Пьезоэлектрические материалы, кристаллические вещества с хорошо выраженными пьезоэлектрическими свойствами (см. Пьезоэлектричество), применяемые для изготовления электромеханических преобразователей: пьезоэлектрических резонаторов, пьезоэлектрических датчиков, излучателей и приёмников звука и др. Основными характеристиками П. м. являются: 1) коэффициент электромеханической связи , где d — пьезомодуль, Е —модуль упругости, e — диэлектрическая проницаемость (в анизотропных П. м. все эти и нижеследующие величины — тензорные); 2) величина k2Itgd, определяющая кпд(коэффициент полезного действия) преобразователя (d — угол диэлектрических потерь); 3) отношение механической мощности пьезоэлемента на резонансной частоте к квадрату напряжённости электрического поля в нём; определяется величиной (dE)2; 4) и определяют чувствительность приёмника звука соответственно в области резонанса и на низких частотах (сзв — скорость звука в П. м.). В табл. приведены характеристики некоторых наиболее распространённых П. м. К П. м. в зависимости от назначения предъявляются специальные требования: высокая механическая и электрическая прочности, слабая температурная зависимость характеристик, высокая добротность, влагостойкость и т.д.
Основные характеристики наиболее распространенных пьезоэлектрических материалов при температуре 16—20 °С
Плот- ность, r кг/м3
Ско- рость звука, Сзв, 103м/сек
Диэлект- рическая проницаемость, e
Пьезо- модуль, d, 1012 к/н
Тангенс угла диэлект- рических потерь, tg d×102
Коэф- фициент электро- механи- ческой связи k
k2/tgd
Примеча- ние
Кварц
2,6
5,47(11)
4,5(11)
2,31(11)
< 0,5
0,095
>0,4
срез x
Дегидрофосфат аммония (АДР)
1,8
5,27(33)
21,8
24(36)/2
< 1
0,3
>8
срез 45°
Сульфат лития
2,05
4,7(33)
10,3(22)
18,3(22)
< 1
0,37
>10
относите- льно оси z
Сегнетова соль
1,77
3,9(22)
250(11)
172(14)/2
> 5
0,67
<13
срез у
Сульфонодид сурьмы
5,2
1,5(33)
1000(33)
5—10
0,8(33)
9
срез 45° относите- льно оси x; вещество при T > 55 °С распада- ется
Пьезокерамика
Титанат бария (ТБ—1)
5,3
1500
2—3
данные фирмы Кливайт (США)
Титанат бария кальция ТБК—3)
5,4
1180
1,3; 4,0
Группа цирконата — титаната свинца ЦТС—23
7, 4
1100
0,75—2,0
ЦТБС—3
7,2
2300
1,2—2,0
ЦТСНВ—1
7,3
2200
1,9—9,5
PZT—5H
7,5
3400
2,0—3,0
PZT—8
7,6
1000
0,4—0,7
Примечание. Цифры в скобках у монокристаллов определяют индексы соответствующих тензорных характеристик, например: (36)/2 означает d36. Для пьезокерамики верхние значения постоянных имеют индексы (11) или (31), а нижние (33), величины d31 < 0, d33 >0. Значения tgd для кристаллов даны для поля < 0,05 кв/см; для пьезокерамики tgd даётся в интервале 0,05 кв/см £ E < 2 кв/см. Данные для отечественной пьезокерамики даны на основании ГОСТ(государственный общесоюзный стандарт) 18 927—68.
П. м. могут быть разбиты на: монокристаллы, встречающиеся в виде природных минералов или искусственно выращиваемые (кварц, дигидрофосфаты калия и аммония, сегнетова соль, ниобат лития, силикоселенит и германоселенит и др.), и поликристаллические сегнетоэлектрические твёрдые растворы, подвергнутые после синтеза поляризации в электрическом поле (пьезокерамика). Из П. м. первой группы применяются лишь некоторые кристаллы, например кварц, обладающий большой температурной стабильностью свойств, механической прочностью, малыми диэлектрическими потерями и влагостойкостью. Недостатки — сравнительно слабый пьезоэффект, малые размеры кристаллов, трудность обработки. Используется главным образом в пьезоэлектрических фильтрах и стабилизаторах частоты (см. Кварцевый генератор); в лабораторной технике применяются кварцевые излучатели и приёмники ультразвука. Дигидрофосфат аммония — искусственно выращиваемый сегнетоэлектрический кристалл, химически стоек, до точки плавления (Тпл = 130 °С) обладает сравнительно сильно выраженным пьезоэффектом и малой плотностью, однако недостаточно механически прочен. Кристаллы сегнетовой соли (выращиваемые до больших размеров) имеют высокие значения характеристик, определяющих чувствительность приёмника звука. Малая влагостойкость, низкая механическая прочность, а также сильная зависимость свойств от температуры (из-за низких значений температуры Кюри и Тпл = 55 °С) и напряжённости электрического поля ограничивают применение сегнетовой соли. Ниобат лития, силикоселенит и германоселенит наряду с сильно выраженным пьезоэффектом и высокой механической прочностью обладают высокой акустической добротностью и используются в области гиперзвуковых частот (см. Гиперзвук). Турмалин, гидрофосфат калия, сульфат лития и др. практически не используются. Наиболее распространённым промышленным П. м. является пьезоэлектрическая керамика.
Лит.: Физическая акустика, под ред. У. Мэзона, пер.(перевод) с англ.(английский), т. 1, ч. А, М., 1966; Матаушек И., Ультразвуковая техника, пер.(перевод) с нем.(немецкий), М., 1962; Ультразвуковые преобразователи, пер.(перевод) с англ.(английский), под ред. Е. Кикучи, М., 1972.
