing of highly-stable ceramic inks //Journal of Advanced Ceramics. - 2021. - T. 10. - №. 2. -C. 279-290.

83. Oh Y. et al. Microwave dielectric properties of zirconia fabricated using NanoParticle Jetting™ //Additive Manufacturing. - 2019. - T. 27. - C. 586-594.

84. Lee J. Y. et al. Optimization of hybrid ink formulation and ipl sintering process for ink-jet 3D printing //Nanomaterials. - 2021. - T. 11. - №. 5. - C. 1295.

85. Matavz A. et al. Additive manufacturing of ferroelectric-oxide thin-film multilayer devices //ACS Applied Materials & Interfaces. - 2019. - T. 11. - №. 48. - C. 45155-45160.

86. Mikolajek M. et al. Fabrication and characterization of fully inkjet printed capacitors based on ceramic/polymer composite dielectrics on flexible substrates //Scientific reports. - 2019. - T. 9. - №. 1. - C. 13324.

87. Reinheimer T., Baumann V., Binder J. R. Fabrication of flexible multilayer composite capacitors using inkjet printing //Nanomaterials. - 2020. - T. 10. - №. 11. -C. 2302.

88. Fu Y. et al. Inkjet printing of perovskite nanosheets for microcapacitors //Advanced Electronic Materials. - 2021. - T. 7. - №. 10. - C. 2100402.

89. Hirao T., Hamada S. Novel multi-material 3-dimensional low-temperature co-fired ceramic base //IEEE Access. - 2019. - T. 7. - C. 12959-12963.

90. Craton M. T. et al. A chip-first approach to millimeter-wave circuit packaging //IEEE Microwave and Wireless Components Letters. - 2019. - T. 29. - №. 2. - C. 116118.

91. Craton M. T. et al. Additive manufacturing of a W-band system-on-package //IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. - 2021. - T. 69. - №2. 9. - C. 4191-4198.

92. Craton M. T. et al. Additive manufacturing of a wideband capable W-band packaging strategy //IEEE Microwave and Wireless Components Letters. - 2021. - T. 31.

- №. 6. - C. 697-700.

93. Craton M. T. et al. A chip-first microwave package using multimaterial aerosol jet printing //IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. - 2020. - T. 68.

- №. 8. - C. 3418-3427.

94. Craton M. T. et al. In situ nanocomposite fabrication for RF electronics applications with additive manufacturing //IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. - 2020. - T. 68. - №. 5. - C. 1646-1659.

95. Xu K. et al. 3D printing of ultrathick natural graphite anodes for highperformance interdigitated three-dimensional lithium-ion batteries //Electrochemistry Communications. - 2022. - T. 139. - C. 107312.

96. Liu C. et al. Comparative study on the electrochemical performance of LiFePO4 cathodes fabricated by low temperature 3D printing, direct ink writing and conventional roller coating process //Ceramics International. - 2019. - T. 45. - №. 11. - C. 1418814197.

97. Liu C. et al. High mass loading ultrathick porous Li4Ti5O12 electrodes with improved areal capacity fabricated via low temperature direct writing //Electrochimica Acta. - 2019. - T. 314. - C. 81-88.

98. Liu C. et al. Novel 3D grid porous Li4Ti5O12 thick electrodes fabricated by 3D printing for high performance lithium-ion batteries //Journal of Advanced Ceramics. -2022. - T. 11. - №. 2. - C. 295-307.

99. Robles U. et al. High-frequency filters manufactured using hybrid 3D printing method //Progress In Electromagnetics Research M. - 2019. - T. 84. - C. 147-155.

100. Kim H. et al. Fabrication of bulk piezoelectric and dielectric BaTiO3 ceramics using paste extrusion 3D printing technique //Journal of the American Ceramic Society.

- 2019. - T. 102. - №. 6. - C. 3685-3694.

101. Renteria A. et al. Optimization of 3D printing parameters for BaTiO3 piezoelectric ceramics through design of experiments //Materials Research Express. -2019. - T. 6. - №. 8. - C. 085706.

102. Hall S. E. et al. Paste extrusion 3D printing and characterization of lead zirconate titanate piezoelectric ceramics //Ceramics International. - 2021. - T. 47. - №. 15. - C. 22042-22048.

