Пьезоэлектрические материалы и их свойства

Пьезоэлектрические материалы и их свойства [c.37]

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ СВОЙСТВА [c.138]

ПОЛУЧЕНИЕ СЕГНЕТО- И ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ В ВИДЕ ПЛЕНОК И ИХ СВОЙСТВА [c.292]

Следует учитывать также при проектировании пьезоэлементов, что большое влияние на их свойства могут оказывать выбор типа колебаний, конструкции устройства, армировки и многие другие причины. В заключение следует отметить, что пьезокерамические материалы по своей эффективности, простоте и экономичности — изготовления из них пьезоэлементов имеют большое преимущество по сравнению со всеми другими пьезоэлектрическими материалами. В зависимости от требований, предъявляемых к материалу, его свойства можно широко варьировать путем введения различных добавок. [c.324]

При изучении упругих и прочностных свойств твердых материалов их обычно подвергают большим нагрузкам с помощью специальных прессов, развивающих давления, близкие к пределам прочности этих материалов или превосходящие их, т.е. десятки тысяч атмосфер. Вместо этой громоздкой и дорогостоящей аппаратуры используют методы нелинейной акустики. Для этого к одному торцу образца исследуемого материала приклеивают пьезоэлектрический излучатель мощной акустической волны частоты (О. На другом конце образца помещают такой же пьезоэлектрический преобразователь (приемник звука), на выходе которого регистрируют и затем обрабатывают электрический сигнал. Последний представляет собой суперпозицию колебаний на частотах ю, 2(0, Зю и т.д. Говорят, что сигнал состоит из основной, второй, третьей и т.д. гармоник. Сигнал на основной частоте несет информацию о линейном модуле Юнга, так как согласно закону Гука деформации пропорциональны приложенным напряжениям. В области больших напряжений вследствие пластичности и текучести материала связь деформаций и напряжений описывают с использованием нелинейных модулей. Информацию [c.138]

Магнитные керамические материалы представляют большой интерес для ультразвуковой технологии. Установки с ферритовыми преобразователями могут найти широкое применение. Такие установки отличаются простотой, дешевизной, малыми габаритами. Это обстоятельство должно привести к расширению области применения ультразвуковой техники. Однако следует иметь в виду, что простая замена преобразователей из магнитострикционных металлических материалов ферритовыми в уже имеющихся установках недопустима. При конструировании установок с ферритовыми преобразователями необходимо учитывать их специфические особенности — высокую добротность и ограниченную механическую прочность. Первое свойство требует более тщательного согласования преобразователя с концентратором, чем для преобразователей из металлов в установках, предназначенных для работы с малой нагрузкой (типа установки ультразвукового резания, сварки), необходимо применение автоподстройки частоты питающего генератора.Относительно невысокая механическая прочность требует применения ограничителей по амплитуде, более тщательного выбора режима работы преобразователя. Однако эти дополнительные требования не снижают большой практической выгоды, которую дает применение таких преобразователей. Уже сейчас ясно, что ферритовые преобразователи во многих случаях могут успешно конкурировать даже с преобразователями из пьезоэлектрической керамики. [c.147]

Третью подгруппу составляют материалы со сверхвысокой диэлектрической проницаемостью (сегнетоэлектрики). Диэлектрическая проницаемость их в сильной степени зависит от температуры, проходя при некотором значении последней через резко выраженный максимум, называемый точкой Кюри при температурах ниже точки Кюри диэлектрическая проницаемость этих материалов зависит от напряженности поля. Керамические сегнетоэлектрики обладают и пьезоэлектрическими свойствами. [c.239]

В Институте радиотехники и электроники Академии наук СССР разработана активная ультразвуковая линия задержки. Принцип ее действия основан на использовании явления усиления ультразвука дрейфом электронов в твердых телах. Усиление возникает из-за взаимодействия электронов с кристаллической решеткой. Особенно эффективно это взаимодействие в материалах, обладающих пьезоэлектрическими свойствами. Благодаря такому взаимодействию ультразвуковой волне передается энергия потока электронов, когда скорость их дрейфа в кристалле превышает скорость распространения ультразвука. Электромагнитные колебания преобразуются электромеханическим преобразователем в ультразвуковые. Возникшая ультразвуковая волна распространяется через звукопровод и активный элемент, в котором происходит ее усиление, и затем снова преобра- [c.136]

Пьезоэлектрические кристаллические материалы предназначенные для производства резонаторов на объемных ультразвуковых волнах, должны обладать ярко выраженными пьезоэлектрическими свойствами, слабой зависимостью упругих констант и плотности от температуры, малыми коэффициентами теплового расширения и внутреннего трения. Кроме того, их упругие, пьезо- и диэлектрические характеристики должны отличаться минимальной нелинейностью. [c.447]

Пьезоэффект, открытый в 1880 г. братьями Кюри, широко используются в технике для преобразования механических смещений или напряжений в электрические сигналы (звукосниматели, приемники ультразвука, датчики деформаций и т. д.) или (обратный пьезоэффект) — электрических сигналов в механические (акустические излучатели, генераторы ультразвука и т. д.). Вещества с четко выраженными пьезоэлектрическими свойствами называют пьезоэ.иектриками, а материалы, предназначенные для использования их пьезоэффекта, — пьезоэлектрическими материалам и. [c.228]

