Справочник по электротехническим материалам. Под ред. Ю.В.Корицкого и др. Том 3 (3-е изд., 1988) (1152098), страница 163
Текст из файла (страница 163)
23.11, а). Химический состав: КзСФНзОз /зНэО. Плотность 1,988 Мг/мз. Содержащаяся в виинокислом калии крисгаллизационная вода прочно связана. Опытным путем установлено, что до температуры 80 'С обезвоживание не наступаег. Заметное растворение КВ начинается при 80 % влажности. Единственным элементом симметрии кристалла внннокислого калия является ось двойной симметрии Ь.
Как следствие этого кристалл КВ имеет четыре значении диэлектрической проницаемости, восемь пьезоэлектрических и 13 упругих модулей. Значения основных постоянных КВ приведены в табл. )В.2. Низкан симметрия кристаллов виннокислого калия дает возможность (из-за большего числа упругих постоянных) получать срезы с низким ТКЧ (рис. 23.11, 5). Резонаторы нз виннокислого калия имеют высокие значения добротности н коэффи- циента электромеханической связи. Они могут заменять кварц в фильтрах дальней связи.
Н нобат лития. Ниобат лития — синтетический кристалл, кристаллизуется в дитригоназьно-пирамидальном классе ромбоэдрической сингонии. Химическая формула: ПИЬОз. Ниобат лития не растворяется в воде, не разлагается при высоких температурах, отличается высокой механической прочностью. По электрическим свойствам он представляет собой сегнетоэлектрик с температурой Кюри около 1200 'С. Условия симметрии приводят к существованию у ниобата лития четырех независимых пьезомодулей: Аз=73 10 'э, Азз=20 10 'з, из~= = — 0,85.10 " и озз=!6-10 " Кл/Н.
С повышением температуры наблюдается незначительный рост пьезомодулей. Диэлектрические проницаемости свободного кристалла равны зи =82...84,6; езз= =28...29. Упругие постоянные ниобата лития имекгг значения: зп=5,64 10 'э Па ', 2в~з+з»= =139-10 'з Па ', зы= — 084.10 " Па лаз=4,9.10 "Па Благодаря своим высоким пьезоэлектрическим и механическим свойствам, в том числе и высокой добротности (до 10'), ниобат лития является перспективным материалом для изготовления преобразователей различного назначения.
Тонкие (толщиной около одного микро. метра) пленки ииобата лития, получаемые катодным распылением в вакууме, представляют собой ориентированные поликристаллические текстуры, которые могут быть использованы [э 23.31 Поликристалличеслие льезоэлектрики в качестве излучателей и приемников ультра- ' звуковых колебаний СВЧ-диапазона.
23.3. ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ ИЬЕЗОЭЛЕКТРИКИ Пьезоэлектрические текстуры. Тесктуры, представляющие собой ориентированную определенным образом в пространстве совокупность пьезоэлектрических кристаллов, не имеющую центра симметрии, могут обладать пьезоэлектрическим эффектом. Пьезоэффект в текстурах сегнетовой соли был открыт А. В. Шубниковым; им же были установлены основные закономерности пьезоэффекта в анакогичных средах. Пьезотекстуры сегнетовой сохи, яолучаемые нанесением расплава сегнетовой соли на подложку с помощью кисти, имеют один пьезомодуль»(»», который при строго параллельной ориентировке кристаллов равен примерно половине пьезомодуля »(»» сегнетовой сш»и.
В настоящее время такие текстуры не представляют практического интереса. Наибольшее значение имеют текстуры на основе поляризованной пьезоэлектрической керамики. Пьезоэлектрическая керамика. Сегнетоэлектрики кислородно-октаздрического типа (титанаты бария и свинца,метаниобат свинца н другие), а также твердые растворы на их основе легко могут быть получены в виде плотно спеченных поликристаллических образцов или изделий (керамики). Сегнегоэлектрическне свойства таких материалов обусловливаютт возможность пьезоэлектрического эффекта в них. При температуре ниже точки Кюри сегнетоэлектрик имеет области с различными направлениями спонтанной поляризации (домены) . Под влиянием постоянного электрического поля некоторая часть доменов ориентируется з направлении приложенного поля.
После снятия внешнего поля большая часть доменов удерживается в своем новом положении из-за внутреннего полн, которое возникает в результате параллельной ориентации направлений поляризации доменов. Благодаря этому керамика становится полярной текстурой, которая облалает пьезоэффектом. Процесс ориентирования доменной структуры сегнетоэлектриков в одном преимущественном направлении принято называть процессом лоллриэппии. По условиям симметрии поляризованной керамики, описываемой символом (аа, т), пьезоэлектрический эффект в ней характеризуется тремя пьезоэлектрическими модулями: »(66, »(6» И»(»6. Первые два характеризуют электростатические заряды, образующиеся на обкладках образца при действии нормальных механических напряжений в направлении предшествующей поляризации (»(ы) и перпендикулярном к нему (»(6»).
