Голямина И.П. - Ультразвук (маленькая энциклопедия) (1040516), страница 105
Текст из файла (страница 105)
мовокристаллов с решеткой типа перовскита, напр. тнтанат бария и титанат свинца, ниобат натрия, как правило, в качестве материалов для электроакустич, преобразователей ые применяетсн. Зги соедиыения широко используются а виде пьезокерамики. Среди пьезокерамики различных составов титанат барин и его твердые растворы (напр., с титанатом кальция) вытесняются системой твердых растворов титаната-цирконата свинца (РХТ, или ЦТС), обладающей сильным пьезоэффектом, Путем введения малых добавок других ионов можно в широких пределах варьировать параметры пьезокерамики РЕТ и свойства изготовленных из нее пьезоэлектрич. преобразователей.
Представляет также интерес система твердых растворов на основе ниобатов и танталатоа калин и натрия и некоторые другие перовскитовые струк- туры. См. также ууьеэоэаектричесииа лагаериали. Лит.: М э э о н У., Пьезоэлектрические кристаллы и их пркиейеиие э ультрэакустике, пер. с англ., М., 1952; Физическая акустика, пол рел. У. Мээока, т. 1, ч. А, М., 1966; Иона Ф., Шэраяе Д., Сегве. тоэлектркческие кристаллы, пер.
с англ., М., 1965; Жел улез И. С., Осксэм сегэетээлектрэчестеа, М., 1979; Я ф $ Е Б., К у к У., я $ $ е Г., Пьезоэлектрическая керакйка, пер. с англ., м., 1976, Р. и. Паьиииэа. ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ вЂ” кристаллические соединения (диэлектрики и полупроводники), обладающие хорошо выраженными пьезоэлеитрнч, свойствами (см. Льелаэаектричестаа) и применяемые для иаготовления льеааэаектрическиа преабразааателей и пьеэаэаемеитав.
Пьезоэлектрич. кристаллы — окислы и соли, как правило, содержащие примеси,— достаточно широко распространены в природе в виде естественных минералов (кварц, турмалин, цинковая обманка и др.), однако в подавляющем большинстве важных для практики случаев П. м. синтезируются в лабораторных условиях или промышленными методами (сегнетова соль, пьезокерамика, ниобат лития и др.). П. м. используются в технике для изготовления пьезоэлементов и пьезоэлектрич. преобразователей самого различнаго назначения: для гидролокацни, УЗ-вой техники, ахустоэаеатраиики. Для изготовления пьезоэлемента П. м. выбирают, сопоставляя параыетры и характеристики, к-рые определяют эффективность и стабильность работьу пьеэоэлектрнч, преобразователя с учетом его назначения и условий эксплуатации (см.
табл.). Нек-рые их параметры и характеристики существенно зависят от конструкции пьезоелемента, определяющей взаимную ориентацию механич, сил и электрич. иолей в пьеэоэлектрике, поэтому при выборе П.м. необходимо сопоставлять параметры, соответствующие оптимальной для этого материала конструкции пьезоэлемента.
Свойства П. лг. хараитериауются следующими основными величинами1 матрицами пьезомодулей д и диэлектрич. проницаемости е, коэфф. упругой податливости ле, скоростью распространения звуковых волн с (продольных, сдвиговых, поверхностных), тангенсом угла диэлектрич. потерь ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ збб, механич. добротностью (), плотностью р, предельно допустимой температурой 8 (темп-рой Кюри для сегнетозлектриков). Во многих случаях оценить !1. и, применительно к различным режимам и условиям работы пьезозлектрич. преобразователя (в частности, в начестве приемника или иэлучотеля ультразвуке) Окавывается удобнее параметрами, в к-рые вышеперечисленные величины входят в виде различных комбинаций.
К числу таких наиболее важных параыетров относятсяе !) коэффициент элекекроиехае»кивской сэяэи К3ь для квазистатич. режима. Кго величина с достаточной точностью определнетсн выражением: ш» Кы= )Ге е,я где е — относительная дизлектрич. и проницаемость, ео — дизлектрич. проницаемость вакууиа (в системе СИ). Значение К»ю определенное для случая, когда длина звуковой волны соизмерима с размерами пьезоэлемента (так называемый динамический коефф. связи К ), оказывается иным, при,» чем всегда К ( К35. 2) Величина х 3» (й»03»К„)в, определяющан чувствительность излучателя по напряэкению. 3) Величина К, Идб, которая входит в выражение злектромеханического кпд преобразователей (чем она больше, тем выше кпд). 4) Величина й1зе'е определяющая чувствительность приемника звука в режиме холостого хода.
5) Величина 3)303'$' е, определяющая минимальный сигнал, который моэкет быть принят приемником на фоне злектрич, шумов схемы при оптимальном его согласовании со входом усилителя. 5) Механическая добротность 3',3, определяющая акустомеханич. кпд излучателя прн заданной нагрузке, полосу частот пропускания злектромеханич. фильтров, качества ливий задержки. Большое значение для мощных излучателей звука, и в особенности для излучателей, используемых в УЗ-вой технологии при малом сопротивлении акустич. нагрузки, имеет предельно допустимое механич. напряжение, к-рос зависит от механич.
прочности материала при растяжении. Для мощных излучателей весьма важна также амплитудная зависимость свойств иатериала, т. к. при наличии заметной аиплитудной зависимости на- 25 и » 10 2 З Г, .»5»Ъ Ркс. 1. Возрастание таягснса дкичектркчэоккх потерь е увьпкчеккек оффектквкого зкечекия воэбужда»ошего епактркчсского поле. рушается линейный режим работы преобразователя и происходит перекачка энергии в высшие гарьтошпеи.
