книги из ГПНТБ / Яффе Б. Пьезоэлектрическая керамика

зависимости деформация — поле можно пренебречь. Например, для керамики титаната бария эта зависимость линейна до полей 6— 8 кВ/см; при достижении таких полей потери возрастают уже меньше чем от 0,01 до 0,1 и выше.

Измерения зависимостей диэлектрической проницаемости и тан­ генса угла потерь от амплитуды переменного электрического поля следует проводить на образцах, погруженных в перемешиваемую масляную баню. В противном случае будет повышаться темпера­ тура образца за счет выделяющегося тепла, причем это повыше­ ние температуры зависит от конфигурации образца.

Зависимость механических потерь от амплитуды деформации можно получить, измерив сопротивление Ri при последовательном резонансе ненагружениого преобразователя или приращение его температуры. Как механические, так и диэлектрические потери связаны с к. п. д. нагруженного преобразователя. Если все другие величины известны, то этой связью можно воспользоваться для нахождения величины механических потерь. Считается, что диэлек­ трические потери сильно нагруженного преобразователя значи­ тельно превышают механические потери.

Приложение большого переменного электрического поля депо­ ляризует поляризованную сегнетоэлектрическую керамику. Степень деполяризации зависит от приложенного переменного поля и тем­ пературы. Для типичных образцов титаната бария при комнатной температуре деполяризация может быть заметной при эффектив­ ной напряженности поля 4 кВ/см, а уже при 8 кВ/см она стано­ вится почти полной. При измерении деполяризации образцы сле­ дует помещать в масляную баню, чтобы обеспечить точный кон­ троль температуры. Испытуемые образцы подвергают действию все большего поля, каждый раз измеряя величину (fv —fa)/fs- Частота электрического поля должна быть такой, чтобы внутренний разо­ грев не был слишком большим; этому условию удовлетворяет ча­ стота 60 .Гц.

2. Условия на механической стороне

Нелинейность реакции на сильное механическое напряжение играет важную роль в некоторых практических применениях пре­ образователей. В. линейной области плотность заряда и поле, вы­ званные одноосным напряжением Т3, равны

D3— d33Tз,

(П . 20)

бзЗ^З'

Для В аТЮ з в интервале напряжений 20— 100 млн. н/м2 освобож­ дающийся заряд растет быстрее, чем механическое напряжение, но затем он достигает насыщения, определяемого величиной полной электрической поляризации поляризованной керамики

276 ПРИЛОЖЕНИЕ

( ~ 8 мкК/см2). Если образец нагрузить почти до насыщения, то электрическая поляризация после снятия нагрузки не принимает первоначального значения.

Чтобы не происходило бокового зажатия, для изучения этих эффектов нужно использовать образцы, поперечный размер кото­ рых не более чем в 2 раза превышает их длину. Нагрузку нужно прикладывать по возможности по нормали к плоскостям образца с помощью механического или гидравлического пресса. Освобож­ дающийся заряд должен сниматься с большой емкости, соединен­ ной параллельно с образцом.

Было показано, что для заданного керамического состава пол­

сегнетоэлектрическнм зарядом было однажды определено, то с целью установления пригодности других образцов такого же со­ става для практического использования необходимо измерять для них лишь kp.

Электрическое поле для разомкнутого образца остается близ­ ким к линейной функции механического напряжения вплоть до на­ грузок, значительно превышающих уровень, при котором насы­ щается электрическая индукция. Электрическое напряжение на разомкнутом образце необходимо измерять электрометром с очень высоким входным сопротивлением.

Г. П И Р О Э Л Е К Т Р И Ч Е С К И Й ЭФ Ф ЕК Т

Величина сегнетоэлектрической поляризации зависит от тем­ пературы. В интервале температур, лежащем ниже точки Кюри и не включающем другие возможные фазовые переходы, сегнето-

производят при постоянном механическом напряжении, так что при этом измеряется суммарный эффект, включающий первичный и вторичный эффекты [11].

Удобный метод измерения суммарного пироэлектрического эф­ фекта состоит в измерении заряда на конденсаторе большой ем­ кости, соединенном параллельно с образцом, при резком измене­ нии температуры образца, например путем погружения его в на­ гретую масляную баню. Однако этот метод удовлетворителен только тогда, когда постоянная времени испытуемого образца с параллельным конденсатором достаточно велика и спадом заряда за время,'необходимое для перестройки доменов и снятия термиче­ ских напряжений, можно пренебречь. Лучшие результаты можно получить, регистрируя в процессе изменения температуры пиро­ электрический ток, протекающий через образец, с помощью высо-

нечувствительного гальванометра с малым входным сопротивле­ нием. Пироэлектрический коэффициент вычисляется как отноше­ ние тока через единицу площади к величине с?0/сН. Интегрирова­ ние кривой ток — время дает температурную зависимость электри­ ческого момента (остаточной поляризации керамики).

