Учебное пособие - НИИ Физики

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего образования «Южный федеральный университет»
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ФИЗИКИ
(НИИ физики ЮФУ)
344090, г. Ростов-на-Дону, пр-т Стачки 194
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНОГО ОТКЛОНЕНИЯ РЕЗОНАНСНОЙ
ЧАСТОТЫ И ПЬЕЗОПАРАМЕТРОВ В ИНТЕРВАЛЕ РАБОЧИХ ТЕМПЕРАТУР
Учебное пособие
для студентов, бакалавров, специалистов, магистров физического факультета,
Института высоких технологий и пьезотехники ЮФУ, аспирантов НИИ физики
ЮФУ по специальности 01 07 00 – физика
Ростов-на-Дону
2014 г.
Учебное
пособие
разработано
научным
сотрудником
отдела
интеллектуальных материалов и нанотехнологий НИИ физики ЮФУ Дудкиной
С.И. при выполнении темы № 213.01-11/2014-21 «Структура, фазообразование
и макроотклики в функциональных
нецентросимметричных материалах на
основе многокомпонентных нетоксичных сред с высокой степенью поглощения
электромагнитных
волн
СВЧ
диапазона,
характеризующихся
особыми
электрическими, магнитными и сегнетоэластическими свойствами (моно-,
поликристаллы, низко- и наноразмерные гетеросистемы, фононная керамика,
композиты)»(Базовая государственного задания).
Научный руководитель - Резниченко Л.А., д. ф.-м. н., проф.
Рекомендовано Ученым Советом НИИ Физики ЮФУ в качестве учебного
пособия для студентов, бакалавров, специалистов, магистров, обучающихся по
специальности 01 07 00 «физика». Протокол № 151 от 29.10.2014 г.
2
СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
Введение
4
1. К вопросу об истории развития и исследования
пьезосегнетоэлектриков
5
2. Определение относительного отклонения резонансной
частоты и пьезопараметров радиальной моды колебаний
пьезоэлемента в интервале рабочих температур
9
2.1 Определение относительного отклонения резонансной
частоты
9
2.2 Определение относительного отклонения пьезопараметров
12
3. Определение относительного отклонения резонансной частоты
и пьезопараметров толщинной или сдвиговой мод колебаний
пьезоэлемента в интервале рабочих температур
18
3.1 Определение относительного отклонения резонансных частот
19
3.2 Определение относительного отклонения пьезопараметров
22
4. Техника безопасности
27
Приложения
28
Вопросы для самоподготовки
36
3
ВВЕДЕНИЕ
Настоящее учебное пособие предназначено для студентов старших курсов,
бакалавров, специалистов,
магистров физического
факультета,
Института
высоких технологий и пьезотехники ЮФУ, аспирантов НИИ физики ЮФУ по
специальности 01 07 00 – физика. Учебное пособие может быть использовано для
выполнения
студентами
научно-исследовательских
и
курсовых
работ,
бакалаврами и специалистами – дипломных работ, магистрами и аспирантами –
диссертационных
диэлектрических
работ,
и
связанных
с
пьезоэлектрических
исследованием
свойств
зависимостей
твердых
растворов
многокомпонентных систем на основе цирконата-титаната свинца, ниобатов
щелочных и щелочноземельных металлов и др. от температуры.
Учебное
пособие
в
настоящее
время
апробировано
в
отделе
интеллектуальных материалов и нанотехнологий НИИ физики ЮФУ студентами,
аспирантами первого и второго года обучения, стажерами-исследователями,
проходящими стажировку в отделе. Пособие может быть полезно также для
студентов и аспирантов, специализирующихся в области физики твердого тела,
фундаментального материаловедения, пьезоэлектрического приборостроения,
занимающихся изготовлением и исследованием свойств сегнетоэлектрических
материалов.
В
учебном
пособии
излагаются
представления
о
пьезоэффекте
и
сегнетоэлектричестве, результаты исследований в этой области физики твердого
тела, приводятся также области применений сегнетоматериалов. Подробно описан
технологический процесс измерения основных параметров, характеризующих
сегнетоматериалы в интервале температур, и приведены расчетные формулы
коэффициентов. Дан перечень оборудования, используемого в измерительных
стендах, и описаны рекомендации по безопасным методам работы на
электрооборудовании.
4
1. К ВОПРОСУ ОБ ИСТОРИИ РАЗВИТИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ
ПЬЕЗОСЕГНЕТОЭЛЕКТРИКОВ
Пьезоэлектрическим
кристаллических
эффектом
материалов
называется
генерировать
способность
некоторых
электрический
заряд,
пропорциональный механическому напряжению. Этот эффект был обнаружен
Пьером и Жаком Кюри в 1880 г. Вскоре
было установлено, что подобные
материалы должны также обладать и обратным пьезоэлектрическим эффектом,
то есть деформироваться пропорционально приложенному электрическому
напряжению. Наиболее полный и содержательный обзор раннего периода
изучения
пьезоэлектрических
кристаллов
можно
найти
в
классических
монографиях Кэди и Мэзона [1,2] и более поздних работах [3,4].
Электрическое поле и поляризация описываются векторами, механическое
напряжение и деформация описываются тензорами, не являющимися векторными
величинами.
Таким
образом,
для
осуществления
пьезоэлектрического
взаимодействия необходимо, чтобы хотя бы одно направление в среде было
полярным. Симметрия ряда кристаллографических классов допускает наличие у
принадлежащих к ним кристаллов полярных направлений, у кристаллов же
других классов и у изотропных тел такие направления в принципе отсутствуют.
Поэтому пьезоэлектричество долгое время составляло лишь один из разделов
физики монокристаллов. Полярность, необходимую для придания материалу
пьезоэлектрических свойств, можно придать на более или менее длительное
время и первоначально изотропной среде, если приложить к ней в течение
некоторого времени сильное электрическое поле. Этот процесс называют
поляризацией.
Создание
имеющих
практическое
обработки поликристаллических
значение
материалов тесно
пьезоэлектриков
связано
путем
с проблемой
сегнетоэлектричества. Это явление впервые было обнаружено Валашеком [5] на
монокристаллах сегнетовой соли, хотя в них пьезоэлектрический эффект
достаточно
велик
независимо
от
их
5
сегнетоэлектрических
свойств.
Сегнетоэлектрические свойства связаны с наличием у кристалла спонтанного
электрического момента, ориентация которого может быть изменена внешним
электрическим полем, принимая при этом два или более фиксированных
кристаллографических направлений.
До 1940 г. были известны лишь два типа сегнетоэлектриков – сегнетова
соль и родственные ей тартраты и дигидрофосфат калия и его изоморфы.
Открытие сегнетоэлектрических свойств у керамического титаната бария
независимо авторами разных стран (Вулом и Гольдманом [6] в СССР, Уэйнером
[7] в США, Огавой [8] в Японии) дало толчок развитию исследований в области
сегнетоэлектричества
и
практического
использования
керамических
сегнетоэлектриков. Первыми промышленными изделиями из титаната бария были
пьезоэлектрические звукосниматели, появившиеся примерно в 1947 г. За этим
последовало быстрое расширение областей применения титаната бария. Вскоре
обнаружилось, что для улучшения температурной стабильности параметров
преобразователя или увеличения выходного сигнала необходимо использовать
модифицирующие добавки при изготовлении сегнетокерамики.
В 1952 г. Гудманом [9] был открыт пьезоэлектрик совершенно иной
структуры – ниобат свинца, за которым последовало открытие ряда твердых
растворов на его основе.
Обнаружение чрезвычайно сильного и стабильного пьезоэлектрического
эффекта в твердых растворах системы цирконата-титаната свинца (ЦТС) имело
очень большое практическое значение [10]. Это объясняется их высокими