Пьезомодуль»(»6 характеризует зарид на обкладках образца при действии касательных напряжений (сдвиг). До поляризации керамические пьезоэлектрики имеют одинаковые физические своиства во всех направлениях. Они становятсн анизотропными только после поляризации постоянным электрическим полем, которое может быть приложено в любом направлении. Следовательно, пьезоэлектрическая ось у керамических пьезоэлектриков не является заранее заданным направлением, как эта имеет место в пьезоэлектрических кристаллах.
Поэтому в пьезоэлементах из керамических материалов могут возбуждаться любые виды пьезоэлектрических колебаний, в том числе невозможные по условиям симметрии для обычных кристаллических пьезоэлектриков. напРимер„радиальные колебания цилиндров и дисков. Керамическая технология изготовления пьезоэлементов не накладывает принципиальных ограничений на их форму и размеры.
Зти обстоятвхьства, з также высокие значения пьезоэлектрических характеристик обусловили широкое применение керамических пьезоэлементов в технике, в особенности в устройствах для излучения и приема ультразвуковых колебаний. Особенности технологии изготовления керамических пьезоэлементов. Отличительной чертой процесса изготовления пьезокерамических изделий является их поляризация сильным постоянным электрическим полем, которое прикладываегся обычно после нанесения электродов на спеченную заготовку, полученную одним из метод»в керамической технологии. Значения пьезоэлектрических постоянных существенно определяются параметрами режима поляризации — напряженностью электрического поля, температурой н временем выдержки.
В качестве примера на рис. 23.!2 приведена зависимость пьезомодулей»(66 и»(6» керамики иа основе титаната бария от напряжен- насти поляризующего поля и времени выдержки в этом воле. Для раззнчных материалов и изделий находят оптимальные режимы поляризации. Установлено, что напряженность поля при поляризации может быть снижена, если ее про. водить при повышенной температуре, однако более низкой, чем точка Кюри этого материала.
В этом случае значения напряженности поля могут быть снижены с (3...4) ° 106 В/м до (0.5...1) ° 106 В/и при сохранении высоких пьезоэлектрических характеристик. Во избе- Пьезоэлектрихи (равд. 23] Клуг( 2 5 гь)В/м О 1 Рис. 23.12. Зависимость пьезомодулей г(аз и г(з~ пьезоэлектрической керамики титаната бария от длительности поляризации н напряженности поляризующего поля (при комнатной тем- пературе) жанне поверхностного перекрытия в сильном поле поляризацию проволят в изолирующей среде — трансформаторном масле или кремннйоргаиической жидкости.
Время выдержки под полем составляет обычно !...2 ч. В течение первых нескольких дней после поляризации наблюдается некоторое уменьшение пьезоэлектрических модулей, сопровождающееся также повышением резонансных частот пьезоэлементов и увеличением их механической добротности. Спустя трое — пятеро суток значения этих параметров стабилизируются. Причиной чстарения» пьщокерамики является длительный процесс установления стабильной доменной конфигурации, происходящий после снятия электрического поля. 23.4. ПРОМЫШЛЕННЫЕ ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ И ПЬЕЗОЭЛЕКТРИКИ вЂ” ПОЛИМЕРЫ Многообразие областей применения пьезоэлектриков, а также технико-зкономические соображения обусловвиаакп существование ряда пьезокерамических материалов с различными свойствами.
Согласно ГОСТ 13927 — 80 пьезокерамика подразделяется на марки (по составу и характеристикам) и на функциональные группы (по назначению). Материалы функциональной группы ! применяются лля изготовления аысокачувствнтельных пьезоэлементов, работающих в режиме приема нли излучения механических колебаний. Материалы функциональной группы 2 предназначены для пьезоэлементов, эксплуатирующихся в условиях сильных электрических палей или высоких механических напряжений.
Материалы функцнонязьной группы 3 применяются для изготовления пьезоэлементов, обладающих повышенной стабильностью рюанансных частот в зависимости от температуры и времени, а фунКцнональнай группы 4 — для высокотемпературных пьезоэлементов. Рассмотрим теперь свойства пьезокерамнки различных типов. Материалы на основе тнтаната бария.
Титанат бария Вау(О» является сегнетоэлектриком с точкой Кюри около 120 'С. Пьезокерамика ВаТЮ» (ТБ-1) широко применяется для изготовления преобразователей, к которым не предьявляются жесткие требования по температурной и временной стабильности характеристик, в частности, в граммофонных звукосннмателях и других злектроакустических устройствах. Отсутствие в рецептуре титаната бария летучих при обжиге компонентов и простота технологии изготовления пьезоэлементов делают этот материал по-прежнему распространенным в технике. На рис.
23.!3 представлена температурная зависимость пьезомодуля г(э~ и частотной постоянной пьезокерамики ВаТЮ». Большей температурной стабильностью характеристик обладаю~ твердые растворы титанатов бария и кальция с добавкой кобальта (ТБК-3) и титанатов бария, кальция и свинца (ТБКС), Добавление к твердым растворам (Ва,Са)ТЮ» небольшого количества оксида кобальта, около 1 эггв (мол.), обеспечивает значительное снижение !8 6 керамики при воздействии сильных переменных электрических полей (рис. 23.14), что делает этот материал (ТБК-3) предпочтительным для применения в устройствах, излучающих ультразвуковые колебания болыпой мощности.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