Д . С Т А Р Е Н И Е

После некоторого возмущающего воздействия, например рез­ кого нагрева до высоких температур при нанесении электродов или процесса поляризации, параметры сегнетоэлектрической керамики изменяются со временем. При этом диэлектрическая проницае­ мость, пьезоэлектрические коэффициенты и упругая податливость уменьшаются, что приводит к увеличению частотной постоянной. Процесс старения можно описать уравнением

где у — рассматриваемый параметр; г/(1)— его значение через единицу времени (например, через 1 день) после возмущения; с — коэффициент пропорциональности, зависящий от материала и от рассматриваемого параметра. Если с не зависит от времени, то уравнение (П.21) путем интегрирования можно привести к виду

Это соотношение лежит в основе паспортизации образцов по величине «старения на декаду», причем типичные значения коэф­ фициента с', характеризующего скорость старения, леліат в пре­ делах 0,05—-1,5%, если рассматривается старение частотной по­ стоянной, и в пределах от —0,5 до —5%, если речь идет о старе­ нии коэффициента электромеханической связи и диэлектрической проницаемости. Для тангенса угла потерь значения с' еще больше по абсолютной величине и отрицательны, а для Qm значение с' тоже велико, но положительно. '

Коэффициент с из уравнения (П.21) также зависит от времени, хотя и слабо, обычно уменьшаясь по абсолютной величине, поэто­ му уравнение (П.22) является лишь приближенным. Для типич­ ных керамик титаната бария частотная постоянная возрастает на 0,54% за промежуток времени между 1-м и 10-м днем после поля­ ризации, на 0,51% — между 10-м и 100-м днем и на 0,42% — между 100-м и 1000-м днем. Поэтому, характеризуя величину с', следует указывать, для какой декады она приведена.

4.Mason TV. P. Piezoelectric Crystals and Their Application to Ultrasonics, New York, Van Nostrand, 1950; русский перевод: Мэзон У., Пьезоэлектрические кристаллы и их применение в ультраакустпке, М ., ИЛ,' 1952.

11.Cady W. G. Piezoelectricity, New York, McGraw-Hill, 1946, p. 40 and 699;

русский перевод: Кэди У. Пьезоэлектричество и его практические примене­

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

ОБЩ АЯ

1 . Ананьева А. А. Керамические приемники звука: A4., изд-во АН С С С Р , 1963.

2.Барфут Док. Введение в физику сегнетоэлектрнческих явлений.. Пер. с англ., под ред. Л . А. Шувалова, М ., изд-во «Мир», 1970.

3.Богородицкий Н. П., Волокобинский Ю. М., Воробьев А. А., Тареев Б. М.

Теория диэлектриков, М. — Л ., «Энергия», 1965.

4.Булыбенко В. Б., ред. Вариконды в электронных импульсных схемах, A4., изд-во «Сов. радио», 1971.

5.Глозман И. А. Пьезоэлектрические материалы в электронной технике, М . — Л .,

«Энергия», 1965.

6 . Глозман И. А. Пьезокерамика, М ., «Энергия», 1967.

7. Глозман И. А. Пьезокеракпка, М „ «Энергия», 1972.

8 . Грибовский П. О. Горячее литье керамических изделий, М . — Л ., Госэнерго-

нздат, 1961.

9. Гуревич В. М. Электропроводность сегнетоэлектриков, М ., изд-во Комитета стандартов, мер и измерительных приборов при Совете Министров С С С Р , 1969.

10. Жданов Г. С. Физика твердого тела, М ., изд-во М ГУ , 1961.

11.Желудев И. С. Физика кристаллических диэлектриков, М ., 1969.

12.Желудев И. С. Электрические кристаллы, М ., изд-во «Наука», 1969.

13.Желудев И. С. Основы сегиетоэлектричества, М ., «Атомиздат», 1973.

14.Казарновский Д. М. Сегнетоэлектрическпе конденсаторы, М ., «Энергоиздат», 1956.

15.Най Док. Физические свойства кристаллов. Пер. с англ, под ред. Л . А. Ш у­ валова, A4., изд-во «Мир», 1967.

16.Новосильцев Н. С., Ходаков А. Л. Специальный практикум по сегнетоэлектрикам, Ростов-иа-Доиу, изд-во РГУ, 1957.

«Наука», 1967. Составители Гридина В. П., Рассушнн В. А. Отв. ред. Кова­ ленко Г. М.

20.Серова И. А ., Случевский В. С., Стрелец П. Л. Производство керамических пьезоэлементов, Судпромгиз, 1959.

21.Смао/севская Е. Г., Фельдман Н. Б. Пьезоэлектрическая керамика, М ., изд-во

«Сов. радио», 1971.

