Стабильность свойств пьезокерамических материалов при внешних воздействиях
Исследовано влияние возбуждающих электрических полей, механического одноосного нагружения и температуры на стабильность рабочих параметров пьезокерамических элементов. Показано, что после снятия возбуждения наблюдается длительная релаксация свойств по закону, близкому к логарифмическому....
Збережено в:
| Дата: | 2010 |
|---|---|
| Автори: | , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
2010
|
| Назва видання: | Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/51895 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Стабильность свойств пьезокерамических материалов при внешних воздействиях / Д.В. Кузенко, А.И. Бажин, В.В. Дорофеева, Л.Г. Гусакова, В.М. Ищук, Н.А. Спиридонов // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2010. — № 1. — С. 58-61. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-51895 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-518952013-12-15T03:12:05Z Стабильность свойств пьезокерамических материалов при внешних воздействиях Кузенко, Д.В. Бажин, А.И. Дорофеева, В.В. Гусакова, Л.Г. Ищук, В.М. Спиридонов, Н.А. Материалы электроники Исследовано влияние возбуждающих электрических полей, механического одноосного нагружения и температуры на стабильность рабочих параметров пьезокерамических элементов. Показано, что после снятия возбуждения наблюдается длительная релаксация свойств по закону, близкому к логарифмическому. 2010 Article Стабильность свойств пьезокерамических материалов при внешних воздействиях / Д.В. Кузенко, А.И. Бажин, В.В. Дорофеева, Л.Г. Гусакова, В.М. Ищук, Н.А. Спиридонов // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2010. — № 1. — С. 58-61. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 2225-5818 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/51895 ru Технология и конструирование в электронной аппаратуре Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Материалы электроники Материалы электроники |
| spellingShingle |
Материалы электроники Материалы электроники Кузенко, Д.В. Бажин, А.И. Дорофеева, В.В. Гусакова, Л.Г. Ищук, В.М. Спиридонов, Н.А. Стабильность свойств пьезокерамических материалов при внешних воздействиях Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| description |
Исследовано влияние возбуждающих электрических полей, механического одноосного нагружения и температуры на стабильность рабочих параметров пьезокерамических элементов. Показано, что после снятия возбуждения наблюдается длительная релаксация свойств по закону, близкому к логарифмическому. |
| format |
Article |
| author |
Кузенко, Д.В. Бажин, А.И. Дорофеева, В.В. Гусакова, Л.Г. Ищук, В.М. Спиридонов, Н.А. |
| author_facet |
Кузенко, Д.В. Бажин, А.И. Дорофеева, В.В. Гусакова, Л.Г. Ищук, В.М. Спиридонов, Н.А. |
| author_sort |
Кузенко, Д.В. |
| title |
Стабильность свойств пьезокерамических материалов при внешних воздействиях |
| title_short |
Стабильность свойств пьезокерамических материалов при внешних воздействиях |
| title_full |
Стабильность свойств пьезокерамических материалов при внешних воздействиях |
| title_fullStr |
Стабильность свойств пьезокерамических материалов при внешних воздействиях |
| title_full_unstemmed |
Стабильность свойств пьезокерамических материалов при внешних воздействиях |
| title_sort |
стабильность свойств пьезокерамических материалов при внешних воздействиях |
| publisher |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України |
| publishDate |
2010 |
| topic_facet |
Материалы электроники |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/51895 |
| citation_txt |
Стабильность свойств пьезокерамических материалов при внешних воздействиях / Д.В. Кузенко, А.И. Бажин, В.В. Дорофеева, Л.Г. Гусакова, В.М. Ищук, Н.А. Спиридонов // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2010. — № 1. — С. 58-61. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| series |
Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| work_keys_str_mv |
AT kuzenkodv stabilʹnostʹsvojstvpʹezokeramičeskihmaterialovprivnešnihvozdejstviâh AT bažinai stabilʹnostʹsvojstvpʹezokeramičeskihmaterialovprivnešnihvozdejstviâh AT dorofeevavv stabilʹnostʹsvojstvpʹezokeramičeskihmaterialovprivnešnihvozdejstviâh AT gusakovalg stabilʹnostʹsvojstvpʹezokeramičeskihmaterialovprivnešnihvozdejstviâh AT iŝukvm stabilʹnostʹsvojstvpʹezokeramičeskihmaterialovprivnešnihvozdejstviâh AT spiridonovna stabilʹnostʹsvojstvpʹezokeramičeskihmaterialovprivnešnihvozdejstviâh |
| first_indexed |
2025-07-04T14:07:19Z |
| last_indexed |
2025-07-04T14:07:19Z |
| _version_ |
1836725609781264384 |
| fulltext |
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2010, ¹ 1
58
ÌÀÒÅÐÈÀËÛ ÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÈ
Äàòà ïîñòóïëåíèÿ â ðåäàêöèþ
26.05 2009 ã.
