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.
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».
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.
Качество пьезокерамики характеризуется следующими основными параметрами:
KT33 (εT33/ε0) — 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.
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 |
d33, пКл/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)