Пьезоэлектрические материалы анизотропны. Для описания их пьезоэлектрических, диэлектрических и упругих свойств необходимо знание набора компонент пьезомодулей у, упругих констант Зц и диэлектрических проницаемостей е , по разным направлениям. Такой набор может быть представлен в виде матрицы 9x9, столбцы которой связаны с механическими и электрическилга напряжениями, а строки — с деформацией и поляризацией [c.232]

Для изготовления магнитострикционных вибраторов применяются ферромагнитные материалы — никель, кобальт и их сплавы. Хорошим магнитострикционным свойством обладает сплав пермендюр. Преимуществом магнитострикционных вибраторов перед другими является их большая механическая прочность и возможность присоединения к ним трансформаторов скорости, что позволяет значительно увеличить амплитуду излучаемых колебаний. При наличии трансформатора скорости можно производить ультразвуковую пайку при сравнительно высоких температурах без опасения потери работоспособности стриктора от нагревания его до точки Кюри. В диапазоне более высоких частот используются пьезоэлектрические вибраторы — кварцевые и керамические из титаната бария. Широкое практическое применение получили вибраторы из поляризованного титаната бария. Эти вибраторы позволяют получить большую акустическую мощность за счет фокусирования. [c.220]

Ниобат и танталат лития являются важными материалами для ектроники, акустики и оптики, так как они обладают превосходными фроэлектрическими, пьезоэлектрическими, пироэлектрическими и оп-[ческими свойствами. Поэтому их получение в виде равномерных тон- [c.487]

Ультразвуковая дефектоскопия (УЗД) основана на использовании ультразвуковых колебаний (УЗК), которые представляют собой колебания упругой среды со сверхвысокими частотами (более 20 кГц), не воспринимаемыми человеческим ухом. Ультразвуковые волны могут проникать в металл на большую глубину и отражаться от неметаллических включений и других дефектов. Для контроля применяют колебания с частотой 0,5—10 МГц. Введение этих колебаний осуществляют пьезоэлементами (пьезопреобразователями), которые состоят из пьезопластин толщиной, равной половине длины волны, излучаемой УЗК. Пьезоэлектрические материалы обладают способностью преобразовывать действие электрического поля в механические деформации и наоборот — действие механических деформаций в электрические заряды. Пластины изготовляют из пьезоэлектрической керамики или кварца и наклеивают на призмы из оргстекла, полистирола, капрона и других материа-алов, которые поглощают ультразвук и обеспечивают высокое затухание колебаний, что позволяет получать короткие зондирующие импульсы. Для приложения и съема электрического поля на противоположных поверхностях пластины нанесены серебряные электроды. Пьезопреобразователь обладает свойством излучать УЗК в металл через контактирующую смазку (глицерин, солидол и т.п.) синхронно с приложенным высокочастотным током и воспринимать отра-раженные от дефектных мест обратные УЗК, преобразуя их в электрические импульсы, фиксируемые [c.296]

Понятие пьезоэлектрик используется как для истинных монокристаллов типа сегнетовой соли, кварца, турмалина, дигидрофосфата аммония (АОР), сульфата лития, где пьезоэлектрический эффект обусловлен асимметрией естественной кристаллической структуры, так и для поляризованной поликристалли-ческой керамики, пьезоэлектрические свойства которой возникают в процессе производства. Бсе пьезоэлектрические материалы обладают, помимо стабильности, определенными характеристиками, которые определяют их пригодность в качестве электроакустических элементов в измерительных преобразователях. К этим характеристикам относятся пьезоэлектрические постоянные, диэлектрическая постоянная, удельное сопротивление и анизотропия кристаллов и керамики. [c.262]

До начала 60-х годов физики и инженеры, изучавшие пьезокристаллы, основное внимание уделяли поиску новых материалов и исследованию их свойств, совершенствованию пьезоэлектрических резонаторов и преобразователей. В акустике пьезокристаллы применялись для возбуждения объемных ультразвуковых волн и создания ультразвуковых линий задержки радиочастотного диапазона. Исследованию волновых процессов в ньезоэлектриках в этот период уделялось мало впимапия. Отметим лишь две важные работы. Кьяме [7] сделал попытку совместного исследования уравнений ньезоакустикп и электродинамики, а Шапошников [8] рассмотрел взаимодействие электронов проводимости с ультразвуковыми волнами в пьезокристалле. [c.4]

Интерес, который проявляют исследователи, занимающиеся акустикой, к пьезоэлектрическим материалам, пе ограничивается их использованием в нреобразонателях для излучения акустической энергии в другие среды. Возбуждение упругого резонанса в гомогенном теле путем приложения электрических полей создает уникальные во шо кности для изучения упругих свойств кристаллов и особенно затухания малых упругих колебаний. Упругие свойства поликристаллических сегнетоэлектриков являются сами по себе ва кной областью исследований, поскольку они непосредственно связаны с динамикой согнетоэлектрпческой доменной структуры. [c.204]

