«Пьезоэлектрические материалы»

кристаллические вещества с хорошо выраженными пьезоэлектрическими свойствами (см. Пьезоэлектричество), применяемые для изготовления электромеханических преобразователей: пьезоэлектрических резонаторов, пьезоэлектрических датчиков (См. Пьезоэлектрический датчик), излучателей и приёмников звука и др. Основными характеристиками П. м. являются: 1) коэффициент электромеханической связи , где d — пьезомодуль, Е—модуль упругости, ε — Диэлектрическая проницаемость (в анизотропных П. м. все эти и нижеследующие величины — тензорные); 2) величина k²Itgδ, определяющая кпд преобразователя (δ — угол диэлектрических потерь); 3) отношение механической мощности пьезоэлемента на резонансной частоте к квадрату напряжённости электрического поля в нём; определяется величиной (dE)²; 4) и с_зв — скорость звука в П. м.). В табл. приведены характеристики некоторых наиболее распространённых П. м. К П. м. в зависимости от назначения предъявляются специальные требования: высокая механическая и электрическая прочности, слабая температурная зависимость характеристик, высокая добротность, влагостойкость и т.д.

Основные характеристики наиболее распространенных пьезоэлектрических материалов при температуре 16—20 °С

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

|    | Плот-   | Ско-    | Диэлект-     | Пьезо-    | Тангенс  | Коэф-     | k²/tgδ | Примеча- |

|    | ность,  | рость  | рическая     | модуль,  | угла        | фициент |   | ние   |

|    | ρ кг/м³ | звука,  | проницаемость,  | d, 10¹²     | диэлект-  | электро- |   |         |

|    |     | С_зв,     | ε         | к/н   | рических | механи-  |   |         |

|    |     | 10³      |    |        | потерь,   | ческой   |   |         |

|    |     | м/сек   |    |        | tg δ․10²   | связи k  |          |         |

|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Кварц  | 2,6       | 5,47⁽¹¹⁾ | 4,5⁽¹¹⁾          | 2,31⁽¹¹⁾    | <> | 0,095      | >0,4   | срез x      |

|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Дегидрофосфат аммония   | 1,8       | 5,27⁽³³⁾ | 21,8    | 24^(36)/2     | <>| 0,3         | >8     | срез 45°   |

| (АДР)  |     |     |    |        |        |        |   |         |

|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Сульфат лития    | 2,05     | 4,7⁽³³⁾   | 10,3⁽²²⁾ | 18,3⁽²²⁾    | <>| 0,37       | >10    | относите- |

|    |     |     |    |        |        |        |   | льно оси  |

|    |     |     |    |        |        |        |   | z       |

|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Сегнетова соль   | 1,77     | 3,9⁽²²⁾   | 250⁽¹¹⁾  | 172^(14)/2   | > 5   | 0,67       | <>| срез у      |

|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Сульфонодид сурьмы        | 5,2       | 1,5⁽³³⁾   | 1000⁽³³⁾        |  | 5—10      | 0,8⁽³³⁾     | 9       | срез 45°   |

|    |     |     |    |        |        |        |   | относите- |

|    |     |     |    |        |        |        |   | льно оси  |

|    |     |     |    |        |        |        |   | x;      |

|    |     |     |    |        |        |        |   | вещество |

|    |     |     |    |        |        |        |   | при T >    |

|    |     |     |    |        |        |        |   | 55 °С       |

|    |     |     |    |        |        |        |   | распада-  |

|    |     |     |    |        |        |        |   | ется  |

|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Пьезокерамика | Титанат    | 5,3       |  | 1500    |  | 2—3 | |   | данные    |

|  | бария       |     |     |    |        |        |        |   | фирмы     |

|  | (ТБ—1)     |     |     |    |        |        |        |   | Кливайт   |

|  |-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| (США)      |

|  | Титанат    | 5,4       |  | 1180    |  | 1,3; 4,0   | |   |         |

|  | бария       |     |     |    |        |        |        |   |         |

|  | кальция    |     |     |    |        |        |        |   |         |

|  | ТБК—3)    |     |     |    |        |        |        |   |         |

|  |-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|         |

|  | Группа     | 7, 4      |  | 1100    |  | 0,75—     | |   |         |

|  | цирконата |     |     |    |        | 2,0   |        |   |         |

|  | —      |     |     |    |        |        |        |   |         |

|  | титаната   |     |     |    |        |        |        |   |         |

|  | свинца     |     |     |    |        |        |        |   |         |

|  | ЦТС—23  |     |     |    |        |        |        |   |         |

|  |-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|         |

|  | ЦТБС—3  | 7,2       |  | 2300    |  | 1,2—2,0  | |   |         |

|  |-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|         |

|  | ЦТСНВ—  | 7,3      |  | 2200    |  | 1,9—9,5  | |   |         |

|  | 1       |     |     |    |        |        |        |   |         |

|  |-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|         |

|  | PZT—5H  | 7,5       |  | 3400    |  | 2,0—3,0  | |   |         |

|  |-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|         |

|  | PZT—8     | 7,6       |  | 1000    |  | 0,4—0,7  | |   |         |

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Примечание. Цифры в скобках у монокристаллов определяют индексы соответствующих тензорных характеристик, например: (36)/2 означает d₃₆. Для пьезокерамики верхние значения постоянных имеют индексы (11) или (31), а нижние (33), величины d₃₁ d₃₃ >0. Значения tgδ для кристаллов даны для поля кв/см; для пьезокерамики tgδ даётся в интервале 0,05 кв/см≤ E<>кв/см. Данные для отечественной пьезокерамики даны на основании ГОСТ 18 927—68.

