Деканат: +7(863)243-48-11, Приёмная НКТБ "Пьезоприбор":+7(863)243-48-44
Институт высоких технологий и пьезотехники ЮФУ
НКТБ "Пьезоприбор" ЮФУ

Пьезокерамические материалы НКТБ "Пьезоприбор"


История отрасли 


Со времени открытия сегнетоэлектричества можно выделить три этапа развития исследований в этой области. На первом этапе проводились исследования физики пьезоэлектрического и сегнетоэлектрического эффектов. В результате были сформулированы основные направления использования сегнетоэлектриков. На втором этапе произошло бурное развитие исследований, как новых представителей этого класса материалов, так и возможностей их промышленного освоения. В конце второго этапа были отобраны наиболее эффективные пьезоматериалы из числа сегнетокерамик, каждый из которых обладает преимуществами перед остальными в конкретной области применения. На третьем этапе произошло насыщение, то есть результативность поиска новых пьезокерамических составов снизилась, хотя ряд частных проблем остался не решенным. На этом этапе дальнейшее развитие пьезотехники связывают с применением новых технологий, что позволяет не столько повысить эффективность материалов, сколько увеличить воспроизводимость свойств в партиях изделий, надежность работы преобразователей и т.д.

пьезокерамические материалы, ПКП-12, GRG-12, пьезокерамика, НКТБ Пьезоприбор, ЦТС-19, сегнетоэлектричество

В 2015 году НКТБ «Пьезоприбор» ЮФУ отметил своё 40-летие. За эти годы организация прошла все этапы развития отрасли пьезоэлектрического приборостроения в стране. Сегодня в нашем арсенале огромный спектр разработанных и внедренных в производство различных видов высококачественной, высокотехнологичной продукции, в том числе, не имеющей аналогов в России.В настоящее время НКТБ «Пьезоприбор» обладает большими возможностями в области создания, исследования и производства пьезокерамических материалов. Широкий спектр аналитического, лабораторного, промышленного оборудования, позволяет изготавливать как стандартизированную пьезокерамику, так и материалы с заданными характеристиками. 

Нами была разработана линейка пьезокерамических материалов с уникальными характеристиками. Серия получила название ПКП, что является рекурсивным акронимом словосочетания «ПКП: Керамика Пьезоприбора». 

пьезокерамические материалы, ПКП-12, GRG-12, пьезокерамика, НКТБ Пьезоприбор, ЦТС-19, сегнетоэлектричество, пьезоэлемент, генератор


Общие понятия сегнето-пьезокерамики


Сегнетоэлектричество – физическое явление, наблюдающееся в полярных диэлектриках в определенных интервалах температуры и давления. Это явление характеризуется обратимостью (переключением вектора спонтанной поляризации под действием внешнего электрического поля, а в ряде случаев – и под действием внешнего механического поля.

Физический эффект, связывающий механическое воздействие (механическое напряжение или деформация) и электрический отклик диэлектрического кристалла (электрическое поле, электрическое смещение или поляризация), получил название пьезоэлектрический эффект, впоследствии – прямой пьезоэлектрический эффект. В дальнейшем экспериментальными методами был обнаружен и исследован обратный пьезоэлектрический эффект, сопровождающийся механическими деформациями (напряжениями) при приложении к образцу внешнего электрического поля

Сегнетопьезокерамические материалы (СПК) условно делят на сегнетомягкие и сегнетожесткие. Промежуточную стадию занимают материалы средней жёсткости. Сегнетомягкие СПК характеризуются относительно низкой коэрцитивной силой Ес, высокими значениями диэлектрической проницаемости, пьезомодулей и коэффициентов электромеханической связи. Кроме того, сегнетомягким СПК свойственны повышенные диэлектрические потери и пониженная механическая добротность. Сегнетожесткие СПК характеризуются противоположными сочетаниями свойств по отношению к сегнетомягким составам. Как правило, температура Кюри сегнетожестких СПК ТС > 300 °C.  Как показывает практика, сегнетожесткие СПК труднее наполяризовать или деполяризовать. Хотя сегнетожесткие СПК более стабильны по отношению к внешним воздействиям, в этих СПК не наблюдаются значительные пьезоэлектрические деформации под действием внешнего электрического поля. 