пьезоэлектрическими коэффициентами, широким изоморфизмом, наличием в
этой
системе
области
структурного
фазового
перехода
[11,12],
сопровождающегося экстремумами электрофизических параметров. На основе
системы ЦТС в 60-х годах получены пьезокерамические материалы различного
назначения; некоторые из них не утратили своей эффективности и до настоящего
времени. Среди них лучшими считаются материалы типа PZT фирмы "Vernitron"
США [13]. Переход в конце 60-х – начале 70-х годов от системы ЦТС к
6
трехкомпонентным системам на ее основе, осуществленный впервые японскими
исследователями, позволил повысить параметры сегнетоэлектрических твердых
растворов и улучшить их спекаемость [14]. Последующее модифицирование
системы
PbTiO3–PbZrO3–PbNb2/3Mg1/3O3
различными
оксидами
привело
к
существенному улучшению их характеристик и созданию промышленных
материалов типа PCM фирмы "Matsushita Electric", Япония [15].
Качественный
скачок
в
создании
высокоэффективных
сегнето-
пьезоматериалов относится к началу 70-х годов, когда в НИИ физики РГУ под
руководством
профессора
Фесенко
Е.Г.
были
начаты
исследования
многокомпонентных систем сложных оксидов со структурой типа перовскита на
основе
ЦТС (4-х и 5-ти компонентных; позже исследование таких систем
проводилось и в Японии), на основе ниобатов щелочных металлов, твердых
растворов других структурных типов [16-18]. Разработаны методы получения и
исследования указанных твердых растворов, изучены зависимости между
электрофизическими, кристаллохимическими и структурными параметрами.
Следует отметить, что с ростом числа компонентов расширяются области
составов с оптимальными для различных применений сочетаниями свойств.
Исследования твердых растворов на основе титаната свинца, ниобатов щелочных
и щелочноземельных металлов, метаниобата свинца, соединений со структурой
тетрагональной калий-вольфрамовой бронзы, висмутсодержащих соединений со
слоистой структурой также позволили получить сегнетопьезоматериалы с
уникальными свойствами [19-21].
В
результате
проведенных
исследований
были
получены
новые
высокоэффективные пьезокерамические материалы типа ПКР (пьезокерамика
ростовская) различного назначения с разнообразными сочетаниями параметров:
- для устройств, работающих в силовых режимах (пьезоэлектрических
трансформаторов и двигателей, ультразвуковых излучателей с высокой
удельной акустической мощностью, генераторов высокого напряжения для
систем зажигания);
7
- низкочастотных преобразователей, работающих в режиме приема
(микрофонов, гидрофонов, звукоснимателей);
- высокочувствительных акселерометров, дефектоскопов, приборов
медицинской диагностики;
- фильтровых устройств;
- высокочастотных акустоэлектрических преобразователей;
- пироприемников;
- высокотемпературных датчиков давлений, ускорений;
- исполнительных устройств робототехники;
- систем микроперемещений;
- преобразователей для юстировки зеркал в системах оптической связи;
- высокотемпературных преобразователей, используемых в атомной
энергетике, космической технике и др.
- устройств на поверхностных акустических волнах.
Пьезоэлектрические преобразователи, которые используются для указанных
целей, помимо оптимальных сочетаний параметров должны иметь высокую
устойчивость их к внешним воздействиям (например, изменению температуры
внешней среды, действию высокого электрического поля). Наиболее часто в
качестве
дополнительной
характеристики
для
фильтровых
устройств
используются относительные изменения резонансной частоты преобразователя в
рабочем интервале температур, для преобразователей, работающих в силовых
режимах,
высокотемпературных
преобразователей
и
др.–
относительные
изменения пьезокоэффициентов и коэффициентов электромеханической связи
[13,17,21]. Рабочий интервал температур для конкретного сегнетоматериала
обычно определяется его химическим составом (температурой точки Кюри, Тк) и
задается на ~(50 ÷ 100) оС ниже Тк [21].
8
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНОГО ОТКЛОНЕНИЯ РЕЗОНАНСНОЙ
ЧАСТОТЫ И ПЬЕЗОПАРАМЕТРОВ РАДИАЛЬНОЙ МОДЫ КОЛЕБАНИЙ
ПЬЕЗОЭЛЕМЕНТА В ИНТЕРВАЛЕ РАБОЧИХ ТЕМПЕРАТУР
Определение относительного отклонения резонансной частоты fr и
пьезопараметров Кр и d31 радиальной моды колебаний пьезоэлемента в заданном
интервале рабочих температур от их значений, измеренных при температуре
(252) С, проводят на поляризованных стандартных образцах в форме диска
диаметром ~10 мм и толщиной ~1 мм в соответствии с описанием
технологического процесса, обеспечивающего детальное пошаговое изучение
изменений параметров при вариации температуры. Резонансные fr, (fr1) и
антирезонансную fа частоты измеряют амплитудным методом. Величины fr, (fr1) и
fа определяют как частоты, соответствующие максимальному и минимальному
значению модуля злектрического тока, протекающего через пьезоэлемент на
заданном обертоне радиальной моды колебаний.
2.1 Определение относительного отклонения резонансной частоты
Определение относительного отклонения резонансной частоты проводят из
измерения частоты первого (основного) обертона fr1 в интервале рабочих
температур на стенде, структурная схема которого приведена на рисунке 1, и
последующего вычисления по формуле. Общий вид стенда показан на
фотографии в Приложении А.
2.1.1 Подготовка к работе.
2.1.1.1 Осмотреть в начале работы приборы и убедиться:
- в надежности заземления корпусов приборов,
- в надежности соединения приборов между собой,
- в отсутствии механических повреждений корпусов, переключателей,
2.1.1.2 Подвергнуть контролю образцы и подготовить их к работе:
9
- образцы, имеющие механические повреждения, отбраковать,
- протереть поверхности образцов марлевым тампоном, смоченным в
спирте,
- просушить образцы на воздухе в течение 10-15 минут.
2.1.1.3 Закрепить образцы в индивидуальных держателях тепловой камеры.
Закрыть камеру.
2.1.1.4 Включить приборы. Подготовить их к работе в соответствии с
инструкциями по эксплуатации.
2.1.2 Технологический процесс.
2.1.2.1. Охладить термокамеру до температуры минус 60 С.
2.1.2.2 Провести измерение резонансной частоты fr при температуре минус
60 С после выдержки образцов, достаточной для стабилизации частоты при
данной температуре, следующим образом:
2.1.2.3 Установить переключатель П1 в положение, при котором Rн=1 Ом.
Плавно меняя частоту генератора (1), добиться максимального отклонения
стрелки лампового милливольтметра (5). Максимальному значению выходного
напряжения
Uвых
соответствует
резонансная
частота
образца,
которая
контролируется электронным частотомером (3). Записать показания электронного
частотомера в сопроводительный лист.
2.1.2.4 Поднимать температуру в термокамере от минус 60 до плюс 85 С
через каждые 10 С. При каждой температуре измерять резонансную частоту
пьезоэлемента после выдержки, достаточной для стабилизации частоты при
данной температуре.
Погрешность измерения частоты fr при добротности 50 должна быть не
более ±0.25 %.
10
Рисунок 1 – Структурная схема стенда для измерения резонансной частоты
радиальной моды колебаний пьезоэлемента в интервале рабочих температур
1 – генератор сигналов Г4-102А
2 – измеряемый образец (резонансное сопротивление Rr)
3 – частотомер Ч3-64
4, 5 – ламповый милливольтметр В3-38
6 – пассивный четырёхполюсник (R1 = (1.0–20.0)Rвых.ген., R2=(0.2– 5.0)Rн;
Rн = (0.05 – 3.0) Rr)
7 – держатель образца в термокамере
8 – термокамера КТХ – 0.01- 60/125
2.1.2.5 Определить относительное отклонение резонансной частоты (ООЧ)
f/fr по формулам:
δf θ1
fr

