Главная > База знаний > Большая советская энциклопедия > ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

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
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 и d
корень
квадратный из с; определяют чувствительность
приёмника звука соответственно в области резонанса и на низких частотах
(с - скорость звука в П. м.). В табл. приведены характеристики
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.

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 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.

Основные характеристики наиболее распространённых
пьезоэлектрических материалов при температуре 16-20^оС

		Плотность, р<^.10³ кг/м³	Скорость звука, с3 м/сек	Диэлектрическая проницаемость , е	Пьезомодуль, d, 10¹² к/н	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	срез 45° относительно оси z срез у
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
Сульфоиодид сурьмы		5,2	1,5⁽³³⁾	1000⁽³³⁾	150⁽³³⁾	5-10	0,8⁽³³⁾	9
Пьезокерамика	Титанат бария (ТБ - 1)	5,3	4,45	1500	45	2-3	0,16	1,5
		5,3	4,2	1500	100	2-3	0,35	5,2
	Титанат бария кальция (ТБК-3)	5,4	4,7	1180	51	1,3; 4,0	0,17	2,2
		5,4	4,7	1180	113	1,3; 4,0	0,37	10,5
	Группа цирконата - титаната свинца ЦТС-23	7, 4	3,2	1100	75	0,75-2,0	0,2	1
	Группа цирконата - титаната свинца ЦТС-23	7, 4	3,0	1100	150	0,75-2,0	0,41	4,2
	ЦТБС-3	7,2	3,5	2300	160	1,2-2,0	0,32	5
	ЦТБС-3	7,2	3,2	2300	316	1,2-2,0	0,65	20
	ЦТСНВ 1	7,3	2,9	2200	200	1,9-9,5	0,34	1,24
	ЦТСНВ 1	7,3	2,6	2200	430	1,9-9,5	0,72	2,5
	PZT-5H	7,5	2,8	3400	274	2,0-3,0	0,39	1,7	данные фирмы Кливайт (США)
	PZT-5H	7,5	2,5	3400	590	2,0-3,0	0,75	6,8
	PZT-8	7,6	3,4	1000	93	0,4-0,7	0,29	12,5
	PZT-8	7,6	3,1	1000	217	0,4-0,7	0,62	50,0

Примечание. Цифры в скобках у монокристаллов
определяют индексы соответствующих тензорных характеристик, напр.: (36)/2
означает 1/2dимеют индексы (11) или (31), а нижние (33), величины dd0. Значения tg б для кристаллов даны для поля E<0,05
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.

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.

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