22.Смоленский Г. А., Боков В. А., Исупов В. А., Крайний Н. Н., Пасынков Р. Е.,

Шур М. С. Сегнетоэлектрики и антисегнетоэлектрикн, изд-во «Наука», 1971.

23.Смоленский Г. А., Крайник Н. Н. Сегнетоэлектрики и антисегнетоэлектрикн,

М ., изд-во '«Наука», 1967.

24.Сонин А. С., Струков Б. А. Введение, в сегнетоэлектричество, М ., изд-во «Высшая школа», 1970.

25.Любимов А. П., Петров В. М., ред. Спецпрактикум по сегнето- и пьезоэлек­ трикам, М „ А4ИСИС, 1968.

28.Фесенко Е. Г. Семейство перовскита и сегпетоэлектрнчество, М., Атомиздат, 1972.

29.Холоденко Л . П . Термодинамическая теория сегнетоэлектриков типа титаната бария, Рига, «Зпнатие», 1971.

КГЛАВЕ з

1.Богданов С. В. — «Кристаллография», 1960, т. 5, с. 111.

3.Боков В. А. — «Акуст. ж.», 1957, т. 3, с. 104.

4.Бородин В. В., Дорошенко В. А., Крамаров О. П., Мадорский В. В. В Сб. «Пьезоэлектрические материалы и преобразователи», Ростов-на-Дону, нзд-во РГУ , 1971, с. 49.

5.Велюханова Г. А., Пасынков Р. Е., Позерн В. И. — «Физика твердого тела», 1963, т. 5, с. 50

1960, с. 281.

9.Елецкий В. М., Баг Н. Н., Сухова В. А. В сб. «Пьезоэлектрические материа­ лы и преобразователи», Ростов-на-Доиу, изд-во РГУ , 1971, с. 137.

10.Зайцева В. И., Пасынков Р. Е., Позерн В. И., Эльгард А. М . — «Изв. АН

С С С Р , сер. фнз.,— 1960, т. 14, с. 1357.

11.Кириллов В. И., Панфилов В. И., Пахомова А. А., Шамовская М. А, В сб. «Излучатели и приемники ультразвуковых колебании и методы измерения

1960, т. 8 , с. 2784.

14; Крамаров О. П., Волчинская А. Н., Экнадиосянц Е. И. В сб. «Пьезо- и сег-

нетоматериалы н их применение»'; А4ДНТП, 1969, с. 81.

15.Лимарь Т. Ф., Серова И. А., Яценко Н. Д. В сб. «Материалы III межотрас­ левого совещания по методам получения и анализа ферритовых, пьезо- и сегиетоэлеитрическнх материалов и сырья для них», ч. 1, Донецк, изд-во «ВНИИРеактнвэлектрон», 1970, с. 79.

16.Находнова А. П., Савенкова Г. Е., Климов В. В. — «Изв. АН С С С Р , неорг.

матер.», 1968, т. 2, с. 231.

17. Пасынков Р. Е., Виноградов В. В. — «Изв. АН С С С Р , сер. фнз.», 1957, т. 21,

с. 450.

18.Рой Н. А. — «Акуст. ж.», 1955, т. 1, с. 352.

19.Рой Н. А. — «Акуст. ж.», 1956, т. 2, с. 62.

20.Ройтберг Б. А. — «Физика твердого тела», 1959, т. 1, с. 1777.

26.Щуклина Л. А., Савенкова Г. Е., Воробьева А. М. — «Изв. АН С С С Р , неорг.

матер.», 1968, с. 1618.

27.Эльгард А. М. — «Физика твердого тела», 1962, т. 4, с. 1320.

28. Эльгард А. М. — «Физика твердого тела», 1964, т. 6 , с. 2502.

9. Фесенко Е. Г ., Гавриляченко В. Г., Спинко Ф. И., Мартыненко М. А., Гри­ горьева Е. А., Феронов А. Д . —- «Кристаллография», 1972, т. 17, с. 153.

КГЛАВЕ 7

1.Андреева В. И., Лимарь Т. Ф., Доменко Д. С., Кисель Н. Г. [15, с. 60]

к гл. 5.

2.Богачихин М. М., Зайонц Л. Р. В сб. «Пьезо- и сегнетоматерпалы и их при­

10.Дидковская О. С., Климов В. В., Веневцев Ю. Н. — «Изв. АН С С С Р , иеорг.

матер.», 1970, т. 6 , с. 606.

11.Дорошенко В. А., Бородин В. 3., Крамаров О. П., Мачавариани Ш. В . — «Электронная техника», сер. 14, «Материалы», 1969, т. 6 , с. 98.

12.Елецкий В. М., Ресина С. Н., Новикова Т. Ф. — «Вопросы радиоэлектрони­

ки», сер. III, «Детали и компоненты аппаратуры», 1962, в. 7, с. 75.

