- Пьезоэлектрические 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
, где d — пьезомодуль, Е — модуль упругости, ε — Диэлектрическая проницаемость (в анизотропных П. м. все эти и нижеследующие величины — тензорные); 2) величина k2Itgδ, 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)2; 4) 
и 
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- | Ско- | Диэлект- | Пьезо- | Тангенс | Коэф- | k2/tgδ | Примеча- || | ность, | рость | рическая | модуль, | угла | фициент | | ние || | ρ кг/м3 | звука, | проницаемость, | d, 1012 | диэлект- | электро- | | || | | Сзв, | ε | к/н | рических | механи- | | || | | 103 | | | потерь, | ческой | | || | | м/сек | | | tg δ․102 | связи k | | ||------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|| Кварц | 2,6 | 5,47(11) | 4,5(11) | 2,31(11) | < 0,5 | 0,095 | >0,4 | срез x ||------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|| Дегидрофосфат аммония | 1,8 | 5,27(33) | 21,8 | 24(36)/2 | < 1 | 0,3 | >8 | срез 45° || (АДР) | | | | | | | | ||------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|| 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 | 5,3 |
| 1500 | 
| 2—3 | 
| 
| данные || | бария | | | | | | | | фирмы || | (ТБ—1) | | | | | | | | Кливайт || |-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| (США) || | Титанат | 5,4 |
| 1180 | 
| 1,3; 4,0 | 
| 
| || | бария | | | | | | | | || | кальция | | | | | | | | || | ТБК—3) | | | | | | | | || |-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| || | Группа | 7, 4 |
| 1100 | 
| 0,75— | 
| 
| || | цирконата | | | | | 2,0 | | | || | — | | | | | | | | || | титаната | | | | | | | | || | свинца | | | | | | | | || | ЦТС—23 | | | | | | | | || |-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| || | ЦТБС—3 | 7,2 |
| 2300 | 
| 1,2—2,0 | 
| 
| || |-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| || | ЦТСНВ— | 7,3 |
| 2200 | 
| 1,9—9,5 | 
| 
| || | 1 | | | | | | | | || |-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| || | 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 tgδ 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 (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. — М.: Советская энциклопедия. 1969—1978.
