Введение

Развитие науки и техники сопровождается появлением новых продуктов керамического производства. Широкое распространение получили электроизоляционная керамика, радиокерамика, металлокерамика, ферритован керамика, сегнетокерамика. К числу новых видов относится пьезокерамика.

Пьезокерамкка не принадлежит к классическим видам керамики, так как в ее состав не входит глинистое вещество. Пьезокерамические материалы синтезируются m окислов металлов Однако применение характерного для керамической технологии приема – обжига при высокой температуре – оправдывает отнесение пьезокерамических материалов к семейству керамики Пьезо (от греческого пиезо – давить) указывает на то, что этому виду керамики присуще особое свойство – пьезоэлектрический эффект.

В работах советских ученых были установлены свойства сегнетоэлектриков и получен первый пьезокерамический материал. И. В. Курчатов указал на особые свойства специального класса пьезоэлектриков – сегнетоэлектриков. А.В. Шубников в 1940 г. высказал предположение о существовании пьезоэлектрических текстур, которое было подтверждено уже в 1941 г. Свойства первого сегнетокерамического материала – титаната бария открыты и детально изучены в работах Б.М. Вула. Соединения титана и бария, как близкие по составу к титанату бария, так и сильно отличающиеся от него, изучены Г. И. Сканави. В ряде работ советских и зарубежных авторов разработана теория сегнетоэлектрических явлений, изучен ход основных закономерностей и явлений, протекающих в сегнетокерамике.

Сегнетокерамика является поликристаллическим телом с хаотически распределенными полярными осями отдельных кристалликов. При воздействии сильного постоянного поля она приобретает пьезоэлектрические свойства, сегнетокерамика, таким образом, становится пьезокерамикой.

При исследовании поляризованной керамики А.В. Ржанов установил, что на гранях образца титаната. бария при приложении к нему внешних механических усилий возникают поверхностные электрические заряды (прямой пьезоэффект), а под воздействием внешнего электрического поля появляется деформация образца (обратный пьезоэффект). Температура, при которой наблюдается максимум диэлектрической проницаемости (точка Кюри), является предельной для использования пьезокерамики, так как затем ее структура и основные свойства изменяются. Рабочая температура для преобразователей из пьезокерамики, как правило, несколько ниже точки Кюри, а во многих случаях намного отдалена от нее.

Наличие фазовых переходов при положительных и отрицательных температурах, близких к 0 °С, и низкая верхняя граница рабочих температур при плохой температурной стабильности ограничивали применение пьезокерамики из титаната бария. Введение модифицирующих добавок кальция, а затем кальция и свинца позволило улучшить свойства керамики – сдвинуть фазовые переходы в область более низких и более высоких температур и несколько расширить интервал рабочих температур, но при этом ухудшаются пьезоэлектрические свойства при неудовлетворительной стабильности частоты. Особенно тяжелые условия, в которых должны работать преобразователи при больших механических напряжениях и в сильных электрических полях, предопределили использование пьезокерамики из титаната бария, модифицированной кальцием и кобальтом. Этот материал сложно изготовить, он обладает не очень высокими пьезоэлектрическими свойствами, но относительно более устойчив при работе в указанных условиях.

Г. А. Смоленский с сотрудниками синтезировал пьезокерамические материалы на основе твердых растворов ниобата бария-свинца. Широкое распространение получила пьезокерамика ЦТС, получаемая из материалов на основе твердых растворов цирконата-титаната свинца.

Введение модифицирующих добавок позволило синтезировать целую гамму пьезокерамических материалов системы ЦТС с хорошими свойствами. Пьезокерамические материалы промышленных марок уже гостированы.

Пьезоэлектрическая керамика характеризуется высокими значеддялшдьезо модулей и диэлектрической проницаемости, большой механической прочностью, стойкостью к воздействию влаги и атмосферных факторов и т.д. Из пьезокерамики изготавливают элементы различных форм и размеров, простых и сложных конструкций. Такие элементы применяются в приборах и устройствах, используемых во многих областях науки и техники.