13. Закс М. Л., Кузьмин И. И., Пасынков Р. Е., Соловьев С. П., Сыркин Л. Н.,

Эльгард А. М. — «Электронная техника», сер. 14, «Материалы», 1969, в. 4,

с. 103.

14.Закс М. Л., Эльгард А. М. — «Акуст. ж.», 1969, т. 15, с. 48.

15.Исупов В. А. — «Физика твердого тела», 1968, т. 10, с. 1244.

16.Исупов В. А. — «Физика твердого тела», 1970, т. 12, с. 1380,

17.Исупов В. А., Столыпин Ю. Е. В сб. «Излучатели и приемники ультразву­

22.Климов В. В., Дидковская О. С., Савенкова Г. Е., Веневцев ІО. И. В сб. «Титанат бария», М ., Изд-во «Наука», 1973, с. 209.

23.Пасынков Р. Е., Сыркин Л. Н. В сб. «Титаиат бария», М ., изд-во «Наука»,

1973, с. 188.

24.Савенкова Г. Е., Дидковская О. С., Бронников А. Н., Климов В. В., Венев­ цев Ю, Я] — «Электронная техника», сер. 14, «Материалы», 1968, в. 4, с; 153.

26.Серова И. А., Буянова Е. А. В сб. «Новые пьезо- и сегиетоматериалы и их применение», М Д Н Т П , 1969, с. 69.

27.Смажевская Е. Г ., Альбац В. М. В сб. «Новые пьезоэлектрические и магнито-

36.Фельдман Н. Б. — «Вопросы радиоэлектроники», сер. Ill, «Детали и компо­ ненты аппаратуры», 1962, в. 7, с. ЮЗ.

37.Фельдман Н. Б., Тюляева Н. Г., Зивзах Р. ІИ., Кузнецова Г. А. — «Электрон­ ная техника», сер. 9, «Радиокомпоненты», 1968, в. 5, с. 96.

38.Фесенко Е. Г., Житомирский Г. А., Данцигер А. Я., Дудкевич В. П. —

«Электронная техника», сер. 14, «Материалы», 1969, в. 1, с. 109.

39.Фесенко Е. Г., Данцигер А. Я. — «Электронная техника», сер. 14, «Материа­ лы», 1970, в. 7, с. 101.

41.Чаишна Т. Н., Зайонц Л. Р. — «Электронная техника», сер. 9, «Радиоком­ поненты», 1969, в. 6 , с. 96.

42.Янсон Г. Д ., Фрейденфельд Э. Ж., Дамбекалне ІИ. Я., Максимова О. С. —

т. 31, с. 1068.

4.Веневцев Ю. Н., Жданов Г. С. В Сб. «Титанат бария», М ., изд-во «Наѵка», 1973, с. 19.

1967, т. 31, с. 1810.

18. Томашпольский ІО. Я., Веневцев Ю. И. — «Физика твеодого тела», 1964, т. 7,

с. 517.

19.Томашпольский ІО. Я., Веневцев Ю. И., Жданов Г. С. — «Кристаллография», 1964, т. 9, с. 846.

22.Фесенко Е. Г., Данцигер Л. Я., Клевцов А. И., Рогач Т. В. — «Физика твер­ дого тела», 1969, т. 11, с. 3362.

23.Филипьев В. С., Фесенко Е. Г. — «Кристаллография», 1965, т. 10, с. 626.

24.Фрейденфельд Э. Ж-, Дамбекалне М. Я., Янсон Г. Д. [15, с. 3] к гл. 5.

25.Фрейденфельд Э. Ж., Шитца Д. А. В сб. «Пьезо- и сегиетоматериалы и их

применение». М Д Н Т П , 1972, с. 19.

26. Чкалова В. В., Бондаренко В. С., Стембер И. Г., Стриокевская Ф. И., Фоки­ на Г. О. — «Изв. АН С С С Р , неорг. матер.», 1973, т. 9, с. 987.

К ГЛАВЕ 9

1 . Ананьева А. А., Угрюмова М. А. — «Акуст ж.», 1964, т. 10, с. 265.

2.Ананьева А. А., Угрюмова М. А. — «Электронная техника», сер. 14, «Мате­ риалы», в. I, с. 11.

3.Веневцев Ю. И., Федулов С. А., Шапиро 3. И., Клюев В. П. В сб. «Титанат бария», М ., изд-во «Наука», 1973, с. 118.

4. Исмаилзаде И. Г. — «Изв. АН С С С Р , неорг. матер.», 1967, т. 3, с. 1295.

5.Королев В. М., Макаревская Е. В., Чижиков С. И., Сорокин И. Г . — «Элек­ тронная техника», сер. Г4, «Материалы», 1972, в. 8 , с. 79.