Пьезоэлектрические Материалы

Пьезоэлектрические Материалы в Энциклопедическом словаре:
Пьезоэлектрические Материалы - вещества с ярко выраженнымипьезоэлектрическими свойствами (см. Пьезоэлектрический эффект).Пьезоэлектрическими материалами являются некоторые монокристаллы (кварц,дигидрофосфаты калия и аммония, сульфат лития), а такжеполикристаллические твердые растворы после поляризации в электрическомполе (пьезокерамика).

Определение «Пьезоэлектрические Материалы» по БСЭ:
Пьезоэлектрические 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 21/2102476.tif , где d - пьезомодуль, Е - модуль упругости,
ε - Диэлектрическая проницаемость (в анизотропных П. м. все эти и нижеследующие величины - тензорные); 2) величина kІItgδ, 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)І; 4) 21/2102477.tif и d√^Ї(c_зв ⁄ d√^Їε) 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°C

Плот-
ность, ρ·10і кг/мі Скорость звука, c_зв, 10і
м/сек. Диэлектри-
ческая прони-
цаемость,
ε Пьезо-
модуль, d, 10¹² к/н Тангенс угла диэлектри-
ческих потерь,
tgδ·10І Коэффициент электро-
механической связи
k kІ⁄tgδ Примечание
Кварц 2,6 5,47⁽¹¹⁾ 4,5⁽¹¹⁾ 2,31⁽¹¹⁾ < 0,5 0,095 >0,4 срез x
Дигидрофосфат аммония (АДР) 1,8 5,27⁽³³⁾ 21,8 24^(36)/2 < 1 0,3 >8 срез 45° относительно оси z
Сульфат лития 2,05 4,7⁽³³⁾ 10,3⁽²²⁾ 18,3⁽²²⁾ < 1 0,37 >10 срез y
Сегнетова соль 1,77 3,9⁽²²⁾ 250⁽¹¹⁾ 172^(14)/2 > 5 0,67 <13 срез 45° относительно оси x; вещество при T > 55°C распадается
Сульфоиодид сурьмы 5,2 1,5⁽³³⁾ 1000⁽³³⁾ 22⁽³¹⁾
150⁽³³⁾ 5-10 0,8⁽³³⁾ 9
Пьезокерамика
Титанат бария (ТБ-1) 5,3 4,45
4,2 1500 45
100 2-3 0,16
0,35 1,5
5,2
Титанат бария-кальция ТБК-3) 5,4 4,7
4,7 1180 51
113 1,3; 4,0 0,17
0,37 2,2
10,5
Группа цирконата - титаната свинца ЦТС-23 7,4 3,2⁄3,0 1100 75
150 0,75-2,0 0,2
0,41 1
4,2
ЦТБС-3 7,2 3,5⁄3,2 2300 160
316 1,2-2,0 0,32
0,65 5
20
ЦТСНВ-1 7,3 2,9⁄2,6 2200 200
430 1,9-9,5 0,34
0,72 1,24
2,5
PZT-5H 7,5 2,8⁄2,5 3400 274
590 2,0-3,0 0,39
0,75 1,7
6,8 данные фирмы Кливайт (США)
PZT-8 7,6 3,4⁄3,1 1000 93
217 0,4-0,7 0,29
0,62 12,5
50,0

Примечание. Цифры в скобках у монокристаллов определяют индексы соответствующих тензорных характеристик, например: (36)/2 означает Ѕ d₃₆. Для пьезокерамики верхние значения постоянных имеют индексы (11) или (31), а нижние (33), величины d₃₁ < 0, d₃₃ > 0. Значения tg δ 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 (T_пл = 130°C) 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 T_пл = 55°C) 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.

Пьезометрическая Скважина Пьезоэлектрические Материалы Пьезоэлектрические Преобразователи