Îïïîíåíò ê. ò. í. Â. Ï. ÌÀÑËÎÂ
(ÈÔÏ èì. Â. Å. Ëàøêàð¸âà, ã. Êèåâ)
Ä. Â. ÊÓÇÅÍÊÎ, ä. ô.-ì. í. À. È. ÁÀÆÈÍ, Â. Â. ÄÎÐÎÔÅÅÂÀ,
ê. õ. í. Ë. Ã. ÃÓÑÀÊÎÂÀ, ä. ô.-ì. í. Â. Ì. ÈÙÓÊ,
Í. À. ÑÏÈÐÈÄÎÍÎÂ
Óêðàèíà, ã. Äîíåöê, ÍÒÖ «Ðåàêòèâýëåêòðîí» ÍÀÍÓ,
Äîíåöêèé íàöèîíàëüíûé óíèâåðñèòåò
E-mail: danil.kuzenko@gmail.com
ÑÒÀÁÈËÜÍÎÑÒÜ ÑÂÎÉÑÒÂ
ÏÜÅÇÎÊÅÐÀÌÈ×ÅÑÊÈÕ ÌÀÒÅÐÈÀËÎÂ
ÏÐÈ ÂÍÅØÍÈÕ ÂÎÇÄÅÉÑÒÂÈßÕ
Èññëåäîâàíî âëèÿíèå âîçáóæäàþùèõ
ýëåêòðè÷åñêèõ ïîëåé, ìåõàíè÷åñêîãî
îäíîîñíîãî íàãðóæåíèÿ è òåìïåðàòó-
ðû íà ñòàáèëüíîñòü ðàáî÷èõ ïàðàìåò-
ðîâ ïüåçîêåðàìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ. Ïî-
êàçàíî, ÷òî ïîñëå ñíÿòèÿ âîçáóæäåíèÿ
íàáëþäàåòñÿ äëèòåëüíàÿ ðåëàêñàöèÿ
ñâîéñòâ ïî çàêîíó, áëèçêîìó ê ëîãàðèô-
ìè÷åñêîìó.
Ñåãíåòîýëåêòðè÷åñêèå ìàòåðèàëû çàíèìàþò âàæ-
íîå ìåñòî êàê â ôóíäàìåíòàëüíîì ìàòåðèàëîâåäåíèè,
òàê è â ïðàêòè÷åñêîé îáëàñòè ïðèìåíåíèÿ íàóêè è òåõ-
íèêè. ×èñëî óñòðîéñòâ íà èõ îñíîâå âåëèêî: ïüåçî-
äâèãàòåëè, ïüåçîòðàíñôîðìàòîðû, èñòî÷íèêè ÓÇ-âîëí,
ôèëüòðû, àêóñòîýëåêòðîííûå è îïòîýëåêòðîííûå
óñòðîéñòâà [1]. Íåâîçìîæíîñòü ïðîâåäåíèÿ ñîâðåìåí-
íûõ ïðàêòè÷åñêèõ è ôóíäàìåíòàëüíûõ èññëåäîâàíèé
áåç ýòîãî êëàññà ôóíêöèîíàëüíûõ ìàòåðèàëîâ î÷å-
âèäíà. Äîñòàòî÷íî îòìåòèòü õîòÿ áû îñíîâó ðàñòðî-
âîé ýëåêòðîííîé ìèêðîñêîïèè � êàíòèëåâåðû, êîòî-
ðûå ñ ïîìîùüþ ïüåçîýëåêòðè÷åñêèõ òðóáîê îñóùå-
ñòâëÿþò ïåðåìåùåíèå íà äåñÿòêè àíãñòðåì.