|
fr
max

fr
fr |
 100 % ,
11
δf θ2
fr

|
fr
min

fr |
fr
 100 % ,
где fr – частота ПКЭ, измеренная при температуре (252) С;
f r , f r  максимальное и минимальное значение частоты пьезоэлемента в
max
min
заданном интервале температур.
За величину ООЧ принимают бόльшее из полученных значений.
2.1.2.6 После окончания работы отключить приборы от сети.
2.1.2.7 Заполнить сопроводительный лист и передать образцы на
следующую операцию.
2.2 Определение относительного отклонения пьезопараметров
Определение
относительного отклонения планарного коэффициента
электромеханической связи Кр и пьезомодуля d31 в интервале рабочих температур
от их значений, измеренных при температуре (25±2) оС, проводят из измерения
статической емкости С, резонансных частот первого (основного) обертона fr1,
третьего обертона fr3 и антирезонансной частоты fa радиальной моды колебаний
пьезоэлемента и последующего вычисления по формулам. Статическая емкость и
резонансные частоты измеряют на стенде, структурная схема которого приведена
на рисунке 2. Общий вид стенда показан на фотографии в Приложении А.
2.2.1 Подготовка к работе.
2.2.1.1 Осмотреть в начале работы приборы и убедиться:
- в надежности заземления корпусов приборов,
- в надежности соединения приборов в соответствии со структурной
схемой, приведенной на рисунке 2.
- в отсутствии механических повреждений корпусов, переключателей.
12
Рисунок 2 – Структурная-схема установки для измерения статической емкости и
резонансных и антирезонансной частот радиальной моды колебаний
пьезоэлемента в интервале рабочих температур
1 – генератор сигналов Г4-102 А
2 – измеряемый образец (резонансное сопротивление Rr)
3 – частотомер Ч3-64
4, 5 – милливольтметр ламповый В3-38
6 – пассивный четырехполюсник (R1 = (1.0 – 20.0)Rвых.ген., R2 = (0.2 – 5.0)Rн;
Rн = (0.05 – 3.0) Rr при измерении характеристик образца на резонансной
частоте; Rн = (1 – 100)Rr при измерении антирезонансной частоты
7 – держатель образца в термокамере
8 – термокамера КТХ-0.01-60/125
9 – мост емкостей ЦЕ 5002
П1 – переключатель сопротивлений нагрузки
2.2.1.2 Подвергнуть контролю образцы и подготовить их к работе:
13
- образцы, имеющие механические повреждения, отбраковать,
- протереть поверхности образцов марлевым тампоном, смоченным в
спирте,
- просушить образцы на воздухе в течение 10-15 минут.
2.2.1.3 Измерить с помощью микрометра размеры испытуемых образцов.
2.2.1.4 Закрепить образцы в индивидуальных держателях тепловой камеры.
Закрыть камеру.
2.2.1.5 Включить приборы. Подготовить их к работе в соответствии с
инструкциями по эксплуатации.
2.2.2 Технологический процесс.
2.2.2.1 Охладить термокамеру до температуры минус 60 С.
2.2.2.2 Поставить переключатель П2 на четырехполюснике в положение 1.
2.2.2.3 Измерить частоты
первого (основного) обертона
fr1, третьего
обертона fr3 и антирезонансную частоту fа при температуре минус 60 С
после выдержки образцов, достаточной для стабилизации частот при
данной температуре, следующим образом:
2.2.2.4
Подать
с
генератора
стандартных
сигналов
(1)
на
вход
четырехполюсника сигнал такой величины, чтобы на пьезокерамическом образце
в момент резонанса напряжение не превышало 220 мВ. Это напряжение Uвх
контролируется ламповым милливольтметром (4) в течение всего времени
измерения.
Примечание. При значении механической добротности ПКМ Qм < 200
устанавливают напряженность электрического поля в образце Е = (20020)
мВ/мм, при Qм = 200-1000 устанавливают напряженность электрического поля
Е=(10020) мВ/мм, при Qм > 1000 установленная напряженность поля Е должна
быть не более 50 мВ/мм.
2.2.2.5 Установить переключатель П1 в положение, при котором Rн = 1 Ом.
14
2.2.2.6 Плавно меняя частоту генератора (1), добиться максимального
отклонения стрелки лампового милливольтметра (5). Максимальному значению
выходного напряжения Uвых соответствует резонансная частота образца, которая
контролируется электронным частотомером (3).
Погрешность измерения частоты fr1 при добротности 50 должны быть не
более  0,25 %.
Записать
2.2.2.7
показания
электронного
частотомера
(3),
милливольтметров (4) (Uвх) и (5) (Uвых), соответствующих резонансной частоте fr1
образца, а также величину сопротивления Rн.
2.2.2.8 Плавно увеличивая частоту генератора, добиться минимального
отклонения стрелки милливольтметра (5). Установить переключатель П1 в
положение 2, при котором Rн = 1 кОм, и, плавно меняя частоту генератора,
добиться
минимального
отклонения
стрелки
милливольтметра
(5).
Минимальному значению выходного напряжения соответствует антирезонансная
частота fa, которая контролируется электронным частотомером (3).
Погрешность измерения частоты fa при добротности 50 должна быть не
более  0,5 %.
2.2.2.9 Записать в журнал показание электронного частотомера (3),
соответствующее антирезонансной частоте fa образца.
2.2.2.10 Установить переключатель П1 в положение 1, при котором Rн=1 Ом.
Плавно меняя частоту генератора, добиться максимального отклонения стрелки
милливольтметра (5), соответствующего третьему обертону радиальной моды
колебаний образца.
Примечание. Частота третьего обертона радиальной моды колебаний
образца fr3 выше резонансной частоты первого (основного) обертона fr1
приблизительно в 2,6 раза.
2.2.2.11 Записать показание электронного частотомера (3), соответствующее
третьему обертону (fr3) радиальной моды колебаний образца.
15
2.2.2.12 Поставить переключатель П2 на четырехполюснике в положние 2.
2.2.2.13 Измерить емкость пьезоэлемента в соответствии с инструкцией по
эксплуатации прибора и сделать запись показаний прибора в сопроводительный
лист.
Погрешность измерения статической емкости не более  0,5 %.
2.2.2.14 Поднимать температуру в термокамере от минус 60 до плюс 85 С
через каждые 10 С. При каждой температуре измерять частоты и статическую
емкость пьезоэлемента после выдержки, достаточной для стабилизации частоты и
емкости при данной температуре в соответствии с подпунктами 2.2.2.2-2.2.2.13.
2.2.3 При каждой температуре рассчитать параметры Кр, εТ33 и d31 по
следующим формулам [22]:
2.2.3.1 Рассчитать коэффициент электромеханической связи (Кр) по
формуле:
1
а
  b,
2
Кр δr
где r – относительный резонансный промежуток первого (основного)
обертона радиальной моды колебаний, определяемый по формуле:
δr 
f a  f r1
,
f r1
где fr1, fa – соответственно, резонансная и антирезонансная частоты, Гц;
а, b – коэффициенты, определяемые в зависимости от значения
коэффициента  в соответствии с таблицей 1, приведенной в Приложении Б
[22, с.54].
2.2.3.2 Коэффициент  вычисляют по формуле: β 
f r3
,
f r1
где fr1 – резонансная частота первого (основного) обертона, Гц;
fr3 – резонансная частота третьего обертона, Гц.
16
Рассчитать
2.2.3.3
относительную
Т
материала по формуле: ε 33
/ε 0 
0,144  h  С
D2
диэлектрическую
проницаемость
,
где С – статическая емкость образца, пФ;
h – толщина образца, м;
D – диаметр электрода, м;
0=8.8510-12 Ф/м – диэлектрическая проницаемость вакуума.
2.2.3.4 Рассчитать пьезомодуль в динамическом режиме (d31, Кл/Н) по
формуле: d 31 
ε 33Т  δ r
,
ρ ε 0 1  1,45  δ r
1,91  10 6
fr  D 
где  – плотность, кг/м3;
fr – резонансная частота первого (основного) обертона, Гц;
r – относительный резонансный промежуток;
D – диаметр, м;
Т33/0 – относительная диэлектрическая проницаемость.
2.2.3.5 Рассчитать относительные отклонения Кр и d31 (А/А) по формулам:
δАθ1
А