103. Liu K. et al. 4D printing of lead zirconate titanate piezoelectric composites transducer based on direct ink writing //Frontiers in Materials. - 2021. - T. 8. - C. 659441.

104. Goulas A. et al. Additively manufactured ultra-low sintering temperature, low loss Ag2Mo2O7 ceramic substrates //Journal of the European Ceramic Society. - 2021.

- T. 41. - №. 1. - C. 394-401.

105. Zaytsev A. I. et al. Additive manufacturing of polymer-ceramic materials using fused deposition modeling (FDM) technology: A review //Powder Metallurgy and Functional Coatings. - 2024. - T. 18. - №. 6. - C. 77-88.

106. Skorda S. et al. Influence of SiC doping on the mechanical, electrical, and optical properties of 3D-printed PLA //Journal of Composites Science. - 2024. - T. 8. - №. 3. -C. 79.

107. Smirnov A. et al. Experimental and statistical modeling for effect of nozzle diameter, filling pattern, and Layer Height of FDM-Printed ceramic-polymer green body on Biaxial Flexural Strength of Sintered Alumina Ceramic //Journal of Composites Science. - 2023. - T. 7. - №. 9. - C. 381.

108. Sofokleous P., Paz E., Herraiz-Martinez F. J. Design and Manufacturing of Dielectric Resonators via 3D Printing of Composite Polymer/Ceramic Filaments //Polymers. - 2024. - T. 16. - №. 18. - C. 2589.

109. Vesely P. et al. Dielectric spectroscopy of PETG/TiO2 composite intended for 3D printing //Virtual and Physical Prototyping. - 2023. - T. 18. - №. 1. - C. e2170253.

110. Khatri B. et al. Fused deposition modeling of ABS-barium titanate composites: A simple route towards tailored dielectric devices //Polymers. - 2018. - T. 10. - №. 6. -C. 666.

111. Goulas A. et al. Synthesis and dielectric characterisation of a low loss BaSrTiO3/ABS ceramic/polymer composite for fused filament fabrication additive manufacturing //Additive Manufacturing. - 2022. - T. 55. - C. 102844.

112. Quan H. et al. Photo-curing 3D printing technique and its challenges //Bioactive materials. - 2020. - T. 5. - №. 1. - C. 110-115.

113. Bagheri A., Jin J. Photopolymerization in 3D printing //ACS Applied Polymer Materials. - 2019. - T. 1. - №. 4. - C. 593-611.

114. Lu J. et al. 3D printing of TPMS structural ZnO ceramics with good mechanical properties //Ceramics International. - 2021. - T. 47. - №. 9. - C. 12897-12905.

115. Korcuskova M. et al. Photoactivity, conversion kinetics, nanoreinforcement, post-curing, and electric/dielectric properties of functional 3D printable photopolymer resin filled with bare and alumina-doped ZnO nanoparticles //Polymer Testing. - 2022. -T. 116. - C. 107798.

116. Ryu K. et al. The 3D printing behavior of photocurable ceramic/polymer composite slurries prepared with different particle sizes //Nanomaterials. - 2022. - T. 12. - №. 15. - C. 2631.

117. Li K., Zhao Z. The effect of the surfactants on the formulation of UV-curable SLA alumina suspension //Ceramics International. - 2017. - T. 43. - №. 6. - C. 47614767.

118. Liu Q. et al. Additive manufacturing of monolithic microwave dielectric ceramic filters via digital light processing //Electronics. - 2019. - T. 8. - №. 10. - C. 1067.

119. Raynaud J. et al. Hybridization of additive manufacturing processes to build ceramic/metal parts: Example of LTCC //Journal of the European Ceramic Society. -2020. - T. 40. - №. 3. - C. 759-767.

120. Wang X. M. et al. High-performance 0.9 Al2O3-0.1 TiO2 microwave dielectric ceramics prepared by digital light processing //Ceramics International. - 2023. - T. 49. -№. 1. - C. 126-133.

121. Li X. et al. Selection strategy of curing depth for vat photopolymerization 3D printing of Al2O3 ceramics //Additive Manufacturing. - 2024. - T. 88. - C. 104240.

122. Li X. et al. In-situ Y3Al5O12 enhances comprehensive properties of alumina-based ceramic cores by vat photopolymerization 3D printing //Additive Manufacturing.