Ââèäó îòíîñèòåëüíîé ïðîñòîòû ïðîèçâîäñòâà øè-
ðîêîå ðàñïðîñòðàíåíèå ïîëó÷èëà ñåãíåòîýëåêòðè÷å-
ñêàÿ êåðàìèêà. Èñïîëüçóÿ îñîáûå òåõíîëîãè÷åñêèå
ïðèåìû, óäàåòñÿ ïîëó÷èòü êåðàìèêó ñî ñâîéñòâàìè,
áëèçêèìè ê ñâîéñòâàì ìîíîêðèñòàëëîâ. Îäíàêî ïðè
ýòîì îò íåêîòîðûõ íåäîñòàòêîâ, ïðèñóùèõ ñóãóáî êå-
ðàìè÷åñêèì ìàòåðèàëàì, èçáàâèòüñÿ íå óäàåòñÿ. Òà-
êèì íåäîñòàòêîì ÿâëÿåòñÿ ñèëüíàÿ çàâèñèìîñòü
ñâîéñòâ ïüåçîêåðàìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ (ÏÊÝ) îò âíåø-
íèõ óñëîâèé. Åñëè â ìîíîêðèñòàëëàõ óäàåòñÿ ñòà-
áèëèçèðîâàòü íåêîòîðûå ïàðàìåòðû ïóòåì âûáîðà
îïðåäåëåííîãî íàïðàâëåíèÿ (ñðåçà), òî â êåðàìèêå
òàêàÿ ñòàáèëèçàöèÿ íåâîçìîæíà. Èç ýòîãî ñëåäóåò íå-
îáõîäèìîñòü ïîèñêà äðóãèõ ñïîñîáîâ ñòàáèëèçàöèè
ñâîéñòâ. Òàêèå ñïîñîáû èçâåñòíû � ýòî, íàïðèìåð,
âûáîð ñïåöèàëüíûõ ðåæèìîâ ïîëÿðèçàöèè (íà ñòà-
äèè èçãîòîâëåíèÿ ÏÊÝ) è ïðèíóäèòåëüíîå ñòàðåíèå
óæå ïîëÿðèçîâàííûõ ÏÊÝ [2]. ×àñòè÷íî ðåøèòü ýòó
ïðîáëåìó ìîæíî òàêæå ñ ïîìîùüþ òåõíîëîãèè èçãî-
òîâëåíèÿ êîìïîçèöèîííûõ ìàòåðèàëîâ â ïðîèçâîä-
ñòâå êåðàìèêè. Îäíàêî ìíîãî÷èñëåííûå ïóáëèêàöèè
ïî äàííîìó âîïðîñó íåðåäêî ïðîòèâîðå÷èâû è íå äàþò
èñ÷åðïûâàþùèõ îòâåòîâ.
Êàê è ïðè ðåøåíèè ëþáîé ìàòåðèàëîâåä÷åñêîé çà-
äà÷è, ðåøåíèþ âîïðîñà î ñòàáèëèçàöèè ñâîéñòâ ïüå-
çîêåðàìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ äîëæíî ïðåäøåñòâîâàòü
óñòàíîâëåíèå ïðè÷èíû ñèëüíîé çàâèñèìîñòè ñâîéñòâ
ñåãíåòîýëåêòðè÷åñêîé ïüåçîêåðàìèêè îò âíåøíèõ
óñëîâèé. Ýòîìó âîïðîñó è ïîñâÿùåíà äàííàÿ ðàáîòà.
Äëÿ àïïàðàòóðû íà îñíîâå ÏÊÝ âàæíûìè ÿâëÿþò-
ñÿ ñëåäóþùèå ïàðàìåòðû: ìåõàíè÷åñêàÿ äîáðîòíîñòü
Qm, ÷àñòîòà ñîáñòâåííûõ ìåõàíè÷åñêèõ êîëåáàíèé fr,
îòíîñèòåëüíàÿ äèýëåêòðè÷åñêàÿ ïðîíèöàåìîñòü εî,
òàíãåíñ óãëà äèýëåêòðè÷åñêèõ ïîòåðü tgδ, ïüåçî÷óâ-
ñòâèòåëüíîñòü gij, ïüåçîýëåêòðè÷åñêèé ìîäóëü dij, êî-
ýôôèöèåíò ýëåêòðîìåõàíè÷åñêîé ñâÿçè kij, ðåçîíàíñ-
íûé ïðîìåæóòîê ∆f, òî÷êà Êþðè Tc, ñîïðîòèâëåíèå
Rr â ðåçîíàíñå [3].