|
δАθ2
А

|
А
max
 А|
А
А
min
 А|
А
 100 % ,
 100 % ,
где А – значение параметра (Кр или d31) при температуре (252) С;
А , А  максимальное и минимальное значение параметра (Кр или d31) в
max
min
заданном интервале температур.
За величину относительного отклонения параметра (Кр или d31)
от его
значения при температуре (252) С принимают бόльшее из полученных
значений.
17
Примечание. Если для практического использования сегнетоматериала
необходимо
знать величину относительного отклонения диэлектрической
проницаемости в интервале рабочих температур, то она также может быть
рассчитана по формулам в соответствии с подпунктом 2.2.3.5.
2.2.3.6 После окончания работы отключить приборы от сети.
2.2.3.7 Заполнить сопроводительный лист и передать образцы на
следующую операцию.
Для экспресс-оценки изменений параметров в интервале температур
измерения частот резонанса, fr, и антирезонанса, fа, и пьезоэлектрических
параметров Kp и d31 радиальной моды колебаний ТР проводят методом резонансаантирезонанса на поляризованных образцах в автоматическом режиме с помощью
прецизионного LCR-метра Agilent 4980A.
3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНОГО ОТКЛОНЕНИЯ РЕЗОНАНСНОЙ
ЧАСТОТЫ И ПЬЕЗОПАРАМЕТРОВ ТОЛЩИННОЙ ИЛИ СДВИГОВОЙ МОД
КОЛЕБАНИЙ ПЬЕЗОЭЛЕМЕНТА В ИНТЕРВАЛЕ РАБОЧИХ ТЕМПЕРАТУР
Определение относительного отклонения резонансной частоты толщинной
(frt) или сдвиговой (frс) мод колебаний пьезоэлементов и пьезопараметров Кt,
К15, d15 в интервале рабочих температур от их значений, измеренных при
температуре (252) С, проводят на поляризованных образцах в форме диска
диаметром 20 мм и толщиной 1 мм или пластины 6×6×0.4 мм в соответствии с
описанием технологического процесса. Резонансные и антирезонансные частоты
толщиной или сдвиговой мод колебаний измеряют амплитудным методом,
определяя величины fr и fа как частоты, соответствующие максимальному и
минимальному значению электрического тока, протекающего через пьезоэлемент
на
заданном
обертоне
определенной
моды
колебаний.
Коэффициенты
электромеханической связи толщиной и сдвиговой мод колебаний можно
определить также из отношения частот последовательных резонансов гармоник
(обертонов) к основной резонансной частоте (основному обертону) [23-25].
18
3.1 Определение относительного отклонения резонансной частоты
Определение относительного отклонения резонансной частоты толщинной
(frt) или сдвиговой (frс) мод колебаний пьезоэлементов в заданном интервале
рабочих температур от частоты, измеренной при температуре 252 С проводят
из измерения частоты frt или frс на стенде, структурная схема которого приведена
на рисунке 3. Общий вид стенда показан на фотографии в Приложении А.
3.1.1 Подготовка к работе.
3.1.1.1 Осмотреть в начале работы приборы и убедиться:
- в надежности заземления корпусов приборов,
- в наличии заземляющего контура и надежности его заземления,
- в отсутствии механических повреждений корпусов, переключателей,
- в правильности и надежности соединений приборов по указанной схеме.
Примечание. При обнаружении неисправностей сообщить о них руководителю
подразделения.
3.1.1.2 Подвергнуть контролю образцы и подготовить их к работе:
- образцы, имеющие механические повреждения, отбраковать,
- протереть поверхности образцов марлевым тампоном, смоченным в
спирте,
- просушить образцы на воздухе в течение 10-15 минут.
3.1.1.3 Закрепить образцы в индивидуальных держателях тепловой камеры.
Закрыть камеру.
3.1.1.4 Включить приборы. Подготовить их к работе в соответствии с
инструкциями по эксплуатации.
3.1.2 Технологический процесс.
3.1.2.1 Охладить термокамеру до температуры минус 60 С.
3.1.2.2 Измерить резонансную частоту frt или frс при температуре минус
60 С после выдержки образцов, достаточной для стабилизации частоты при
данной температуре в следующем порядке:
19
3.1.2.3 Установить переключатель четырехполюсника П1 в положение, при
котором сопротивление нагрузки Rн = 1 Ом.
3.1.2.4 Подать на вход четырехполюсника сигнал такой величины, чтобы на
экране
индикатора
(1)
можно
было
наблюдать
амплитудно-частотную
характеристику образца.
Рисунок 3 – Структурная схема установки для измерения
резонансной частоты толщинной или сдвиговой мод колебаний в
интервале рабочих температур
1 – прибор
для
исследования
амплитудно-частотной
характеристики XI-48
2 – частотомер электронно-счетный вычислительный Ч3-64
3 – широкополосный усилитель У3-33
4 – держатель образца в термокамере
5 – образец (резонансное сопротивление Rr)
6 – пассивный четырехполюсник (R1 = (1,0-20,0) Rвых.ген.;
R2=(0,2-5,0) Rн; Rн = (0,053,0) Rr
7 – термокамера КТХ-0.01-60/125
20
3.1.2.5 Измерить резонансную частоту frt или frс в соответствии с
инструкцией
по
эксплуатации
прибора
и
записать
ее
значение
в
сопроводительный лист.
Примечания:
1. Частота frt или frс контролируется электронным частотомером (2).
2. Частота frt моды колебаний растяжения–сжатия по толщине определяется
на образцах в форме диска диаметром 20 мм и толщиной 1 мм или на пластинах
6×6×0.4 мм со специальными электродами [22]. Частота frс сдвиговой моды
колебаний по толщине определяется на пластинах 6×6×0.4 мм [22]; ось
поляризация направлена вдоль стороны квадрата, измерительное поле – по
толщине пластины.
3.1.2.6 Поднимать температуру в термокамере от минус 60 до плюс 85 С
через каждые 10 С. При каждой температуре измерять резонансную частоту
