П'єзокераміка

За фізичними властивостями являє собою хімічну сполуку або твердий розчин (порошок) зерен (кристалітів). Це твердий, хімічно інертний матеріал, зовсім нечуттєвий до вологості та інших атмосферних впливів, що має полікристалічну структуру.

Важливим елементом технології виготовлення п'єзокераміки є процес попередньої поляризації, що здійснюється прикладанням потужного електричного поля при температурі вище точки Кюрі при поступовому охолодженні. Фізичні властивості п'єзокерамік різного хімічного складу, як матеріалу для електромеханічних перетворювачів енергії, записуються як рівняння стану, що відображають зв'язок механічних та електричних характеристик. Ці співвідношення досить громіздкі. Для ілюстрації тут вкажемо на вирази для нормального напруження на майданчиках, перпендикулярних напрямку попередньої поляризації, та вираз для складової вектору індукції в цьому ж напрямку

${\displaystyle \sigma _{z}=c_{13}^{E}(\epsilon _{x}+\epsilon _{y})+c_{33}^{E}\epsilon _{z}+e_{33}E_{z}}$

${\displaystyle D_{z}=\epsilon _{33}^{S}E_{z}+e_{31}(\epsilon _{x}+\epsilon _{y})+e_{33}\epsilon _{z}}$

Як видно з рівняння, значення нормального напруження ${\displaystyle \sigma _{z}}$ визначається не лише механічними дефомаціями ${\displaystyle \epsilon _{x},\epsilon _{y}}$ та ${\displaystyle \epsilon _{z}}$, а й компоненттою вектора напруженості електричного поля ${\displaystyle E_{z}}$. Так само, значення величини індукції електричного поля визначається не лише напруженістю електричного поля, а й значеннями механічних деформацій. Коефіцієнти в приведених співідношеннях, модулі пружності ${\displaystyle c_{ij}}$, п'єзомодуді ${\displaystyle e_{ij}}$ та діелектричні проникненості ${\displaystyle \epsilon _{ij}}$ визначаються експериментально. Повні рівняння стану для п'єзокераміки та методи розв'язання задач, пов'язаних з її практичним використанням, наведені у монографії «Электроупругость».[1]

За хімічним складом це складний оксид, який включає іони двовалентного свинцю або барію, а також іони чотирьохвалентного титану або цирконію. Шляхом зміни основного співвідношення вихідних матеріалів і введення добавок синтезують п'єзокераміку різного складу, яка володіє визначеними електрофізичними і п'єзоелектричними характеристиками. Найбільшого поширення отримала група п'єзокерамічних матеріалів типу ЦТС (цирконат — титанат свинцю). Разом з тим використовується кераміка на основі титанату барію (ТБ) і титанату свинцю (ТС).