П. м. могут быть разбиты на: монокристаллы, встречающиеся в виде природных минералов или искусственно выращиваемые (Кварц, дигидрофосфаты калия и аммония, Сегнетова соль, ниобат лития, силикоселенит и германоселенит и др.), и поликристаллические сегнетоэлектрические твёрдые растворы, подвергнутые после синтеза поляризации в электрическом поле (пьезокерамика). Из П. м. первой группы применяются лишь некоторые кристаллы, например кварц, обладающий большой температурной стабильностью свойств, механической прочностью, малыми диэлектрическими потерями и влагостойкостью. Недостатки — сравнительно слабый пьезоэффект, малые размеры кристаллов, трудность обработки. Используется главным образом в пьезоэлектрических фильтрах и стабилизаторах частоты (см. Кварцевый генератор); в лабораторной технике применяются кварцевые излучатели и приёмники ультразвука. Дигидрофосфат аммония — искусственно выращиваемый сегнетоэлектрический кристалл, химически стоек, до точки плавления (Т_пл = 130 °С) обладает сравнительно сильно выраженным пьезоэффектом и малой плотностью, однако недостаточно механически прочен. Кристаллы сегнетовой соли (выращиваемые до больших размеров) имеют высокие значения характеристик, определяющих чувствительность приёмника звука. Малая влагостойкость, низкая механическая прочность, а также сильная зависимость свойств от температуры (из-за низких значений температуры Кюри и Т_пл = 55 °С) и напряжённости электрического поля ограничивают применение сегнетовой соли. Ниобат лития, силикоселенит и германоселенит наряду с сильно выраженным пьезоэффектом и высокой механической прочностью обладают высокой акустической добротностью и используются в области гиперзвуковых частот (см. Гиперзвук). Турмалин, гидрофосфат калия, сульфат лития и др. практически не используются. Наиболее распространённым промышленным П. м. является Пьезоэлектрическая керамика.

Лит.: Физическая акустика, под ред. У. Мэзона, пер. с англ., т. 1, ч. А, М., 1966; Матаушек И., Ультразвуковая техника, пер. с нем., М., 1962; Ультразвуковые преобразователи, пер. с англ., под ред. Е. Кикучи, М., 1972.

Б. С. Аронов, Р. Е. Пасынков.

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ - вещества с ярко выраженными пьезоэлектрическими свойствами (см. Пьезоэлектрический эффект). Пьезоэлектрическими материалами являются некоторые монокристаллы (кварц, дигидрофосфаты калия и аммония, сульфат лития), а также поликристаллические твердые растворы после поляризации в электрическом поле (пьезокерамика).

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

вещества с хорошо выраженными пьезоэлектрич. св-вами (см. ПЬЕЗОЭЛЕКТРИКИ), применяемые для изготовления пьезоэлектрич. преобразователей. Осн. хар-ки в системе ед. СИ(см. табл.): 1) коэфф. злектромеханич. связи K=d?(c/ee0)(d — пьезомодуль, с — модуль упругости, e — диэлектрич. проницаемость, e0 — электрическая постоянная); 2) величина K2/tgd, определяющая кпд преобразователя (б — угол диэлектрич. потерь); 3) отношение механич. мощности пъезоэлемента на резонансной частоте к квадрату напряжённости электрич. поля в нём, определяется величиной (dc)2; 4) величины dc?(ecзв), и d?(сзв/?e), характеризующие относит. чувствительность приёмника звука в области резонанса и на низких частотах (cзв — скорость звука в П. м.).

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ НЕКОТОРЫХ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

П. м. явл. монокристаллы, природные или искусственно выращиваемые (кварц, дигидрофосфаты калия и аммония, сегнетова соль и др.) и поликрист. тв. растворы, подвергнутые предварит. поляризации в электрич. поле (пьезокерамика). Наиболее распространённый пром. П. м.— пьезокерамика.

пьезоэлектри́ческие материа́лы

вещества с ярко выраженными пьезоэлектрическими свойствами (см. Пьезоэлектрический эффект). Пьезоэлектрическими материалами являются некоторые монокристаллы (кварц, дигидрофосфаты калия и аммония, сульфат лития), а также поликристаллические твердые растворы после поляризации в электрическом поле (пьезокерамика).