пьезоэлемента после выдержки, достаточной для стабилизации частоты при
данной температуре.
Погрешность измерения частоты frt или frс должна быть не более  0,5 %.
3.1.2.7 Рассчитать относительное отклонение резонансной частоты (ООЧ)
f/fr по формулам:
δf θ1
fr

|
δf θ2
fr

|
fr
max

fr |
fr
fr
min

fr
fr |
 100 % ,
 100 % ,
где fr – резонансная частота толщинной или сдвиговой мод колебаний
пьезоэлемента, измеренная при температуре (252) С;
f r , f r  максимальное и минимальное значение частоты в заданном
max
min
интервале температур.
За величину ООЧ принимают бόльшее из полученных значений.
21
3.1.2.8 После окончания работы отключить приборы от сети.
3.1.2.9 Заполнить сопроводительный лист и передать образцы на
следующую операцию.
3.2 Определение относительного отклонения пьезопараметров
Определение
относительного
отклонения
коэффициентов
электромеханической связи и пьезомодулей толщинной (Кt) или сдвиговой (К15,
d15) мод колебаний пьезоэлементов в интервале рабочих температур от их
значений, измеренных при температуре (25±2)
о
С, проводят из измерения
статической емкости С и резонансной fr и антирезонансной fa частот первого
(основного) обертона колебаний растяжения-сжатия по толщине или сдвига по
толщине пьезоэлемента и последующего вычисления по формулам. Измерение
статической емкости и резонансных частот проводят на стенде, структурная схема
которого приведена на рисунке 4. Общий вид стенда показан на фотографии в
Приложении А.
3.2.1 Подготовка к работе.
3.2.1.1 Осмотреть в начале работы приборы и убедиться:
- в надежности заземления корпусов приборов,
- в наличии заземляющего контура и надежности его заземления,
- в отсутствии механических повреждений корпусов, переключателей,
- в правильности и надежности соединений приборов по схеме в
соответствии с рисунком 4.
Примечание.
При
обнаружении
неисправностей
сообщить
о
них
руководителю подразделения.
3.2.1.2 Подвергнуть контролю образцы и подготовить их к работе:
- образцы, имеющие механические повреждения, отбраковать,
- протереть поверхности образцов марлевым тампоном, смоченным в
спирте,
- просушить образцы на воздухе в течение 10-15 минут.
22
Рисунок 4 – Структурная схема стенда для измерения
статической емкости, резонансной и антирезонансной частот
толщинной или сдвиговой мод колебаний пьезоэлемента в
интервале рабочих температур
1 – прибор для исследования амплитудно-частотной
характеристики XI-48
2 – частотомер электронно-счетный вычислительный Ч3-64
3 – широкополосный усилитель У3-33
4 – держатель образца в термокамере
5 – образец (резонансное сопротивление Rr)
6 – пассивный четырехполюсник (R1 = (1,0-20,0) Rвых.ген.; R2 =
(0,2-5,0) Rн; Rн = (0,053,0) Rr при измерении характеристик
образца на резонансной частоте; Rн = (1-100) Rr при
измерении антирезонансной частоты)
7 – термокамера КТХ-0.01-60/125
8 – мост емкостей ЦЕ 5002
П1 – переключатель сопротивлений нагрузки Rн
3.2.1.3 Измерить с помощью микрометра размеры испытуемых образцов.
23
3.2.1.4 Закрепить образцы в индивидуальных держателях тепловой камеры.
Закрыть камеру.
3.2.1.5 Включить приборы. Подготовить их к работе в соответствии с
инструкциями по эксплуатации.
3.2.2 Технологический процесс.
3.2.2.1 Охладить термокамеру до температуры минус 60 С.
3.2.2.2 Поставить переключатель П2 на четырехполюснике в положение 1.
3.2.2.3 Провести измерение резонансной ( frt или frc) и антирезонансной (fаt
или fас)
частот при температуре
минус 60 С после выдержки образцов,
достаточной для стабилизации частот при данной температуре в следующем
порядке:
3.2.2.4 Установить переключатель четырехполюсника П1 в положение, при
котором сопротивление нагрузки Rн = 1 Ом.
3.2.2.5 Подать на вход четырехполюсника сигнал такой величины, чтобы на
экране
индикатора
(1)
можно
было
наблюдать
амплитудно-частотную
характеристику образца.
3.2.2.6 Измерить резонансную частоту (frt или frc) и антирезонансную
частоту (fаt или fас) в соответствии с инструкцией по эксплуатации прибора и
записать их значения в сопроводительный лист.
Примечания:
1. Частоты (frt или
frc) и (fаt или
fас) контролируются электронным
частотомером (2).
2. Частоты frt и fаt моды колебаний растяжения–сжатия по толщине
определяются на образцах в форме диска диаметром ~20 мм и толщиной ~1 мм
или на пластинах 6×6×0.4 мм со специальными электродами [22]. Частоты frс и fас
сдвиговой моды колебаний по толщине определяются на пластинах 6×6×0.4 мм
[22]: ось поляризация направлена вдоль стороны квадрата, измерительное поле –
по толщине пластины.
24
3.2.2.7 Поставить переключатель П2 на четырехполюснике в положние 2.
3.2.2.8 Измерить статическую емкость пьезоэлемента в соответствии с
инструкцией по эксплуатации прибора и сделать запись показаний прибора в
сопроводительный лист.
3.2.2.9 Поднимать температуру в термокамере от минус 60 до плюс 85 С
через каждые 10 С. При каждой температуре измерять частоты и статическую
емкость
пьезоэлемента
после
выдержки,
достаточной
для
стабилизации
параметров при данной температуре в соответствии с подпунктами 3.2.2.2-3.2.2.8.
Погрешность измерения частот и статической емкости должна быть не
более 0.5 %.
3.2.3
При каждой температуре рассчитать параметры Кt, К15, εТ11 и d15 по
следующим формулам:
3.2.3.1 Рассчитать коэффициент электромеханической связи (Кt или К15 ) по
формуле:
1

