Пьезоэлектрические материалы

Пьезоэлектри́ческие 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 Пьезоэлектрические материалы , 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) Пьезоэлектрические материалы. Рис. 2 и определяют чувствительность приёмника звука соответственно в области резонанса и на низких частотах (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- ность, ρ кг/м³	Ско- рость звука, С_зв, 10³ м/сек	Диэлект- рическая проницаемость, ε	Пьезо- модуль, d, 10¹² к/н	Тангенс угла диэлект- рических потерь, tg δ․10²	Коэф- фициент электро- механи- ческой связи k	k²/tgδ	Примеча- ние
Кварц	2,6	5,47⁽¹¹⁾	4,5⁽¹¹⁾	2,31⁽¹¹⁾	< 0,5	0,095	>0,4	срез x
Дегидрофосфат аммония (АДР)	1,8	5,27⁽³³⁾	21,8	24^(36)/2	< 1	0,3	>8	срез 45°
Сульфат лития	2,05	4,7⁽³³⁾	10,3⁽²²⁾	18,3⁽²²⁾	< 1	0,37	>10	относите- льно оси z
Сегнетова соль	1,77	3,9⁽²²⁾	250⁽¹¹⁾	172^(14)/2	> 5	0,67	<13	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 бария (ТБ—1)	5,3		1500		2—3			данные фирмы Кливайт
(США)	Титанат бария кальция ТБК—3)	5,4		1180		1,3; 4,0
	Группа цирконата — титаната свинца ЦТС—23	7, 4		1100		0,75— 2,0
	ЦТБС—3	7,2		2300		1,2—2,0
	ЦТСНВ— 1	7,3		2200		1,9—9,5
	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 Пьезоэлектрические материалы. Рис. 33 d₃₆. Для пьезокерамики верхние значения постоянных имеют индексы (11) или (31), а нижние (33), величины d₃₁ < 0, d₃₃ > 0. Значения tgδ для кристаллов даны для поля < 0,05 кв/см; для пьезокерамики tgδ даётся в интервале 0,05 кв/см ≤ E < 2 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.

Источник: Большая советская энциклопедия на Gufo.me

Пьезоэлектрические материалы

Значения в других словарях