ВВЕДЕНИЕ

Развитие науки и техники сопровождается появлением новых продуктов керамического производства. Широкое распространение получили электроизоляционная керамика, радиокерамика, металлокерамика, ферритован керамика, сегнетокерамика. К числу новых видов относится пьезокерамика.

Пьезокерамкка не принадлежит к классическим видам керамики, так как в ее состав не входит глинистое вещество. Пьезокерамические материалы синтезируются m окислов металлов Однако применение характерного для керамической технологии приема — обжига при высокой температуре — оправдывает отнесение пьезокерамических материалов к семейству керамики Пьезо (от греческого «пиезо» — давить) указывает на то, что этому виду керамики присуще особое свойство — пьезоэлектрический эффект.

В работах советских ученых были установлены свойства сегнетоэлектриков и получен первый пьезокерамический материал. И. В. Курчатов указал на особые свойства специального класса пьезоэлектриков—сегнетоэлектриков [Л 113]. А. В. Шубников в 1940 г. высказал предположение о существовании пьезоэлектрических текстур, которое было подтверждено уже в 1941 г. Свойства первого сегнетокерамического материала — титаната бария открыты и детально изучены в работах Б. М. Вула [Л. 38—40]. Соединения титана и бария, как близкие по составу к титанату бария, так и сильно отличающиеся от него, изучены Г. И. Сканави [Л. 156]. В ряде работ со­ветских и зарубежных авторов разработана теория сегнетоэлектрических явлений, изучен ход основных закономерностей и явлений, протекающих в сегнетокерамике [Л. 47, 55, 58, 87, 88, 107, 164, 165, 168, 174, 185 и др.].

Сегнетокерамика является поликристаллическим телом с хаотически распределенными полярными осями отдельных кристалликов. При воздействии сильного постоянного поля она приобретает пьезоэлектрические свойства, сегнетокерамика, таким образом, становится пьезокерамикой.

При исследовании поляризованной керамики А. В. Ржанов [Л. 142—144] установил, что на гранях образца титаната. бария при приложении к нему внешних механических усилий возникают поверхностные электрические заряды (прямой пьезоэффект), а под воздействием внешнего электрического поля появляется деформация образца (обратный пьезоэффект). Температура, при которой наблюдается максимум диэлектрической проницаемости (точка Кюри), является предельной для использования пьезокерамики, так как затем ее структура и основные свойства изменяются. Рабочая температура для преобразователей из пьезокерамики, как правило, несколько ниже точки Кюри, а во многих случаях намного отдалена от нее.

Наличие фазовых переходов при положительных и отрицательных температурах, близких к 0° С, и низкая верхняя граница рабочих температур при плохой температурной стабильности ограничивали применение пьезокерамики из титаната бария. Введение модифицирующих добавок кальция, а затем кальция и свинца позволило улучшить свойства керамики — сдвинуть фазовые переходы в область более низких и более высоких температур и несколько расширить интервал рабочих температур, но при этом ухудшаются пьезоэлектрические свойства при неудовлетворительной стабильности частоты. Особенно тяжелые условия, в которых должны работать преобразователи при больших механических напряжениях и в сильных электрических полях, предопределили использование пьезокерамики из титаната бария, модифицирован­ной кальцием и кобальтом. Этот материал сложно изготовить, он обладает не очень высокими пьезоэлектрическими свойствами, но относительно более устойчив при работе в указанных условиях.

Г. А. Смоленский с сотрудниками синтезировал пьезокерамические материалы на основе твердых растворов ниобата бария-свинца. Широкое распространение получила пьезокерамика ЦТС, получаемая из материалов на основе твердых растворов цирконата-титаната свинца.

Введение модифицирующих добавок позволило синтезировать целую гамму пьезокерамических материалов системы ЦТС с хорошими свойствами. Пьезокерамические материалы промышленных марок уже гостированы.

Пьезоэлектрическая керамика характеризуется высокими значеддялшдьезо модулей и диэлектрической проницаемости, большой механической прочностью, стойкостью к воздействию влаги и атмосферных факторов и т. д. Из пьезокерамики изготавливают элементы различных форм и размеров, простых и сложных конструкций. Такие элементы применяются в приборах и устройствах, используемых во многих областях науки и техники.

Назад, на страницу описания