К св2
а  b,
δr
где r – относительный резонансный промежуток первого (основного)
обертона толщиной или сдвиговой моды колебаний:
δr

fa  fr
,
fr
где fr, fa – соответственно, резонансная и антирезонансная частоты, Гц;
а=0.405, b=0.81.
Примечание. Коэффициенты электромеханической связи Кt или К15 могут
быть определены по резонансной частоте растяжения-сжатия по толщине или
сдвига по толщине и их обертонов [23, 24]. Зависимости соотношения частот от
коэффициента электромеханической связи приведены в таблице 2 Приложения В.
3.2.3.2 Величину относительной диэлектрической проницаемости εТ11
рассчитать по формуле:
Т
ε11
/ε 0 
0,1129  С  h
Sэ
,
25
где h – расстояние между электродами, м;
Sэ – площадь поверхности электрода, м2;
С – статическая электрическая емкость образца, пФ.
3.2.3.3 Рассчитать пьезомодуль в динамическом режиме (d15, Кл/Н) по
формуле:
d15 
ε11T  δ r
,
ρ ε 0 1  1,53  δ r
2,34  10 6
fr h
где  – плотность, кг/м3;
fr – резонансная частота первого (основного) обертона сдвиговой моды
колебаний, Гц;
r – относительный резонансный промежуток;
h – расстояние между электродами, м;
Т11/0 – относительная диэлектрическая проницаемость.
3.2.3.4 Рассчитать относительные отклонения Кt, К15 и d15 (А/А), % по
формулам:
δАθ1
А

|
δАθ2
А

|
А
max
 А|
А
А
min
 А|
А
 100 % ,
 100 % ,
где А – значение параметра (Кt, 0К15, d15) при температуре (252) С;
А , А  максимальное и минимальное значение параметра (Кt, К15, d15 )
max
min
пьеэоэлемента в заданном интервале температур.
За величину относительного отклонения параметра (Кt, К15, d15) от его
значения при температуре (252) С принимают бόльшее из полученных
значений.
3.2.3.5 После окончания работы отключить приборы от сети.
3.2.3.6 Заполнить сопроводительный лист и передать образцы на
следующую операцию.
26
4. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
4.1 В целях обеспечения безопасности при проведении измерений
характеристик
сегнетоматериалов,
для
предупреждения
поражения
электрическим током необходимо предусмотреть:
- защиту изоляции наружной электропроводки оборудования от
механических, химических и термических повреждений;
- ограждение доступных для прикосновения неизолированных частей
оборудования, находящихся под напряжением;
- надежное заземление оборудования.
4.2 К управлению установками и приборами допускаются сотрудники,
имеющие I квалификационную группу по технике безопасности, прошедшие
инструктаж на рабочем месте по безопасным методам работы.
4.3 Перед началом работы необходимо проверить надежность заземления
приборов и соединений.
4.4. Изучить инструкции по эксплуатации приборов и точно выполнять
указания по порядку работы на приборе.
4.5. Сотрудникам, управляющим
установкой, разрешено выполнять
следующие операции:
- включение и отключение оборудования и манипуляции органами
управления на наружных панелях приборов;
- подсоединение и отсоединение соединительных кабелей;
- определение параметров испытуемых образцовв по показаниям приборов;
- перемещение образцов, связанное с их испытанием.
4.6. Запрещается ремонт блоков, находящихся во включенном состоянии.
4.7. При обнаружении неисправностей приборов отключить их от сети и
сообщить руководителю подразделения.
4.8. По окончании работы отключить приборы от сети.
27
ПРИЛОЖЕНИЕ А
Общий вид стенда для определения относительного отклонения резонансной
частоты и пьезопараметров в интервале рабочих температур
28
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
Таблица 1 Коэффициенты, используемые для определения параметров
сегнетопьезокерамических материалов
ПКЭ "диск"
р
ар
bр


