Значение ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ в Большой советской энциклопедии, БСЭ
- ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
-
материалы, кристаллические вещества с хорошо выраженными пьезоэлектрическими свойствами (см. Пьезоэлектричество ), применяемые для изготовления электромеханических преобразователей: пьезоэлектрических резонаторов, пьезоэлектрических датчиков , излучателей и приёмников звука и др. Основными характеристиками П. м. являются: 1) коэффициент электромеханической связи , где d - пьезомодуль, Е -модуль упругости, e - диэлектрическая проницаемость (в анизотропных П. м. все эти и нижеследующие величины - тензорные); 2) величина k 2 I tgd, определяющая кпд преобразователя (d - угол диэлектрических потерь); 3) отношение механической мощности пьезоэлемента на резонансной частоте к квадрату напряжённости электрического поля в нём; определяется величиной ( dE )2; 4) и определяют чувствительность приёмника звука соответственно в области резонанса и на низких частотах ( сзв - 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, r кг/м3
Ско-
рость звука, Сзв , 103 м/сек
Диэлект-
рическая проницаемость, e
Пьезо-
модуль, d, 1012 к/н
Тангенс угла диэлект-
рических потерь, tg d×102
Коэф-
фициент электро-
механи-
ческой связи k
k2 /tgd
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 d 36 . Для пьезокерамики верхние значения постоянных имеют индексы (11) или (31), а нижние (33), величины d 31 < 0, d 33 > 0 . Значения tgd для кристаллов даны для поля < 0,05 кв / см ; для пьезокерамики tgd 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.
Большая советская энциклопедия, БСЭ. 2012