Òàê êàê íà ïðàêòèêå îäíèì èç îñíîâíûõ ôàêòî-
ðîâ, ïðèâîäÿùèõ ê èçìåíåíèþ ñâîéñòâ ÏÊÝ, ÿâëÿåò-
ñÿ òåìïåðàòóðà [4], òî â êà÷åñòâå õàðàêòåðèñòèêè ÏÊÝ
ââîäÿòñÿ òåìïåðàòóðíûå êîýôôèöèåíòû ÒÊ (íàïðè-
ìåð, ÒÊ× � òåìïåðàòóðíûé êîýôôèöèåíò ÷àñòîòû).
Âåëè÷èíà ÒÊ äëÿ ðàçëè÷íûõ ïàðàìåòðîâ ìîæåò ïðè-
íèìàòü çíà÷åíèÿ îò íåñêîëüêèõ ïðîöåíòîâ (íàïðèìåð,
îòíîñèòåëüíîå èçìåíåíèå ÷àñòîòû ñîáñòâåííûõ ìå-
õàíè÷åñêèõ êîëåáàíèé) äî íåñêîëüêèõ ñîò ïðîöåíòîâ
(íàïðèìåð, îòíîñèòåëüíîå èçìåíåíèå ìåõàíè÷åñêîé
äîáðîòíîñòè è ñîïðîòèâëåíèÿ ÏÊÝ íà ðåçîíàíñíîé
÷àñòîòå). Ñîîòâåòñòâåííî, âëèÿíèå èçìåíåíèÿ òåìïå-
ðàòóðû ÏÊÝ íà ñòàáèëüíóþ ðàáîòó óñòðîéñòâà â öå-
ëîì áóäåò ðàçíûì â çàâèñèìîñòè îò âëèÿþùåãî ïàðà-
ìåòðà (Qm, fr, εî�).
Òàê, â óñòðîéñòâàõ óëüòðàçâóêîâîãî íåðàçðóøàþ-
ùåãî êîíòðîëÿ âàæíûì ïàðàìåòðîì ÿâëÿåòñÿ ìåõà-
íè÷åñêàÿ äîáðîòíîñòü Qm, íèçêîå çíà÷åíèå êîòîðîé
îáóñëàâëèâàåò áûñòðîå çàòóõàíèå óëüòðàçâóêîâûõ
âîëí, à ñëåäîâàòåëüíî, è áûñòðîå ïåðåêëþ÷åíèå ìåæ-
äó ðåæèìàìè èçëó÷åíèÿ è ïðèåìà [5]. Ýòî ïðèâîäèò
ê óâåëè÷åíèþ ðàçðåøåíèÿ ïî ãëóáèíå. Èçìåíåíèå æå
ìåõàíè÷åñêîé äîáðîòíîñòè áóäåò ïðèâîäèòü ê íàðó-
øåíèþ ðàáî÷åãî ðåæèìà óñòðîéñòâà.
Äðóãèì ïðèìåðîì ÿâëÿþòñÿ ïüåçîäâèãàòåëè. Çäåñü
ïðè óâåëè÷åíèè âîçáóæäàþùåãî íàïðÿæåíèÿ âûøå íå-
êîòîðîãî çíà÷åíèÿ íàáëþäàåòñÿ îòêëîíåíèå îò ëèíåéíî-
ñòè çàâèñèìîñòè «íàïðÿæåíèå � äåôîðìàöèÿ» [6].
Ïðîâåäåíèå ýêñïåðèìåíòà
Äëÿ ïðîâåäåíèÿ ýêñïåðèìåíòîâ áûëè èçãîòîâëå-
íû ïî òðàäèöèîííîé «êåðàìè÷åñêîé» òåõíîëîãèè äèñ-
êîâûå (d=10 ìì, h=1 ìì) ïüåçîýëåìåíòû ðàçëè÷íîé
ñåãíåòîæåñòêîñòè: ñåãíåòîìÿãêèå èç ìàòåðèàëîâ
ÖÒÑòÁÑ-3/1 è ÖÒÑÑò-2 (Qm<400); ñåãíåòîæåñòêèå èç
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2010, ¹ 1
59
ÌÀÒÅÐÈÀËÛ ÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÈ
ÖÒÑÑò-3 è ìîäåëüíîãî òâåðäîãî ðàñòâîðà Pb(Zr0,52,
Ti0,48)O3, ëåãèðîâàííîãî MnO2 (Qm>400).
