Большая Советская Энциклопедия (ПЬ)

  Лит.: Глозман И. А., Пьезокерамика, М., 1967; Смажевская Е. Г., Фельдман Н. Б., Пьезоэлектрическая керамика, М., 1971.

(обратно)

Пьезоэлектрические материалы

Пьезоэлектри'ческие 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 k2Itgd, 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 d36. Для пьезокерамики верхние значения постоянных имеют индексы (11) или (31), а нижние (33), величины d31 < 0, d33 > 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 (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.