Fg
0.14
0,408
0.596
2.757
1.944
1.250
0.15
0,407
0.595
2.748
1.950
1.256
0.16
0,406
0.594
0.270
1.957
1.262
0.17
0,405
0.592
2.731
1.964
1.269
0.18
0,404
0.591
2.723
1.971
1.276
0.19
0.404
0.589
2.712
1.980
1.281
0.20
0.403
0.588
2.704
1.986
1.289
0.21
0.402
0.586
2.697
1.992
1.296
0.22
0.402
0.585
2.690
1.997
1.304
0.23
0.401
0.583
2.682
2.005
1.312
0.24
0.400
0.582
2.675
2.011
1.319
0.25
0.399
0.581
2.667
2.018
1.327
0.26
0.398
0.579
2.660
2.024
1.334
0.27
0.398
0.578
2.652
2.030
1.342
0.28
0.397
0.576
2.645
2.036
1.350
0.29
0.397
0.575
2.638
2.043
1.359
0.30
0.396
0.574
2.63
2.049
1.367
0.31
0.395
0.572
2.624
2.055
1.376
0.32
0.394
0.571
2.617
2.061
1.385
0.33
0.393
0.569
2.610
2.067
1.394
0.34
0.393
0.568
2.604
2.074
1.404
0.35
0.392
0.567
2.596
2.080
1.414
0.36
0.391
0.565
2.590
2.086
1.423
29
Продолжение таблицы 1
0.37
0.390
0.564
2.583
2.092
1.434
0.38
0.390
0.562
2.578
2.097
1.443
0.39
0.389
0.561
2.571
2.103
1.455
0.40
0.388
0.560
2.564
2.110
1.466
0.41
0.387
0.559
2.558
2.115
1.476
0.42
0.387
0.558
2.552
2.121
1.488
0.43
0.386
0.556
2.546
2.127
1.500
0.44
0.385
0.555
2.540
2.132
1.511
0.45
0.384
0.554
2.534
2.138
1.524
0.46
0.384
0.552
2.528
2.144
1.537
0.47
0.383
0.551
2.523
2.149
1.550
0.48
0.382
0.550
2.517
2.155
1.564
0.49
0.381
0.548
2.511
2.160
1.578
30
ПРИЛОЖЕНИЕ В
Таблица 2 Зависимость соотношения частот от коэффициента
электромеханической связи
K
f3/f1
f5/f1
f7/f1
K
f3/f1
f5/f1
f7/f1
0.00
3.0000
5.0000
7.0000
0.22
3.0545
5.0980
7.1400
0.01
3.0001
5.0001
7.0002
0.23
3.0598
5.1076
7.1536
0.02
3.0004
5.0007
7.0011
0.24
3.0654
5.1176
7.1680
0.03
3.0009
5.0017
7.0025
0.25
3.0713
5.1282
7.1830
0.04
3.0017
5.0031
7.0044
0.26
3.0775
5.1393
7.1989
0.05
3.0027
5.0048
7.0069
0.27
3.0840
5.1509
7.2154
0.06
3.0039
5.0070
7.0100
0.28
3.0908
5.1631
7.2328
0.07
3.0053
5.0095
7.0136
0.29
3.0979
5.1758
7.2510
0.08
3.0069
5.0125
7.0178
0.30
3.1053
5.1891
7.2700
0.09
3.0088
5.0158
7.0226
0.31
3.1131
5.2031
7.2899
0.10
3.0109
5.0196
7.0280
0.32
3.1212
5.2176
7.3107
0.11
3.0132
5.0237
7.0339
0.33
3.1297
5.2328
7.3323
0.12
3.0157
5.0283
7.0404
0.34
3.1386
5.2487
7.3549
0.13
3.0185
5.0333
7.0476
0.35
3.1478
5.2652
7.3785
0.14
3.0215
5.0387
7.0553
0.36
3.1575
5.2824
7.4031
0.15
3.0247
5.0446
7.0637
0.37
3.1675
5.3004
7.4287
0.16
3.0282
5.0508
7.0726
0.38
3.1780
5.3191
7.4554
0.17
3.0320
5.0575
7.0822
0.39
3.1889
5.3386
7.4831
0.18
3.0360
5.0647
7.0925
040
3.2003
5.3589
7.5121
0.19
3.0402
5.0723
7.1033
0.41
3.2122
5.3800
7.5422
0.20
3.0447
5.0804
7.1149
0.42
3.2245
5.4020
7.5735
0.21
3.0495
5.0890
7.1271
0.43
3.2374
5.4249
7.6062
31
Продолжение таблицы 2
0.44
3.2508
5.4488
7.6402
0.69
3.8725
6.5470
9.2011
0.45
3.2647
5.4736
7.6755
0.70
3.9169
6.6251
9.3118
0.46
3.2792
5.4995
7.7124
0.71
3.9641
6.7077
9.4292
0.47
3.2944
5.5264
7.7507
0.72
4.0141
6.7955
9.5536
0.48
3.3102
5.5545
7.7907
0.73
4.0674
6.8887
9.6858
0.49
3.3266
5.5837
7.8323
0.74
4.1240
6.9879
9.8265
0.50
3.3438
5.6142
7.8756
0.75
4.1846
7.0938
9.9766
0.51
3.3617
5.6459
7.9208
0.76
4.2493
7.2069
10.1370
0.52
3.3803
5.6790
7.9679
0.77
4.3187
7.3282
10.3089
0.53
3.3998
5.7136
8.0171
0.78
4.3934
7.4585
10.4935
0.54
3.4201
5.7496
8.0683
0.79
4.4739
7.5990
10.6925
0.55
3.4414
5.7872
8.1218
0.80
4.5609
7.7507
10.9075
0.56
3.4636
5.8265
8.1777
0.81
4.6554
7.9154
11.1407
0.57
3.4868
5.8675
8.2360
0.82
4.7584
8.0947
11.3946
0.58
3.5110
5.9104
8.2970
0.83
4.8711
8.2908
11.6722
0.59
3.5364
5.9553
8.3608
0.84
4.9951
8.5062
11.9772
0.60
3.5630
6.0023
8.4276
0.85
5.1321
8.7443
12.3141
0.61
3.5909
6.0516
8.4976
0.86
5.2846
9.0090
12.6887
0.62
3.6202
6.1032
8.5709
0.87
5.4554
9.3054
13.1080
0.63
3.6509
6.1573
8.6479
0.88
5.6484
9.6400
13.5813
0.64
3.6832
6.2142
8.7287
0.89
5.8685
10.0214
14.1207
0.65
3.7172
6.2740
8.8136
0.90
6.1225
10.4611
14.7425
0.66
3.7529
6.3369
8.9029
0.91
6.4194
10.9750
15.4690
0.67
3.7906
6.4032
8.9970
0.92
6.7727
11.5857
16.3323
0.68
3.8304
6.4731
9.0963
0.93
7.2017
12.3270
17.3799
32
ПРИЛОЖЕНИЕ Г
Список литературы
1 Кэди, У. Пьезоэлектричество и его практические применения [Текст]:
монография, пер. с англ. / У. Кеди. - М.: ИЛ, 1949. – 720 с.
2
Мэзон, У. Пьезоэлектрические кристаллы
и их применение в
ультраакустике [Текст]: монография, пер. с англ. / У. Мэзон.-М.: ИЛ, 1952.– 447 с.
3 Физическая акустика [Текст]: монография, пер. с англ. / Под ред. У.
Мэзона. - М.: Мир, 1966. - Т.1. -Ч.А. - 592 с.
4 Яффе, Б. Пьезоэлектрическая керамика [Текст]: монография, пер.с англ. /