Ìåòîäîì ðåçîíàíñà-àíòèðåçîíàíñà ïî ñòàíäàðòíîé
ìåòîäèêå [3] îïðåäåëÿëèñü: ÷àñòîòà ñîáñòâåííûõ ðà-
äèàëüíûõ ìåõàíè÷åñêèõ êîëåáàíèé (÷àñòîòà ðåçîíàí-
ñà fr), ÷àñòîòà àíòèðåçîíàíñà (fà), ÷àñòîòà 3-é ãàðìî-
íèêè îñíîâíîé ðåçîíàíñíîé ÷àñòîòû (fr3), ñîïðîòèâ-
ëåíèå ÏÊÝ íà ÷àñòîòå ðåçîíàíñà (Rr). Ñòàòè÷åñêàÿ
ýëåêòðè÷åñêàÿ åìêîñòü ÏÊÝ (Ñî) îïðåäåëÿëàñü ìîñ-
òîâûì ìåòîäîì (ìîñò Å7-8) íà ÷àñòîòå 1 êÃö. Ìåõà-
íè÷åñêàÿ äîáðîòíîñòü îïðåäåëÿëàñü ïî ôîðìóëå
( ) 1
2 2
0 1 ,m r r r aQ A R C f f f
−
= −
ãäå À � ïîñòîÿííàÿ.
Òåìïåðàòóðà îáðàçöîâ êîíòðîëèðîâàëàñü õðîìåëü-
àëþìåëåâîé ìèêðîòåðìîïàðîé ñ òî÷íîñòüþ ±0,05°Ñ.
Ïîñêîëüêó îïðåäåëåíèå ìåõàíè÷åñêîé äîáðîòíî-
ñòè ÏÊÝ ñâÿçàíî ñ èçìåðåíèåì åãî ðåçîíàíñíûõ õà-
ðàêòåðèñòèê (fr, fà), áûëî èññëåäîâàíî âëèÿíèå âîç-
áóæäàþùåãî íàïðÿæåíèÿ ðåçîíàíñíûõ ÷àñòîò (fr, fà,
fr3) íà ñòàáèëüíîñòü ÷àñòîòû è íà ðàçîãðåâ ÏÊÝ ïðè
ýòîì. Îáðàçöàìè ñëóæèëè ÏÊÝ èç ìàòåðèàëà ÖÒÑÑò-
3, êîòîðûé îáëàäàåò âûñîêèìè äîáðîòíîñòüþ
(Qm≈800) è òî÷êîé Êþðè (Òñ≈290°Ñ). Ðåçóëüòàòû ýòî-
ãî ýêñïåðèìåíòà ïðèâåäåíû íà ðèñ. 1. Òàê êàê òîë-
ùèíà îáðàçöîâ ñîñòàâëÿëà 1 ìì, çíà÷åíèÿ âîçáóæäà-
þùåãî íàïðÿæåíèÿ ñîâïàäàëè ñî çíà÷åíèÿìè íàïðÿ-
æåííîñòè ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ.
Âëèÿíèå íàïðÿæåííîñòè âîçáóæäàþùåãî ýëåêòðè-
÷åñêîãî ïîëÿ ðåçîíàíñíîé ÷àñòîòû íà âåëè÷èíó ìå-
õàíè÷åñêîé äîáðîòíîñòè èññëåäîâàëîñü äëÿ ÏÊÝ èç
äâóõ ñåãíåòîìÿãêèõ ïüåçîìàòåðèàëîâ. Èç ðèñ. 2 âèä-
íî, ÷òî óâåëè÷åíèå àìïëèòóäû ïðèâîäèò ê ñíèæåíèþ
ìåõàíè÷åñêîé äîáðîòíîñòè ÏÊÝ â îáîèõ ñëó÷àÿõ.
Îäíàêî äëÿ ðàçíûõ ìàòåðèàëîâ ñòåïåíü ñíèæåíèÿ Qm
ðàçëè÷íà, ÷òî ÿâëÿåòñÿ âàæíûì äëÿ ïðàêòè÷åñêîãî
ïðèìåíåíèÿ. Òàê, äîáðîòíîñòü ÏÊÝ èç ìàòåðèàëà
ÖÒÑÑò-2, èçíà÷àëüíî áîëåå âûñîêàÿ, ñíèæàåòñÿ áî-
ëåå ðåçêî è ïðè ðàáî÷åì çíà÷åíèè íàïðÿæåííîñòè
îêîëî 5 Â/ìì ñòàíîâèòñÿ çíà÷èòåëüíî íèæå, ÷åì ó
ÏÊÝ èç ÖÒÑòÁÑ-3/1.
