Сторінка
1
ПЛАН
1. Явище п'єзоелектричного ефекту
2. П'єзоелектричні матеріали
3. П’єзокерамічні елементи
4. Застосування п’єзокерамічних елементів
Використана література
1. Явище п'єзоелектричного ефекту
П'єзоелектричний ефект був відкритий у 1880 році Джексом і П’єром Кюрі. Вони помітили, що в деяких кристалах при механічному впливі на них з'являється електрична поляризація, причому ступінь її пропорційний величині впливу. Пізніше Кюрі відкрив інверсійний п'єзоелектричний ефект — деформування матеріалів, поміщених в електричне поле. Ці явища ще називають прямим і зворотнім п’єзоелектричним ефектом.
П'єзоелектричний ефект властивий деяким природним кристалам, таким як кварц і турмалін, які протягом багатьох років використовувалися як електромеханічні перетворювачі. Кристалічні ґрати кристалів, які володіють п'єзоелектричним ефектом, не мають центру симетрії. Вплив (стискаючий чи розтягуючий), прикладений до такого кристала, призводить до поляризації після поділу позитивних і негативних зарядів, які є в кожній окремій елементарній частці. Ефект практично лінійний, тобто ступінь поляризації прямо пропорційна величині прикладеного зусилля, але напрямок поляризації залежний, тому що зусилля стискання чи розтягування генерують електричні полюси, а отже, і напругу, протилежну полярності. Відповідно, при розміщенні кристалу в електричне поле пружна деформація викликає збільшення чи зменшення його довжини відповідно до величини і напрямки полярності полів.
2. П'єзоелектричні матеріали
П'єзоелектричні матеріали умовно можна розбити на дві групи:
1. П'єзоелектричні монокристали.
Природні п'єзоелектричні матеріали мають досить високу вартість. У зв'язку з цим потреби бурхливо розвивається електроніки в даний час задовольняються синтетичними п'єзоелектричними монокристалами, які вирощуються в спеціальних установках. П'єзоелектричні властивості таких кристалів з досить високою повторюваністю можна задавати шляхом композиції вхідних у нього компонентів.
Вирощені кристали певним чином ріжуться на пластини, деякі (сегнетоелектрики) поляризуються, і з них шляхом шліфування і нанесення електродів виготовляються п'єзоелектричні елементи.
2. П'єзоелектрична кераміка (п’єзокераміка).
По фізичних властивостях це полікристалічний сегнетоелектрик, який представляє собою хімічну сполуку чи твердий розчин (порошок) зерен (кристалітів).
По хімічному складу це складний оксид, який включає іони двовалентного свинцю або барію, а також іони чотирьохвалентного титану чи цирконію. Шляхом зміни основного співвідношення вихідних матеріалів і введення добавок синтезують різні склади п’єзокераміки, які володіють визначеними електрофізичними і п'єзоелектричними характеристиками. Найбільше поширення одержала група п’єзокерамічних матеріалів типу ЦТС (цирконату-титанату свинцю).
Разом з тим використовується кераміка на основі титанату барію (ТБ) і титанату свинцю (ТС). В останні роки розробляються нові п’єзокерамічні матеріали з властивостями, що дозволяють у деяких випадках використовувати їх замість більш дорогих п'єзоелектричних кристалів.
Зокрема, розроблена і виробляється група матеріалів на основі ніобату свинцю, що вже знайшла практичне застосування завдяки можливості її використання в діапазоні частот до 30 і більш Мгц. Значні дослідження проводяться по створенню п’єзокерамічних композитних матеріалів, а також багатошарової кераміки. Закордонні виробники в залежності від п'єзоелектричних властивостей поділяють її на сегнетожорстку і сегнетом’яку. У вітчизняній практиці існує додатковий розподіл на кераміку середньої сегнетожорсткості, а також виділяються високостабільні, високотемпературні і т.п. матеріали.
Якість п’єзокераміки характеризується наступними, прийнятими за кордоном, основними параметрами:
KT33 (e33/e0) — відносна діелектрична проникність;
tg d — тангенс кута діелектричних утрат при частоті 1 кгц у слабких полях;
Tc (Tk) — температура точки Кюрі;
Kp K33 K31 K15 — коефіцієнти електромеханічного зв'язку;
d33 -d31 d15 — п'єзоелектричні модулі;
g33 g31 g15 — електричні коефіцієнти по напрузі;
YE11 YE33 — модулі Юнга;
NL NT NR — частотні постійні;
SE11 SE33 — параметр еластичності;
r — щільність;
Qm — механічна добротність.
3. П’єзокерамічні елементи
На відміну від п'єзоелектричних кристалів, п’єзокерамічні елементи виготовляються методом напівсухого пресування, шлікерного лиття, гарячого лиття під тиском, екструзії чи ізостатичного пресування з наступним випалом на повітрі при температурі 1000–1400 градусів по Цельсію. З метою зменшення пористості випал може проводитися в середовищі кисню, чи елемент виготовляється за допомогою методу гарячого лиття. За спеціальною технологією на поверхню заготівель наносяться електроди.
Після цього кераміку роблять п'єзоелектричною з будь-яким обраним напрямком поляризації шляхом приміщення її в сильне електричне поле при температурі нижче так званої точки Кюрі. Поляризація звичайно є остаточним процесом при виготовленні п’єзокерамічних елементів, хоча за ним випливає термостабілізація і контроль параметрів.
П'єзоелектрична кераміка представляє собою твердий, хімічно інертний матеріал, зовсім нечуттєвий до вологості й інших атмосферних впливів. По механічних якостях вона подібна керамічним ізоляторам.
Завантажити реферат