Пьезоэлектрические материалы и их свойства

Для изготовления пьезоэлектрических преобразователей используются неполярные и полярные пьезоматериалы.

Неполярные пьезоэлектрики характеризуются малыми значениями диэлектрической проницаемости и пьезоэлектрических модулей. Для них компоненты e_ij составляют порядка 1-20, . Материалы этой группы имеют малые диэлектрические и механические потери, наблюдается слабая зависимость пьезосвойств от температуры. По электрическим свойствам неполярные пьезоэлектрики делят на пьезодиэлектрики и пьезополупроводники. Из пьезодиэлектриков этой группы наиболее широко известен a-кварц. Типичными представителями группы пьезополупроводников являются сульфид и селенид кадмия, окись цинка.

Полярные пьезоэлектрики отличаются от других пьезоматериалов наличием собственной электрической поляризации, существующей при отсутствии внешней механической деформации и внешнего электрического поля. Они в свою очередь подразделяются на линейные (пироэлектрики) и нелинейные (сегнетоэлектрики). Наиболее существенные отличия сегнетоэлектриков от пироэлектриков состоят в том, что они имеют доменную структуру, характеризуются высокими значениями спонтанной поляризации, диэлектрической проницаемости и пьезомодулей, тогда как свойства пироэлектриков мало отличаются от свойств неполярных пьезоэлектриков. Основные представители пироэлектриков – турмалин, сульфат лития, оксид бериллия.

Наибольшее распространение в современных УЗ-преобразователях нашли сегнетоэлектрические материалы, из которых изготавливаются керамические пластины различных размеров и форм. Практическую ценность представляет керамика на основе твердых растворов титаната бария-калия (ТБК-3) и цирконата-титаната свинца (ЦТС-19). Для придания пьезосвойств керамика подвергается электрической поляризации, для чего ее медленно нагревают во внешнем электрическом поле высокой напряженности до температуры выше точки Кюри, а затем медленно охлаждают. Основные характеристики некоторых пьезоматериалов даны в табл.1.1 и 1.2.

Таблица 1.1