Êðîìå òåìïåðàòóðû, âàæíûì äëÿ ðàáîòû ÏÊÝ ïà-
ðàìåòðîì ÿâëÿåòñÿ äàâëåíèå (îäíîîñíîå, ãèäðîñòà-
òè÷åñêîå). Êàê ïðàâèëî, óñòðîéñòâà íà îñíîâå ÏÊÝ
ðàáîòàþò ïðè àòìîñôåðíîì äàâëåíèè, è íåçíà÷èòåëü-
íîå åãî èçìåíåíèå íå ïðèâîäèò ê ñêîëüêî-íèáóäü çà-
ìåòíîìó èçìåíåíèþ ñâîéñòâ ÏÊÝ. Îäíàêî, êàê èçâåñò-
íî [1], â ðÿäå óñòðîéñòâ ïðè çàêðåïëåíèè ÏÊÝ ïðè-
ëàãàþò äîñòàòî÷íî âûñîêèå ñæèìàþùèå óñèëèÿ (êàê
ïðàâèëî, â èçëó÷àòåëÿõ èíòåíñèâíûõ óëüòðàçâóêîâûõ
âîëí è ðàçëè÷íûõ äàò÷èêàõ). Ýòî ïðèâîäèò ê èçìåíå-
íèþ ðåçîíàíñíîé ÷àñòîòû (ðèñ. 3).
Äëÿ èçó÷åíèÿ ïðè÷èí, ïðèâîäÿùèõ ê ïîäîáíûì
èçìåíåíèÿì, áûëè ïðîâåäåíû äîïîëíèòåëüíûå èññëå-
äîâàíèÿ. Ýêñïåðèìåíò ñîñòîÿë èç ÷åòûðåõ ÷àñòåé.
 ïåðâîé ÷àñòè ýêñïåðèìåíòà ÏÊÝ èç ìàòåðèàëîâ
ÖÒÑÑò-3 è ñìåñè Pb(Zr0,52, Ti0,48)O3 ñ MnO2 (ñ ìî-
ëÿðíîé äîëåé 0,7%) âîçáóæäàëèñü ýëåêòðè÷åñêèì íà-
ïðÿæåíèåì ðåçîíàíñíîé ÷àñòîòû, êîòîðîå èçìåíÿëîñü
â ïðåäåëàõ îò 0 äî 2,5; äî 5,0 è äî 7,5 Â ñ øàãîì 0,05 Â.
 êàæäîé òî÷êå îáðàçåö âûäåðæèâàëñÿ íå áîëåå
1 ìèí, ïðè ýòîì ôèêñèðîâàëèñü åãî ðåçîíàíñíàÿ ÷àñ-
òîòà, çíà÷åíèå âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ è òåìïåðàòóðà.
Ïîñêîëüêó âîçáóæäåííûé ÏÊÝ íàãðåâàëñÿ, ïîñëå ñíÿ-
òèÿ âîçáóæäåíèÿ åãî òåìïåðàòóðà ïîíèæàëàñü äî êîì-
íàòíîé â òå÷åíèå íå áîëåå äâóõ ìèíóò. Âñëåä çà ýòèì
ôèêñèðîâàëèñü åãî ðåçîíàíñíûå õàðàêòåðèñòèêè â
òå÷åíèå 10 ÷àñîâ. Ðåçóëüòàòû äëÿ ÏÊÝ èç ìàòåðèàëà
ÖÒÑÑò-3 ïðèâåäåíû íà ðèñ. 4, ïîâåäåíèå âòîðîãî
îáðàçöà áûëî àíàëîãè÷íûì.
