Большая Советская Энциклопедия (ПЬ)
Шрифт:
Л. Д. Лившиц.
Рис. 16. Схемы аппаратов высокого давления: а — аппарат «цилиндр — поршень»; б — «наковальни» Бриджмена; в — установка с коническими пуансонами; г — «наковальни», погруженные в пластичную среду, сжатую до меньшего давления; д и е — «тетраэдрическая» и «кубическая» установки (пуансон, обращенный к зрителю, не изображен); отдельно показана форма сжимаемого тела; 1 — пуансон (поршень); 2 — сосуд высокого давления; 3 — сжимаемый образец; 4 — среда, передающая давление. Стрелками показаны направления действия сил.
Пьезоэлектрическая керамика
Пьезоэлектри'ческая кера'мика, пьезокерамика, пьезоэлектрические материалы, получаемые методом керамической технологии из сегнетоэлектрических соединений (см. Сегнетоэлектрики). В процессе изготовления П. к. подвергают воздействию внешнего электрического поля, в результате чего в ней происходит ориентирование сегнетоэлектрических доменов и возникает остаточная поляризация. Изделия из П. к. обычно либо прессуют из порошкообразных масс, либо отливают из пластифицированных (шиликерных) масс (см. Керамика). Обжиг П. к. проводят при 1200—1350 °С. Перспективный метод подготовки исходных порошков — совместное химическое осаждение компонентов, позволяющее благодаря однородности состава повысить и стабилизировать пьезоэлектрические свойства керамики. П. к. применяется для изготовления излучателей и приёмников ультразвука, генераторов высокого напряжения и т.д.
О свойствах П. к. см. в статьях Пьезоэлектрические материалы,Пьезоэлектричество.
Лит.: Глозман И. А.,
Пьезоэлектрические материалы
Пьезоэлектри'ческие 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
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 dx102 | 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
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. с англ., т. 1, ч. А, М., 1966; Матаушек И., Ультразвуковая техника, пер. с нем., М., 1962; Ультразвуковые преобразователи, пер. с англ., под ред. Е. Кикучи, М., 1972.
Б. С. Аронов, Р. Е. Пасынков.
Пьезоэлектрический громкоговоритель
Пьезоэлектри'ческий громкоговори'тель, громкоговоритель, в котором в качестве преобразователя электрических колебаний (звуковых частот) в механические используют пьезоэлемент (см. Пьезоэлектричество). Наибольшее распространение получили П. г. с плоским (квадратным в плане) пьезоэлементом из сегнетовой соли. К свободному углу такого элемента приклеивается своей вершиной коническая диафрагма — излучатель звука. П. г., несмотря на низкое качество их звучания и малую надёжность пьезоэлементов, выпускались в СССР в годы Великой Отечественной войны 1941—45 и в первые послевоенные годы как наиболее дешёвые и простые в изготовлении.
Пьезоэлектрический датчик
Пьезоэлектри'ческий да'тчик, измерительный преобразователь механического усилия в электрический сигнал; его действие основано на использовании пьезоэлектрического эффекта (см. Пьезоэлектричество). Один из вариантов конструкции П. д. давления показан на рис. Под действием измеряемого давления на внешней и внутренней сторонах пары пластин пьезоэлектрика возникают электрические заряды, причём суммарная эдс (между выводом и корпусом) изменяется пропорционально давлению. П. д. целесообразно применять при измерении быстроменяющегося давления; если давление меняется медленно, то возрастает погрешность преобразования из-за «стекания» электрического заряда с пластин на корпус. Включением дополнительного конденсатора параллельно П. д. можно уменьшить погрешность измерения, однако при этом уменьшается напряжение на выводах датчика. Основные достоинства П. д. — их высокие динамические характеристики и способность воспринимать колебания давления с частотой от десятков гц до десятков Мгц. Применяются при тензометрических измерениях, в весовых и сортировочных (по весу) устройствах, при измерениях вибраций и деформаций и т.д.
Схема устройства пьезоэлектрического датчика давления: p — измеряемое давление; 1 — пьезопластины; 2 — гайка из диэлектрика; 3 — электрический вывод; 4 — корпус (служащий вторым выводом); 5 — изолятор; 6 — металлический электрод.
Пьезоэлектричество
Пьезоэлектри'чество (от греч. pi'ezo — давлю и электричество), явления возникновения поляризации диэлектрика под действием механических напряжений (прямой пьезоэлектрический эффект) и возникновения механических деформаций под действием электрического поля (обратный пьезоэлектрический эффект). Прямой и обратный пьезоэлектрический эффекты наблюдаются в одних и тех же кристаллах — пьезоэлектриках. Первое подробное исследование пьезоэлектрических эффектов сделано в 1880 братьями Ж. и П. Кюрина кристалле кварца. В дальнейшем пьезоэлектрические свойства были обнаружены более чем у 1500 веществ, из которых широко используются сегнетова соль, титанат бария и др. (см. Пьезоэлектрические материалы).
Пьезоэлектрические свойства кристаллов связаны с их структурой. Ими обладают все пироэлектрики (спонтанно поляризованные диэлектрики). При механической деформации пироэлектрика меняется величина его спонтанной поляризации, что и наблюдается как прямой пьезоэлектрический эффект. Пьезоэлектрические эффекты наблюдаются также в некоторых непироэлектриках (например, у кварца). Справедливо общее утверждение: кристаллы, обладающие центром симметрии, не могут быть пьезоэлектриками. Это объясняется тем, что при деформации кристалла центр симметрии сохраняется, а при наличии центра симметрии не может быть поляризации (рис. 1, 2). Наличие других элементов симметрии (оси, плоскости симметрии) может «запрещать» появление поляризации в определённых направлениях или при некоторых определённых деформациях (см. Симметрия кристаллов).