Б. Яффе, У. Кук, Г. Яффе. - М.: Мир, 1974. - 288 с.
5 Valasek, J. [Tekst] / J. Valasek // Phys. Rev. - 1921. - V. 17. - P. 422-423.
6 Вул, Б.М., Гольдман, И.М. [Текст] / Б.М. Вул, И.М. Гольдман // ДАН
СССР. - 1945. - Т. 46. - С. 154-157. // Изв. АН СССР. - 1945. - Т. 46. - С. 139-142.
7 Wainer, E. [Tekst] / E. Wainer // Trans. Electrochem. Soc. - 1946. - V. 89. - P.
331-356.
8 Miyake, S. Ueda, R. [Tekst] / S. Miyake, Ueda R. // J. Phys. Soc. Japan. - 1946.
- V. 1. - P. 32-33.
9 Goodman, G. [Tekst] / G. Goodman // Am. Ceram. Soc. Bull. - 1952. - V. 31. P. 113.
10 Jaffe, B., Roth, R.S., Marzullo, S. [Tekst] / B. Jaffe, R.S. Roth, S. Marzullo //
J.Appl. Phys. - 1954. - V. 25. - P. 809-810.
11 Shirane, G., Suzuki, K. [Tekst] / G. Shirane, K. Suzuki // J. Phys. Soc. Japan. 1952. - V.7. - P. 333.
12 Sawaguchi, E. [Tekst] / E. Sawaguchi // J. Phys. Soc. Japan. - 1953. - V.8. –
P. 615-629.
13 Жаффе, Г. Пьезоэлектрические материалы для преобразователей [Текст]
/ Г. Жаффе, Д.А. Берлинкур // Труды Института инженеров по электротехнике и
радиоэлектронике - 1965. - № 10. - С. 1552-1567.
33
14 Ouchi, H., Nagano, K., Hayakawa, S. [Tekst] / H. Ouchi, K. Nagano, S.
Hayakawa // J. Am. Ceram. Soc. - 1965. - V. 48. - P. 630-635.
15 Electronic components catalog 1974-75. / Matsushita Electric. Co. LTD.
Kadoma. Osaka. Japan. – 1975. - P. 624.
16 Фесенко, Е.Г. Семейство перовскита и сегнетоэлектричество [Текст]:
монография / Е.Г. Фесенко. – М.: Атомиздат, 1972. – 248 с.
17 Фесенко, Е.Г. Новые пьезокерамические материалы [Текст]: монография
/ Е.Г. Фесенко, А.Я. Данцигер, О.Н. Разумовская. - Ростов-на-Дону: Изд-во
Ростовского госуниверситета, 1983. - 156 с.
18
Высокоэффективные пьезокерамические материалы.
Оптимизация
поиска [Текст]: монография / А.Я. Данцигер [и др.] – Ростов-на-Дону: Изд-во
"Пайк", 1995. - 92 с.
19 Высокоэффективные пьезокерамические материалы [Текст]: справочник
/ А.Я. Данцигер [и др.] – Ростов-на-Дону: Изд-во АО "Книга", 1994. – 30 с.
20 Сахненко, В.П. Энергетическая кристаллохимия твердых растворов
соединений
кислородно-октаэдрического
типа
и
моделирование
пьезокерамических материалов [Текст]: монография / В.П. Сахненко, Н.В.
Дергунова, Л.А. Резниченко – Ростов-на-Дону: Изд-во РГПУ, 1999. – 322 с.
21 Многокомпонентные системы сегнетоэлектрических сложных оксидов:
физика, кристаллохимия, технология. Аспекты дизайна пьезоэлектрических
материалов [Текст]: монография / А.Я. Данцигер [и др.]. – Ростов-на-Дону: Изд-во
Ростовского госуниверситета, 2001-2002. Т. 1, 2. – 800 с.
22 Материалы пьезокерамические. Технические условия [Текст]: ОСТ 11
0444-87. - Введ. 1988-01-01. - 141 с.: ил.
23
Руководство
по
динамическим
методам
измерения
параметров
резонаторов из пьезоэлектрической керамики с высоким коэффициентом
электромеханической связи [Текст]: Стандарт МЭК. Публикация 483. 1-е изд.
Советский комитет по участию в МЭК. – 1978-01-01. – 39 с.: ил.
34
24 Onoe, M., Tiersten, H.F. and Meitzler, A.H. Shift in the Lokation of Resonant
Frequencies Caused by Large Electromechanical Coupling in Thickness-Mode
Resonators [Tekst] / M. Onoe, H.F. Tiersten, and A.H, Meitzler // J. Acoust. Soc. Amer.
– 1963. – V. 35. – P. 36-42.
25 Onoe, M. and Tiersten, H.F. Resonant Frequencies of Finite Piezoelectric
Ceramic Vibrators with High Electromechanical Coupling [Tekst] / M. Onoe and H.F.
Tiersten // Trans. IEEE. – 1963. – V. 10 – P. 32-39.
35
Вопросы для самоподготовки
1 Какое свойство кристаллов или пьезокерамик называют пьезоэффектом?
2 Какие признаки характеризуют сегнетоэлектрические свойства
кристаллов?
3 Когда, кем и у каких кристаллов были обнаружены
сегнетоэлектрические свойства?
4 Когда впервые был получен керамический титанат бария?
5 Какие промышленные пьезокерамические материалы Вы знаете?
6 Какие структурные типы твердых растворов многокомпонентных систем
были исследованы для получения новых высокоэффективных
сегнетопьезоматериалов?
7 Какие области применения пьезокерамик Вы знаете?
8 Какие свойства сегнетоматериала определяют интервал температур, в
котором его можно использовать без значительного уменьшения значений
пьезоэлектрических коэффициентов?
9 Какие методы измерения пьезокоэффициентов Вы знаете?
10 На каких пьезоэлемнтах измеряют резонансные частоты толщиной или
сдвиговой моды колебаний?
11 Как подготовить образцы к измерениям?
12 Как подготовить измерительный стенд к работе?
36