«пьезокерамика»

piezoceramic(s), piezoelectric

piezoceramics, piezoceramic, piezoelectric

ПЬЕЗОКЕРАМИКА

- поликристаллич. сегнетоэлек-трики, обладающие после их поляризации в электрич. поле устойчивыми и хорошо выраженными пьезоэлек-трич. свойствами. Способ изготовления П., её механич. свойства и структура аналогичны обычной керамике. По структуре неполяризов. П. представляет собой совокупность зёрен со случайной ориентацией кри-сталлографич. осей, причём каждый кристаллит имеет сложную доменную структуру, а полная спонтанная поляризация P= 0. Зёрна имеют размеры 2-100 мкм. Размеры зёрен влияют на свойства П. (важна П. с мелкими зёрнами).

В процессе поляризации в пост. электрич. поле дипольные моменты доменов всех зёрен ориентируются вдоль поля. После выключения поля эта ориентация сохраняется и керамика приобретает полярную анизотропию, т. е. переводится в класс пироэлектриков с симметрией (см. Пъезоэлектрики).

Большинство составов П. основано на хим. соединениях с ф-лой АВО ₃ (напр., ВаТiO₃, РbТiO₃) с кристаллич. структурой типа перовскита и различных твёрдых растворов на их основе (напр., системы ВаТiO₃ - СаТi₃; ВаТiO₃ - СаТiO₃ - СоСO₃; NaNbO₃ - KNbO₃). Особенно широко используются в качестве пьезоэлектриков составы системы PbTiO₃ - PbZrO₃ (т. н. система PZT или ЦТС). Прак-тич. интерес представляет также ряд соединений с ф-лой АВ ₂ О ₆, напр. PbNb₂O₆. имеющих весьма высокую темп-ру (570 °С), что позволяет работать при высоких темп-pax. П. является наиб. широко применяемым пьезоэлектрич. материалом.

Лит.: Физическая акустика, под ред. У. Мэзона, пер. с англ., т. 1, ч. А, М., 1966; Глозман И. А., Пьезокерамика, 2 изд., М., 1972; Яффе Б., Кук У., Яффе Г., Пьезоэлектрическая керамика, пер. с англ., М., 1974; Окадзаки К., Технология керамических диэлектриков, пер. с япон., М., 1976.

Р. Е. Пасынков.

ПЬЕЗОКЕРАМИКА

ПЬЕ́ЗОКЕРА́МИКА, поляризованная сегнетокерамика, предназначенная для использования в пьезоэлектрических преобразователях. В обычном состоянии сегнетокерамика не проявляет пьезоактивности, поскольку является изотропной средой вследствие хаотического расположения отдельных кристаллических зерен и деления их на домены(см. ДОМЕНЫ) с различным направлением спонтанной поляризованности. Анизотропность(см. АНИЗОТРОПИЯ) среды достигается за счет образования пьезоэлектрических текстур(см. ТЕКСТУРА) — поликристаллических агрегатов, в которых мелкие кристаллики имеют одинаковую ориентацию.

В технике в качестве таких текстур наиболее широко используются пьезокерамики из титаната бария и изоморфных ему сегнетоэлектрических кристаллов ZrTiO₃, Pb(Zr, Ti)O₃, Pb(Nb, Zr)O₃ и т. п. Благодаря совершенному изоморфизму этих веществ удается синтезировать вещества с различными соотношениями концентраций двух или трех компонент, чем достигается оптимальное сочетание свойств. Однородная ориентация электрических осей кристалликов создается путем поляризации керамики при выдержке в сильном электрическом поле. После снятия поля сохраняется устойчивая остаточная поляризованность, материал становится текстурированным. По своим свойствам поляризованный текстурированный образец близок к однодоменному кристаллу, т. е. обладает высокой пьезоактивностью. Но даже и в наилучших пьезокерамиках все же наблюдается некоторый разброс направлений полярных осей отдельных кристаллитов, поэтому средние значения пьезомодулей у керамики могут оказаться меньше, чем у составляющих ее монокристаллов.

Применение

Неоспоримыми преимуществами пьезокерамики по сравнению с монокристаллами являются ее технологичность и дешевизна. Изготовление пьезокерамики проще, чем выращивание монокристаллов. Из керамики можно изготавливать изделия любой формы — линзы, цилиндры и т.п., которые чрезвычайно сложно изготавливать из монокристаллов. Основным материалом для изготовления пьезокерамических элементов являются твердые растворы PbZrO₃-PbTiO₃ (цирконат-титанат свинца или сокращенно ЦТС). Эта керамика широко используется для созданий мощных ультразвуковых излучателей в широком диапазоне частот для целей гидроакустики, дефектоскопии, механической обработки материалов. Такие ультразвуковые генераторы применяются также в химической промышленности для ускорения различных процессов (эмульсификаторы, полимеризаторы, стерилизаторы и т.п.) и в полупроводниковой технологии для эффективной отмывки и обезжиривания полупроводниковых пластин с помощью ультразвуковой ванны. Из пьезокерамики делают малогабаритные микрофоны, телефоны, громкоговорители (высокочастотные), слуховые аппараты, детонаторы ( для оружия), различные устройства поджига в газовых системах. Пьезокерамические системы можно использовать в качестве датчиков давлений, деформаций, ускорений и вибраций. Двойное преобразование энергии ( электрической в механическую и наоборот) положено в основу работы пьезорезонансных фильтров, линий задержки и пьезотрансформаторов.

Пьезокерамики стойки к действию влаги, к механической нагрузкам и атмосферным воздействиям.

ПЬЕЗОКЕРАМИКА — керамика с высокими пьезоэлектрическими свойствами (см. пьезоэлектричество), напр. из титаната бария, титаната свинца, цирконата-титаната свинца и др. Используется в пьезоэлектрических преобразователях и в некоторых типах электрических конденсаторов.