- 2023. - T. 73. - C. 103645.

123. Raynaud J. et al. Hybridization of additive manufacturing processes to build ceramic/metal parts: Example of HTCC //Journal of the European Ceramic Society. -2021. - T. 41. - №. 3. - C. 2023-2033.

124. Zhang L. et al. 3D printing of hollow lattice structures of ZrO2 (3Y)/Al2O3 ceramics by vat photopolymerization: Process optimization, microstructure evolution and mechanical properties //Journal of Manufacturing Processes. - 2022. - T. 83. - C. 756767.

125. Xiong S. et al. 3D printing of crack-free dense polymer-derived ceramic monoliths and lattice skeletons with improved thickness and mechanical performance //Additive Manufacturing. - 2022. - T. 57. - C. 102964.

126. Li Z. et al. Additive manufacturing of lightweight and high-strength polymer-derived SiOC ceramics //Virtual and Physical Prototyping. - 2020. - T. 15. - №. 2. - C. 163-177.

127. Liu Y. et al. 3D printing of ceramic cellular structures for potential nuclear fusion application //Additive Manufacturing. - 2020. - T. 35. - C. 101348.

128. Chen R. et al. Preparation of broadband transparent Si3N4-SiO2 ceramics by digital light processing (DLP) 3D printing technology //Journal of the European Ceramic Society. - 2021. - T. 41. - №. 11. - C. 5495-5504.

129. Chang S. M. et al. Optimization of piezoelectric polymer composites and 3D printing parameters for flexible tactile sensors //Additive Manufacturing. - 2023. - T. 67.

- C. 103470.

130. Liu C. L. et al. Novel 3D printed PZT-based piezoceramics for piezoelectric energy harvesting via digital light processing //Chemical Engineering Journal. - 2024. -T. 492. - C. 152004.

131. He J. et al. Enhanced curing and electrical properties of additively manufactured PZT piezoelectric ceramics by multi-component composite resins //Journal of the European Ceramic Society. - 2025. - T. 45. - №. 12. - C. 117437.

132. Cui H. et al. Three-dimensional printing of piezoelectric materials with designed anisotropy and directional response //Nature materials. - 2019. - T. 18. - №. 3. - C. 234241.

133. Kim I. et al. Influence of dispersant concentration toward enhancing printing precision and surface quality of vat photopolymerization 3D printed ceramics //Additive Manufacturing. - 2022. - T. 52. - C. 102659.

134. Wang L. et al. 3D printed 0-3 type piezoelectric composites with high voltage sensitivity //Ceramics International. - 2022. - T. 48. - №. 9. - C. 12559-12568.

135. Liu C. L. et al. Preparation of porous lead zirconate titanate piezoelectric ceramics via vat photopolymerization combined with burnt polymer spheres technique //Additive Manufacturing. - 2024. - T. 91. - C. 104326.

136. Liu C. L. et al. Effect of the polystyrene particle size on dielectric and piezoelectric properties of PZT piezoelectric ceramics via vat photopolymerization (VPP) //Additive Manufacturing. - 2023. - T. 78. - C. 103857.

137. Liu C. L. et al. Influence of polyethylene content on preparation and properties of lead zirconate titanate piezoelectric ceramics via vat photopolymerization //Ceramics International. - 2024. - T. 50. - №. 1. - C. 438-445.

138. Liu C. L. et al. 3D printing of lead zirconate titanate piezoelectric ceramics via digital light processing (DLP) //Ceramics International. - 2023. - T. 49. - №. 17. - C. 28492-28499.

139. Chen Y. et al. PZT ceramics fabricated based on stereolithography for an ultrasound transducer array application //Ceramics International. - 2018. - T. 44. - №. 18. - C. 22725-22730.

140. Tiller B. et al. Piezoelectric microphone via a digital light processing 3D printing process //Materials & Design. - 2019. - Т. 165. - С. 107593.

141. Sotov A. et al. LCD-SLA 3D printing of BaTiO3 piezoelectric ceramics //Ceramics International. - 2021. - Т. 47. - №. 21. - С. 30358-30366.