Особенна вредными эффектами в этом случае являются падение () с ростом амплитуды механич. напряжения и увеличение 3яб с ростом амплитуды возбуждающего поля (рис. ! и 2). О 103, 3,0 Рке. 2, Зависимость иехаакчеакой добротности (аткосктельной3 от амплитуды кехапкческого капряжекип.
0,0 0.5 0 50 .100 193 ат»»е/еле В излучателях, используемых в гидролокации и УЗ-вой технологии, важной характеристикой П. и. яш3яется также зависимость нх свойств от статнч. напршкений сжатия, обусловленных гндростатнч. давлением среды или самой конструкцией пьезозлектрич. преобрааователн. Кристаллы кварца, несмотря на их сравнительно низкие пьеаозлектрич. константы, применяются в тех случаях, когда требуются высокая мехи- (ус нови не характеристики пь евое лектричесних материалов к 'о и а з с)"я и Чс е ф-- иды )" < Примечание д' с 12,77<и 2,31«о 5,47<(" 4, 5<'о 0,095 0,033<' о Среа 0' Х С 0,5 )10' )2,0 0,51 1,1 2,6 24 0(зз)Ы 16 3(зз) 3 гызз 4, 7<") 3 Кы) 52 6<зз) 2 2,5<зз' 37(зз) 15,3 10,3<ы) 350'«' 0,28 0,20 0,85 )!О' )10* 6,1 5,1 14,7 1,8 2,05 1,77 0,2! 0,5 53,6 С1 (1 )5 )8 )10 )8 1,1 1,53 0,78 27Ь 24 — 18 Сульфоиодид сурьмы Нпобат лития,, ° ° 4,64 5( ь 2200<)) О 07"о З гыо 3 6(зз) 0 8(зз) 225 50 5 — 10 Полнризован по осн 2 О,53<аз) '27,6<аз) 5,8' ) 28,6<за' 8 4,6((') 5 03(зз) 5,83<о) 0 з4(зз) о,зг< )1О' 1210 ьеаокер амика Татанат бария (ТБ-1) .
45 100 400 1500 26 87 2 — 3 8,9 10,7 0,2 0,5 1,3 8,0 0,03 0,07 1, 16 2,6 5,3 !га !О,б Пьезоэлементы поляризованы вдоль оси Л (оси 3) Тптанат бария кальция ТБК-3 * ° ° 5,4 1200 1,3— 2,5 51 113 4ЬО 0,17 0,37 1,2 5,5 0,042 0,094 37 1) О 105 18,2 1,47 Кварц...,,,, Дигидрофосфат амионин (АРР) * Сульфат лития Сегнетова соль 150<<о 1300<))) 16,2ы" 7 1(зз) и Я в. с й' ( б) Срез 45'Я Среа 0 У Срез 45' Х при Т = 55 'С распадается на химические со- ставляюглие й йм ой с' ой~ ОО Ф ОЯ й ОН О * о к т О" '/ ы 5 й й 3 й ес Ф о к й й о, Й О й й й сс О С О О ~ О О С С О с 3 й о й т с' Ф ~/ м "' ы й "О й й а Ф -й й о Ф ес о 3 О о й й" .Ф и й 3 н с О ОО С О ОО «с» с (О ~ )О с О О О О т б а Ц)% %Б ВВ И:л Ый :В%И ИБ;.В ЫБ Б ! ) -.)5 Л (л,хн> эх)г еввкео е*ви .очкип-еэевеэкс вопхап о о н 8 Ф й й с' й Ф й в й о Ф й * й а а Ф а й о о й й Ф с й 3 н Ф й о й Ф 3 о й )э Ф= ГЮ сч Ф 3 Р Ф.
а )т Ф й н о й с Ф 3 й а \ н Ф й о Ф й й к о Я с й й с й о й Ф э\ 3 а й й н й н й в( й и Ф. нич. добротность и стабильность по отношению к изменению темп-рм (напр., в электромеханич. фильтрах и различных стаб нлиаирующих устройствах) . В нек-рых случаях вместо кварца в фильтрах удаетсн исиольэовать более эффективную, но менее стабильную иьтокеромикэе. Кристаллы АПР, сульфата лития н сегнетовой соли как П.
и. для иэлучателей и приемников звука практически полностью вытеснены пьезокерамикой, ввиду ее более высокой пьеэоэлектрич. эффективности, стабильности и возможности промышленного изготовления иэ нес пьезоэлементов сложной конфигурации. Испольэование кристаллов сегнетовой соли, несмотря на их очень высокую чувствительность в режиме приема, ограничено нэ-за низкой темп-ры Кюри, нестабильности их свойств, малой прочности и гигроскопичности. Кристаллы сегнетоэлектриха — полупроводника сульфоиодида сурьмы Я)э81 — обладают высоким пьезоэффектом при действии всестороннего давления и в этом качестве представляют интерес для гидроакустич.
приемнипов звука (гиок рофокое). Для мощных излучателей, в к-рых можно опасаться их раэогрева, предпочитают пьеэокерамику с высокой механич, добротностью, малыми электрич. потерями и большой величиной К Ийб, т. е. ЦТС-ЗЗ, РХТ-З, ТБК-3 (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