пьезокерамические материалы, ПКП-12, GRG-12, пьезокерамика, НКТБ Пьезоприбор, ЦТС-19, сегнетоэлектричество, пьезоэлемент, генератор

Качество пьезокерамики характеризуется следующими основными параметрами:  

KT33T330) — относительная диэлектрическая проницаемость; 

tg δ— тангенс угла диэлектрических потерь;

Tc (Tk) — температура точки Кюри;

Kp K33 K31 K15 — коэффициенты электромеханической связи;

d33 -d31 d15 — пьезоэлектрические модули;

g33 g31 g15 — электрические коэффициенты по напряжению;

YE11 YE33 — модули Юнга;

NL NT NR — частотные постоянные;

SE11 SE33 — параметр эластичности;

ρ — плотность;

Qm — механическая добротность.

Поляризованное состояние керамики является неравновесным и метастабильным. Время релаксации t у современных сегнетокерамических материалов составляет несколько десятков лет. Эффект изменения параметров пьезокерамического материала со временем известен как старение. В общем случае в керамике со временем могут происходить как необратимые, так и обратимые изменения. Необратимые процессы, которые можно либо полностью исключить, либо свести к минимуму, включают в себя химические и структурные изменения диэлектрика со временем. Обратимое или электрическое старение является специфическим свойством сегнетоэлектриков, оно-то в основном и определяет временные изменения параметров пьезокерамики. 

пьезокерамика ПКП ЦТС


Линейка пьезокерамических материалов НКТБ "Пьезоприбор"

(в том числе и материалы из ОСТ 1-0444-87 "Материалы пьезокерамические"

Материал

ε/ε0

tgδ, не более

Кр не менее

Qm

|d31|, пКл/Н

d33пКл/Н

Тк, °С

g33·10-6 В·м/Н

Материалы сегнетомягкие

ЦТС-19

1620-1980

0,010

0,50

50-120

150-200

310-460

290

169-206

ЦТС-21

429-600

0,018

0,27

100-200

30-60

75-120

400

155-177

ПКП-11

2700-3000

0,025

0,55

60-80

220-250

600-650

180

192-197

ПКП-11М

3500-3700

0,025

0,055

50-80

260-280

700-735

170

175-180

ЦТС-НВ-1

1840-2450

0,020

0,52

70-120

165-260

400-540

240

192-195

ПКП-12

3500-4500

0,030

0,55

60-100

270-330

700-800

180

157-177

Материалы средней жёсткости

ЦТБС-3

2300

0,012

0,45

350

135-200

360-400

180

139-154

Сегнетожесткие материалы

ПКП-31

900-1100

0,003

0,58

2000

130-180

200-220

325

177-197

ПКП-33

1100-1600

0,003

0,60

450-1000

130-200

300-420

280

232-241

ПКП-35

1150-1350

0,005

0,59

750-850

130-150

280-330

290

227-240

Бессвинцовые материалы

ТБ-1

1300-1900

0,020

0,20

100

45-70

100-150

110

68-70

ТБК-3

1000-1400

0,020

0,20

300

43-75

80-160

95

71-101

Материалы с высокой чувствительностью по напряжению

ЦТС-36

650-800

0,020

0,58

60-80

90-150

290-380

350

395-420

ПКП-13

1100-1300

0,025

0,50

50-100

150-200

350-450

290

282-306

Высокотемпературные и высокостабильные материалы

ТВ-3

120-160

0,02

-

-

-

14-18

650

-

НТВ-2

120-160

0,0065

-

-

-

24-28

660

-

ТНВ-2

130-170

0,008

-

-

-

12-14

950

-

ЦТС-83*

1600-1800

0,025

0,50

50-70

110-130

350-370

320

182-194

ЦТС-83Г*

1300±100

0,025

0,50

50-70

100-120

300-320

360

202-221

* - рабочий температурный диапазон – до 300 °С

Композиционные материалы

Название

tgδ, не более


gv, мВ*м/Па


dv, фКл/Н

Тк °С

Композиционный материал со смешанным типом связности 3-0 и 3-3

200-1000

0,025

20-200

100-600

300

Композиционный материал КМБ-1

450-550

0,050

50-80

350-400

50


Скачать каталоги пьезокерамических материалов НКТБ "Пьезоприбор" ЮФУ:

Piezoceramic materials and elements full (EN)  

Piezoceramic materials short (EN)

Пьезокерамические материалы и элементы справочный каталог (RU) 

Пьезокерамические материалы (сокр.) (RU)