Существование пьезоэлектрического эффекта было обнаружено у большого количества веществ. Однако практическое применение получили лишь некоторые из них. Чтобы вещества можно было использовать, они должны представлять собой природные монокристаллы с достаточно большими бездефектными областями. Однако в последнее время преимущественное применение получили искусственно изготовляемые монокристаллы, по-ликристаллические пьезоэлектрические текстуры и тонкие пьезоэлектрические слои. Кроме того, вещества в кристаллическом виде должны обладать ярко выраженными пьезоэлектрическими свойствами, имеггь малые потери из-за внутреннего трения при распространении объемных или поверхностных ультразвуковых волн, а их материальные коистаи гы должны отличаться высокой временной и температурной стабильностью. Несмотря на то что налажен промышленный выпуск целого ряда пьезоэлектрических веществ, продолжаются поиск и интенсивные исследования новых материалов с более выгодными параметрами. [c.14]

Пьезоэлектрические материалы при деформировании электрически по-тя-ризуются (прямой пьезоэлектрический эффект, или эффект Кюри), и на электродах, нанесенных на поверхность пьезоэлектрика, возникает пьезоэлектрический заряд. Приложение электрического напряжения к электродам вызывает их механическую деформацию (эффект Джоуля, или обратный пьезоэлектрический эффект). Пьезоэлектрическими свойствами обладают очень многие (почти все) кристаллические диэлектрики, однако у большинства из них пьезоэффект мал. Многие из пьезоэлектриков не нашли широкого применения из-за неудовлетворительных физико-механических свойств. В настоящее время созданы синтетические материалы, обладающие хорошими пьезоэлектри -ческими и механическими свойствами, которые вместе с естественным пьезо-электриком - кристаллическим кварцем - широко используют в акустике. Основные преимущества пьезоэлектрических преобразователей — высокая эффективность преобразования и простота конструкции. Для описания свойств пьезоэлектрических материалов используют тензорные представления теории электроупругости. [c.90]

Процесс изготовления пьезокерамики состоит в получении изделий и последующей их поляризации электрическим полем порядка 2 кВ/мм. Остаточная (после снятия внешнего поля) поляризация определяет пьезоэлектрические свойства керамики. Так как значение остаточной поляризации и пьезоэффект зависят от способа получения материалов и режима поляризации, значения физических параметров пьезокерамики одного состава могут иметь доволыю большой разброс характеристик упругости - до 5%, пьезоэлектрических характеристик - до 10%, диэлектрической проницаемости - до 20%. [c.94]

Наряду с перечисленными природными кристаллами в технике ультразвука применяется также серия синтетических кристаллов. Это прежде всего кристаллы, которые в силу далеко идущей аналогии между их электрическими свойствами и магнитными свойствами ферромагнитных материалов объединяются под общим названием ферроэлектриков (сегнетоэлектри-ков). Отличительной особенностью всех таких кристаллов является исключительно сильная зависимость их диэлектрических постоянных от температуры и существование некоторой характерной температуры, так называемой точки Кюри, при которой диэлектрическая постоянная принимает чрезвычайно большие значения. При температурах, превышающих точку Кюри, кристалл обладает обычными физическими свойствами, однако в самой точке Кюри он ведет себя неустойчиво так, например, здесь нарушается линейная зависимость между напряженностью электрического поля и поляризацией. Одновременно возникает диэлектрический гистерезис и как следствие—большие диэлектрические потери. Наряду с аномалией диэлектрической постоянной в точке Кюри резко возрастают также и пьезоэлектрические и упругие константы сегнетоэлектрических кристаллов. [c.70]

Обнаружено, что наиболее высокими значениями пьезоэлектрических свойств обладают твердые растворы цйрконата — титаната свинца РЬ(2гТ1)Оз, обычно называемые материалами системы ЦТС. При взаимной их растворимости в этой системе можно получить материалы с широко изменяющимися свойствами, такими как Тк, е, ёзз, и др. На рис. 52 приведена зависимость [c.202]

Дня возбуждения упругих колебаний в различных материалах используют преобразователи пьезоэлектрические, магнитострикционные, электромагнит-но-акустичекие и др. Наибольшее распространение получили пьезоэлектрические преобразователи, представляющие собой пластины, изготовленные из монокристалла кварца или пьезокерамических материалов (титаната бария, цир-конат-титаната свинца и др.). На поверхности таких пластин наносят тонкие слои серебра, служащие электродами, и поляризуют их в постоянном электрическом поле. В результате пластины из керамических материалов приобретают пьезоэлектрические свойства. При приложении к электродам переменного электрического напряжения пьезопластина совершает вынужденные механические колебания (растягивается-сжимается) с частотой тока (обратный пьезоэффект). В случае воздействия на пластину упругих механических колебаний на ее электродах возникает переменное электрическое напряжение с частотой воздействующих на нее механических колебаний (прямой пьезоэффект). [c.285]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...