Книга: Головнин В. А., Каплунов И. А., Малышкина О. В., Педько Б. Б., Мовчикова А. А. «Физические основы, методы исследования и практическое применение пьезоматериалов»

Серия: "Мир материалов и технологий"

Развитие технологий создания пьезоактивных материалов и их широкое внедрение в электронику требует своевременной научно-информационной и учебно-методической поддержки. Представляемая монография ставит целью рассмотрение как общих вопросов физики пьезо- и сегнетоактивных материалов, так и узконаправленных тем, посвященных специфике получения и практического применения изделий из пьзоэлектрической керамики и композиционных керамических гетероструктур. Описаны методики и экспериментальные установки по исследованию пьезокерамических материалов. Дана подробная классификация пьезокерамических преобразователей по использованию пьезоэлектрических эффектов. Книга будет полезна научным работникам, инженерам и технологам, занимающимся исследованием, разработкой и производством пьезокерамических материалов и изделий из них, а также студентам старших курсов и аспирантам физических, химических и технических специальностей.

Содержание:

Предисловие...... 7 Глава 1. Введение в физику сегнетоэлектриков и пьезоэлектриков...... 9 1. 1. Диэлектрики, пьезоэлектрики, пироэлектрики, сегнотоэлектрики...... 9 1. 2. Электрострикция и пьезоэлектричество...... 14 1. 3. Структура сегнетоэлектрических материалов...... 15 1. 4. Процесс переполяризации сегнетоэлектриков. Домены...... 19 1. 5. Кристаллохимия сегнетоэлектрических материалов...... 25 1. 6. Дефектность кристаллов, нестехиометрия...... 26 1. 7. Керамические материалы...... 28 Глава 2. Теория сегнетоэлектричества и пьезоэффекта...... 31 2. 1. Физика сегнетоэлектрических материалов...... 31 2. 1. 1. Общее рассмотрение...... 31 2. 1. 2. Кооперативный эффект Яна-Теллера и сегнетоэлектричество...... 36 2. 1. 3. Феноменологическая теория сегнетоэлектричества. Термодинамические функции...... 38 2. 2. Физика пьезокерамических материалов...... 41 2. 2. 1. Электрическое поле и электрическая индукция...... 41 2. 2. 2. Упругие постоянные...... 43 2. 2. 3. Уравнения пьезоэффекта...... 48 2. 2. 4. Коэффициенты электромеханической связи...... 52 2. 3. Поиск оптимальных ориентаций монокристаллических пьезоэлектрических срезов...... 57 2. 3. 1. Введение...... 57 2. 3. 2. Примеры анизотропных эффектов и свойств твердого тела, описываемых тензорами...... 59 2. 3. 3. Идея оптимизации кристаллических срезов для проявления физических эффектов, описываемых тензорами...... 61 2. 3. 4. Пьезоэлектрический эффект...... 62 2. 3. 5. Анизотропия пьезоэлектрического эффекта...... 63 2. 3. 6. Необходимость создания универсального метода оптимизации...... 66 2. 3. 7. Методика решения задачи оптимизации пьезоэлектрических срезов...... 72 2. 3. 8. Ориентации кристаллических срезов с максимальным значением искомого пьезомодуля для всех типов пьезоэлектрического эффекта...... 79 2. 3. 9. Изменение оптимальных и эффективных ориентаций кристаллических срезов...... 85 2. 3. 10. Проекции указательных поверхностей продольного пьезоэлектрического эффекта растяжения-сжатия для ряда кристаллов...... 87 Глава 3. Пьезоэлектрическая керамика...... 96 3. 1. Пьезокерамические материалы: определение, классификация...... 96 3. 2. Фазовая диаграмма системы цирконата-титаната свинца и морфотропная область...... 100 3. 3. Фазовая диаграмма системы цирконата-титаната свинца и свойства составов...... 108 3. 3. 1. Влияние модификаторов...... 108 3. 3. 2. Фазовая диаграмма системы Pb(Ti&# 8339;Zr&# 8321;&# 8331;&# 8339;)O&# 8323; и свойства составов...... 113 3. 4. Релаксорная и электрострикционная керамики...... 117 3. 5. Композиты на основе пьезокерамики...... 121 3. 6. Производство пьезокерамики...... 129 3. 6. 1. Технологический процесс и зависимости параметров пьезоэлементов...... 130 3. 6. 2. Исходное сырье...... 132 3. 6. 3. Смешение-измельчение порошков исходного сырья...... 136 3. 6. 4. Синтез пьезокерамических материалов...... 141 3. 6. 5. Формообразование и спекание...... 149 3. 6. 6. Механическая обработка...... 160 3. 6. 7. Металлизация...... 161 3. 7. Поляризация пьезоэлектрической керамики...... 170 3. 7. 1. Доменная структура пьезокерамики...... 170 3. 7. 2. Внешние воздействия и внутренние процессы при поляризации пьезокерамики...... 172 3. 7. 3. Методы поляризации пьезокерамики...... 173 Глава 4. Методы исследования пьезоматериалов...... 177 4. 1. Измерения спонтанной поляризации...... 177 4. 1. 1. Метод Сойера-Тауера...... 177 4. 1. 2. Метод графического интегрирования пиротока...... 179 4. 2. Пироэлектрические методы исследования...... 181 4. 2. 1. Oбщий подход...... 181 4. 2. 2. Динамический метод...... 185 4. 2. 3. Восстановление профиля поляризации сегнетоактивных материалов...... 191 4. 3. Измерения пьезоэлектрических характеристик...... 203 4. 3. 1. Диэлектрические измерения...... 204 4. 3. 2. Oпределение пьезоэлектрических и упругих коэффициентов...... 206 4. 3. 3. Физические основы резонансных методов...... 207 4. 3. 4. Практическая реализация резонансных методов...... 210 4. 3. 5. Oпределение пьезомодуля d&# 8323;&# 8323; в статическом режиме...... 214 4. 3. 6. Oпределение пьезомодуля d&# 8323;&# 8323; в квазистатическом режиме...... 215 4. 3. 7. Погрешности измерения...... 217 Глава 5. Применение пьезокерамики...... 218 5. 1. Oбласти применения пьезокерамики при использовании прямого пьезоэффекта...... 218 5. 2. Области применения пьезокерамики при использовании обратного пьезоэффекта...... 224 5. 3. Пьезокерамические изделия с последовательным использованием обратного и прямого пьезоэффектов...... 231 5. 4. Применение устройств на основе пьезокерамики в современных и будущих автомобилях...... 236 5. 5. Медицинская техника...... 241 5. 6. Сегнето- и пьезоэлектрические свойства оптически прозрачной пьезокерамики...... 243 5. 7. Композиты на основе пьезоэлектрической керамики...... 244 5. 8. "Разумные системы" на основе пьезоэлектрической керамики...... 246 5. 9. Пьезокерамика в нанотехнологии и микросистемной технике...... 246 5. 9. 1. Изделия на основе сегнетокерамических пленок...... 247 5. 9. 2. Туннельный микроскоп...... 247 5. 9. 3. Атомно-силовой микроскоп...... 249 5. 9. 4. Магнитно-силовой микроскоп...... 251 5. 10. Классификация пьезокерамических преобразователей...... 252 Литература...... 253 Предметный указатель...... 268

Издательство: "Техносфера" (2013)

ISBN: 9785948363523