* * *

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИ́ЧЕСКИЕ МАТЕРИА́ЛЫ, вещества с ярко выраженными пьезоэлектрическими свойствами (см. Пьезоэлектрический эффект(см. ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ)). Пьезоэлектрическими материалами являются некоторые монокристаллы (кварц(см. КВАРЦ), дигидрофосфаты калия и аммония, сульфат лития), а также поликристаллические твердые растворы после поляризации в электрическом поле.

Каждый пьезоэлектрик является электромеханическим преобразователем. Если его поместить в переменное электрическое поле, то амплитуда механических колебаний будет меняться с частотой переменного поля. При совпадении частоты поля с собственной (резонансной) частотой пьезоэлектрика, амплитуда приобретает максимальное значение. Прямой пьезоэффект используют в технике для преобразования механических напряжений или деформаций в электрические сигналы (звукосниматели, датчики деформаций, приемники ультразвука и др.) Обратный пьезоэффект используется для преобразования электрических сигналов в механические (акустические излучатели, генераторы ультразвука и др.)

Основными техническими характеристиками пьезоэлектрических материалов являются коэффициент электромеханической связи, пропорциональный пьезомодулю и модулю упругости, диэлектрическая, величина, определяющая кпд преобразователя, отношение механической мощности пьезоэлемента на резонансной частоте к квадрату напряженности электрического поля в нем; которая определяет чувствительность приемника звука соответственно в области резонанса и на низких частотах. К пьезоэлектрическим материалам в зависимости от назначения предъявляются специальные требования: высокая механическая и электрическая прочности, слабая температурная зависимость характеристик, высокая добротность, влагостойкость и т.д.

В настоящее время известно свыше тысячи соединений, обладающих пьезоэффектом. Однако на практике в качестве пьезоэлектриков используют ограниченное число материалов, которые подразделяют на монокристаллические пьезоэлектрики, пьезокерамику(см. ПЬЕЗОКЕРАМИКА), и полимерные пьезоэлементы.

Среди монокристаллических пьезоэлектриков важное место занимает монокристаллический кварц(см. КВАРЦ), обладающий большой температурной стабильностью свойств, механической прочностью, малыми диэлектрическими потерями и влагостойкостью. Недостатки — сравнительно слабый пьезоэффект, малые размеры кристаллов, трудность обработки. Из линейных пьезоэлектриков, помимо кварца, в различных устройствах применялись кристаллы тартрата калия (K₂C₄H₄O₆^.1/2H₂O), этилендиаминтартрата (C₂H₁₄N₂O₆), сульфата лития (Li₂SO₄^.H₂O), турмалина и дигидрофосфата аммония (NH₄H₂PO₄). Широко используют в различных преобразователях монокристаллы сегнетовой соли, ниобата и танталата лития, которые имеют более высокие, чем кварц, пьезомодули и коэффициенты электромеханической связи.

Дигидрофосфат аммония химически стоек, до точки плавления при 130 °С обладает сравнительно сильно выраженным пьезоэффектом и малой плотностью, однако недостаточно механически прочен. Ниобат лития, силикоселенит и германоселенит наряду с сильно выраженным пьезоэффектом и высокой механической прочностью обладают высокой акустической добротностью и используются в области гиперзвуковых частот

Наиболее распространенным промышленным пьезоэлектрическим материалом является пьезоэлектрическая керамика.

Пьезоэффект наблюдается у некоторых полимерных материалов в виде пленок, текстурированных путем вытяжки и поляризованных в постоянном электрическом поле, например, в пленках поливинилиденфторида (ПВДФ) (-CH₂-CF₂-)n. Такие пленки после вытяжки и поляризации в сильном электрическом поле приобретают пьезоэффект и имеют близкие по своим значениям к пьезокерамике пьезомодули и коэффициент электромеханической связи. Относительно низкая плотность и высокая гибкость пленок делает полимеры перспективным материалом в производстве пьезоэлектрических преобразователей.

пьезоэлектрики, - крвсталлич. вещества (диэлектрики) с хорошо выраженным пьезоэлектрическим эффектом. П. м. подразделяются на монокристаллы (напр., кварц, сегнетова соль) и поликристаллич. сегнетоэлектрич. твёрдые р-ры, подвергнутые после синтеза поляризации в электрич. поле, - пьезокерамика (напр., титанат бария). П. м. применяют для изготовления пьезоэлементов в пьезоэлектрич. преобразователях. См. также Сегнетоэлектри-ки.

в-ва с ярко выраженными пьезоэлектрич. свойствами (см. Пьезоэлектрический эффект). П. м. являются нек-рые монокристаллы (кварц, дигидрофосфаты калия и аммония, сульфат лития), а также поликристаллич. тв. р-ры после поляризации в электрич. поле (пьезокерамика).

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ - вещества с ярко выраженными пьезоэлектрическими свойствами (см. Пьезоэлектрический эффект). Пьезоэлектрическими материалами являются некоторые монокристаллы (кварц, дигидрофосфаты калия и аммония, сульфат лития), а также поликристаллические твердые растворы после поляризации в электрическом поле (пьезокерамика).

Большой Энциклопедический словарь. 2000.

Источник: