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