142. Liu K. et al. Fabrication of barium titanate ceramics via digital light processing 3D printing by using high refractive index monomer //Journal of the European Ceramic Society. - 2021. - Т. 41. - №. 12. - С. 5909-5917.

143. Smirnov A. et al. The fabrication and characterization of BaTiO3 piezoceramics using SLA 3D printing at 465 nm wavelength //Materials. - 2022. - Т. 15. - №. 3. - С. 960.

144. Cheng J. et al. 3D printing of BaTiO3 piezoelectric ceramics for a focused ultrasonic array //Sensors. - 2019. - Т. 19. - №. 19. - С. 4078.

145. Jiang Z. et al. 3D printing of porous scaffolds BaTiO3 piezoelectric ceramics and regulation of their mechanical and electrical properties //Ceramics International. -2022. - Т. 48. - №. 5. - С. 6477-6487.

146. Liu C. L. et al. Fabrication and properties of BaTiO3 ceramics via digital light processing for piezoelectric energy harvesters //Additive Manufacturing. - 2022. - Т. 56. - С. 102940.

147. Du Q. et al. Highly< 001>-textured BaTiO3 ceramics with high piezoelectric performance prepared by vat photopolymerization //Additive Manufacturing. - 2023. -Т. 66. - С. 103454.

148. Zhao L. et al. Three-dimensional honeycomb structured BaTiO3-based piezoelectric ceramics via texturing and vat photopolymerization //Additive Manufacturing. - 2024. - Т. 95. - С. 104542.

149. Liu C. L. et al. High piezoelectricity of 3D printed BaTiO3-xBaSnO3 piezoceramics via vat photopolymerization //Journal of the European Ceramic Society. -2024. - Т. 44. - №. 7. - С. 4639-4645.

150. Sun Y. et al. Ultra-high d31 anti-chiral negative Poisson's ratio BaTiO3 ceramics fabricated by vat photopolymerization 3D printing //Journal of Alloys and Compounds. - 2023. - Т. 968. - С. 172054.

151. Zhai D. et al. Fabrication and performance optimization of BNT-based piezo-actuators via vat photopolymerization for actuating application //Ceramics International. - 2025.

152. Ma W. et al. Structure-reinforced periodic porous piezoceramics for ultrahigh electromechanical response manufactured by vat photopolymerization //Additive Manufacturing. - 2024. - Т. 93. - С. 104446.

153. He Z. X. et al. Preparation and properties of (Ba0. 85Ca0. 15)(Ti0. 9Zr0. 1) O3 lead-free ceramics via vat photopolymerization //Additive Manufacturing. - 2022. - Т. 59. - С. 103170.

154. Атомно-силовая микроскопия для исследования наноструктурированных материалов и приборных структур / В. А. Мошников, Ю. М. Спивак, П. А. Алексеев, Н. В. Пермяков. - Санкт-Петербург : Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина), 2014. - 144 с. - ISBN 978-5-7629-1471-0. - EDN TUPLJP.

155. Jandyal A. et al. 3D printing-A review of processes, materials and applications in industry 4.0 //Sustainable Operations and Computers. - 2022. - Т. 3. - С. 33-42.

156. Azlin M. N. M. et al. 3D printing and shaping polymers, composites, and nanocomposites: a review //Polymers. - 2022. - Т. 14. - №. 1. - С. 180.

157. Sotov A. et al. LCD-SLA 3D printing of BaTiO3 piezoelectric ceramics //Ceramics International. - 2021. - Т. 47. - №. 21. - С. 30358-30366.

158. Mitkus R. Ultraviolet Light Curable Piezoelectric Multi-phase Composites. -Springer, 2024.

159. Xiong S. et al. 3D printing of crack-free dense polymer-derived ceramic monoliths and lattice skeletons with improved thickness and mechanical performance //Additive Manufacturing. - 2022. - Т. 57. - С. 102964

160. Korcuskova M. et al. Photoactivity, conversion kinetics, nanoreinforcement, post-curing, and electric/dielectric properties of functional 3D printable photopolymer resin filled with bare and alumina-doped ZnO nanoparticles //Polymer Testing. - 2022. -Т. 116. - С. 107798.

161. Liu Q. et al. Additive manufacturing of monolithic microwave dielectric ceramic filters via digital light processing //Electronics. - 2019. - Т. 8. - №. 10. - С. 1067.

