ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
кристаллич.
вещества с хорошо выраженными пьезоэлектрич. свойствами (см. Пьезоэлектричество),
применяемые
для изготовления электромеханич. преобразователей: пьезоэлектрич. резонаторов,
пьезоэлектрических
датчиков, излучателей и приёмников звука и др. Осн. характеристиками
П. м. являются: 1) коэфф. электромеханической связи
k =d корень квадратный из4ПиЕ/е, где
П. м. могут быть разбиты на: монокристаллы,
Основные характеристики наиболее распространённых
с м/сек е d, 1012 к/н Примечание. Цифры в скобках у монокристаллов
Лит.: Физическая акустика, под ред.
Б. С. Аронов, Р. Е. Пасынков.
d
- пьезомодуль, Е -модуль упругости, е - диэлектрическая проницаемость
(в
анизотропных П. м. все эти и нижеследующие величины - тензорные); 2) величина
k2/tg5, определяющая кпд преобразователя (6 - угол
диэлектрических
потерь); 3) отношение механич. мощности пьезоэлемента на резонансной
частоте к квадрату напряжённости электрич. поля в нём; определяется величиной
(dE)2; 4) dE корень квадратный изЕс
корень
квадратный из с
приёмника звука соответственно в области резонанса и на низких частотах
(с
нек-рых наиболее распространённых П. м. К П. м. в зависимости от назначения
предъявляются спец. требования: высокая механич. и электрич. прочности,
слабая температурная зависимость характеристик, высокая добротность, влагостойкость
и т. д.
встречающиеся в виде природных минералов или искусственно выращиваемые
(кварц,
дигидрофосфаты
калия и аммония, сегнетова соль, ниобат лития, силикоселенит и германоселенит
и др.), и поликристаллич. сегнетоэлектрич. твёрдые растворы, подвергнутые
после синтеза поляризации в электрич. поле (пьезокерамика). Из П. м. первой
группы применяются лишь нек-рые кристаллы, напр. кварц, обладающий большой
температурной стабильностью свойств, механич. прочностью, малыми диэлектрич.
потерями и влагостойкостью. Недостатки - сравнительно слабый пьезоэффект,
малые размеры кристаллов, трудность обработки. Используется гл. обр. в
пьезоэлектрич. фильтрах и стабилизаторах частоты (см. Кварцевый генератор);
в
лабораторной технике применяются кварцевые излучатели и приёмники ультразвука.
Дигидрофосфат аммония - искусственно выращиваемый сегнетоэлектрич. кристалл,
химически стоек, до точки плавления (Гпл = 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 механич. прочность, а также
сильная зависимость свойств от темп-ры (из-за низких значений темп-ры Кюри
и Гпл = 55 ° С) и напряжённости электрич. поля ограничивают применение
сегнетовой соли. Ниобат лития, силикоселенит и германоселенит наряду с
сильно выраженным пьезоэффектом и высокой механич. прочностью обладают
высокой акустич. добротностью и используются в области гиперзвуковых частот
(см. Гиперзвук). Турмалин, гидрофосфат калия, сульфат лития и др.
практически не используются. Наиболее распространённым пром. П. м. является
пьезоэлектрическая
керамика.
пьезоэлектрических материалов при температуре 16-20оС
Плотность, р<.103
кг/м3
Скорость звука,
Диэлектрическая
проницаемость ,
Пьезомодуль,
Тангенс угла диэлектрических
потерь, tg о <.102
Коэффициент электромеханической
связи k
k2/tgо
Примечание
Кварц
2,6
5,47(11)
4,5(11)
2,31(11)
<0,5
0,095
>0,4
срез х
Дигидрофосфат
аммония (АДР)
1,8
5,27(33)
21,8
24,0(36)/2
<1
0,3
>8
срез 45° относительно
оси z срез у
Сульфат лития
2,05
4,7(33)
10,3(22)
18,3(22)
<1
0,37
>10
Сегнетова соль
1,77
3,9(22)
250(11)
172(14)/2
>5
0,67
<13
срез 45° относительно
оси X', вещество при Т>55 оС распадается
Сульфоиодид сурьмы
5,2
1,5(33)
1000(33)
22(31)
5-10
0,8(33)
9
150(33)
Пьезокерамика
Титанат бария
(ТБ - 1)
5,3
4,45
1500
45
2-3
0,16
1,5
4,2
100
0,35
5,2
Титанат бария
кальция (ТБК-3)
5,4
4,7
1180
51
1,3; 4,0
0,17
2,2
4,7
113
0,37
10,5
Группа цирконата
- титаната свинца ЦТС-23
7, 4
3,2
1100
75
0,75-2,0
0,2
1
3,0
150
0,41
4,2
ЦТБС-3
7,2
3,5
2300
160
1,2-2,0
0,32
5
3,2
316
0,65
20
ЦТСНВ 1
7,3
2,9
2200
200
1,9-9,5
0,34
1,24
2,6
430
0,72
2,5
PZT-5H
7,5
2,8
3400
274
2,0-3,0
0,39
1,7
данные фирмы Кливайт
(США)
2,5
590
0,75
6,8
PZT-8
7,6
3,4
1000
93
0,4-0,7
0,29
12,5
3,1
217
0,62
50,0
определяют индексы соответствующих тензорных характеристик, напр.: (36)/2
означает 1/2d
кв/см: для пьезокерамики tg 6 даётся в интервале 0,05 кв/см=<E< <2
кв/см. Данные для отечественной пьезокерамики даны на основании ГОСТ 18
927 - 68.
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.
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я