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
Основные характеристики наиболее распространенных пьезоэлектрических материалов при температуре 16—20 °С
| Плот- ность, ρ кг/м3 | Ско- рость звука, Сзв, 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
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 (Тпл = 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 Тпл = 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