162. Chen W. et al. Micro-stereolithography of KNN-based lead-free piezoceramics //Ceramics International. - 2019. - Т. 45. - №. 4. - С. 4880-4885.

163. Патент 232347 Российская Федерация, МПК B29C 64/10 (2017.01). Устройство для получения отвержденных образцов композитных фотополимеров / Юдин А. В.; Заявитель и патентообладатель не публикуется в соответствии с постановлением Правительства РФ от 2 сентября 2024 г. N 1209 (RU) - № 2025100828; заявл. 17.01.2025; опубл. 10.03.2025 Бюл. № 7.

164. Патент РФ на полезную модель № 66552. Автоматический измерительный стенд электрофизических параметров сегнето- пьезоматериалов в широком интервале температур и частот /Ю. И. Юрасов. Заявка № 2007102548, приоритет от 23.01.2007. Зарег. 10.09.2007.0публ. 10.09.2007. Бюл. Изобретения. Полезные модели № 25, 2007.

165. Расчет диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь в широком интервале температур и частот (Лабораторный стенд ЮКОМП 2.0)/ Ю. И. Юрасов// Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ. №2006611142. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 29.03.2006г.

166. Резниченко, Л.А Методика экспериментального определения комплексной диэлектрической проницаемости, тангенса угла диэлектрических потерь, температуры Кюри диэлектрических материалов в широком диапазоне температур (10^1000) K, частот (10-3^1*106) Гц электрического измерительного поля / Резниченко Л.А., Андрюшин К.П., Андрюшина И.Н., Вербенко И.А., Кубрин С.П., Павелко А.А., Павленко А.В., Юрасов Ю.И.// Аттестат № 184 от 03.05. 2011. Методика № ГСССД МЭ 184-2011 ФГУП «Стандартинформ» ГНМЦ «ССД».

167. Liwei Z. et al. Analysis on dielectric loss characteristics of polyvinylidene fluoride and its composites //Journal of Materials Science: Materials in Electronics. -2021. - Т. 32. - №. 22. - С. 26268-26290.

168. Slimani Y. et al. Impact of ZnO addition on structural, morphological, optical, dielectric and electrical performances of BaTiO3 ceramics //Journal of Materials Science: Materials in Electronics. - 2019. - Т. 30. - №. 10. - С. 9520-9530.

169. Alexandre M. et al. Piezoelectric properties of polymer/lead-free ceramic composites //Phase Transitions. - 2016. - Т. 89. - №. 7-8. - С. 708-716.

170. Zhou B. et al. Grain size effect on electric properties of novel BaTiO3/PVDF composite piezoelectric ceramics //Materials Research Express. - 2018. - Т. 5. - №. 9. -С. 095510.

171. Han P. et al. Highly enhanced piezoelectric properties of PLZT/PVDF composite by tailoring the ceramic Curie temperature, particle size and volume fraction //Sensors and Actuators A: Physical. - 2013. - Т. 204. - С. 74-78.

172. Fathollahzadeh V., Khodaei M. Enhanced piezoelectric response of PVDF by incorporating of BaTiO3 nanoparticles and surface treatment //Journal of Materials Science: Materials in Electronics. - 2024. - Т. 35. - №. 2. - С. 107.

173. Mahato P. K., Sen S. Effect of surface modification of ceramic particles by SDS on the electrical properties of PZT-PVDF and BT-PVDF composites: interface effect //Journal of Materials Science: Materials in Electronics. - 2015. - Т. 26. - №. 5. - С. 2969-2976.

174. Макарьев Д. И., Швецова Н. А., Юдин А. В. Новый композитный пьезоактивный материал для аддитивных технологий на основе стереолитографии //Письма в Журнал технической физики. - 2025. - Т. 51. - №. 14. - С. 24-27.

175. Nalimova S. et al. Sacrificial doping as an approach to controlling the energy properties of adsorption sites in gas-sensitive ZnO nanowires //Micro. - MDPI, 2023. -Т. 3. - №. 2. - С. 591-601.

176. Shomakhov Z. V. et al. X-ray photoelectron spectroscopy of the surface layers of faceted zinc-oxide nanorods //Semiconductors. - 2022. - Т. 56. - №. 13. - С. 450-454.