Ò, °Ñ
160
80
0 2 4 6 Eexc, Â/ìì
6
2
4
3
1
5
Ðèñ. 1. Âëèÿíèå íàïðÿæåííîñòè âîçáóæäàþùåãî ýëåêò-
ðè÷åñêîãî ïîëÿ íà ðåçîíàíñíûõ ÷àñòîòàõ íà ñòàáèëüíîñòü
÷àñòîòû (1, 3, 6) è ðàçîãðåâ ÏÝ ïðè ðåçîíàíñå (2, 4, 5):
1, 2 � íà ÷àñòîòå fr; 3, 4 � íà ÷àñòîòå fr3; 5, 6 � íà ÷àñòîòå fà
Qm
50
40
30
0 1 2 3 4 Eexc, Â/ìì
2
1
Ðèñ. 2. Âëèÿíèå íàïðÿæåííîñòè âîçáóæäàþùåãî ýëåêò-
ðè÷åñêîãî ïîëÿ ðåçîíàíñíîé ÷àñòîòû íà äîáðîòíîñòü
ÏÊÝ èç ðàçëè÷íûõ ìàòåðèàëîâ:
1 � ÖÒÑÑò-2; 2 � ÖÒÑòÁÑ-3/1
fr/fr0
0,992
0,984
0 150 350 Ð, êã/ñì2
Ðèñ. 3. Çàâèñèìîñòü îòíîñèòåëüíîé ðåçîíàíñíîé ÷àñòî-
òû îò âåëè÷èíû îäíîîñíîãî ìåõàíè÷åñêîãî íàãðóæåíèÿ
f /f0
0,98
0,96
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2010, ¹ 1
60
ÌÀÒÅÐÈÀËÛ ÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÈ
Âî âòîðîé ÷àñòè ýêñïåðèìåíòà ÏÊÝ èç òåõ æå ìà-
òåðèàëîâ âûäåðæèâàëèñü ïðè òåìïåðàòóðàõ 170 è
80°Ñ â òå÷åíèå 15 ìèíóò, çàòåì îõëàæäàëèñü äî êîì-
íàòíîé òåìïåðàòóðû íå áîëåå äâóõ ìèíóò. Ïîñëå ýòî-
ãî òàêæå ôèêñèðîâàëèñü èõ ðåçîíàíñíûå õàðàêòå-
ðèñòèêè â òå÷åíèå íåñêîëüêèõ ÷àñîâ. Ðåçóëüòàòû ïðè-
âåäåíû íà ðèñ. 5.
 òðåòüåé ÷àñòè ýêñïåðèìåíòà ÏÊÝ âûäåðæèâàëèñü
ïîä îäíîîñíîé ìåõàíè÷åñêîé íàãðóçêîé (30, 150, 350
êã/ñì2) â òå÷åíèå 30 ìèíóò. Ïîñëå ýòîãî ôèêñèðîâà-
ëèñü èõ ðåçîíàíñíûå õàðàêòåðèñòèêè òàêæå â òå÷åíèå
íåñêîëüêèõ ÷àñîâ. Ðåçóëüòàòû ïðèâåäåíû íà ðèñ. 6.
Èç ïðèâåäåííûõ ðèñóíêîâ âèäíî, ÷òî âñå ðàññìîò-
ðåííûå âûøå âîçäåéñòâèÿ ïðèâîäÿò ê îáðàòèìûì èç-
ìåíåíèÿì ñâîéñòâ � ðåçîíàíñíàÿ ÷àñòîòà âîçâðàùà-
åòñÿ ê ïåðâîíà÷àëüíîìó çíà÷åíèþ.
 ÷åòâåðòîé ÷àñòè ýêñïåðèìåíòà ÏÊÝ èç ìàòåðèà-
ëà ÖÒÑÑò-3 âûäåðæèâàëèñü â ïîñòîÿííîì ýëåêòðè-
÷åñêîì ïîëå â òå÷åíèå 10 ìèíóò. Ïîñëå ñíÿòèÿ ïîëÿ
ôèêñèðîâàëàñü äèýëåêòðè÷åñêàÿ ïðîíèöàåìîñòü îá-
ðàçöîâ â òå÷åíèå íåñêîëüêèõ ñóòîê. Íà ðèñ. 7 âèäíî,
÷òî ïðè íåêîòîðûõ çíà÷åíèÿõ íàïðÿæåííîñòè ýëåêò-
ðè÷åñêîãî ïîëÿ äèýëåêòðè÷åñêàÿ ïðîíèöàåìîñòü èç-
ìåíÿëàñü íåîáðàòèìî (ε(t)/ε(0)<1, ãäå ε(0) � äèýëåê-
òðè÷åñêàÿ ïðîíèöàåìîñòü, èçìåðåííàÿ äî âîçáóæäå-
íèÿ). Ýòè çíà÷åíèÿ íàïðÿæåííîñòè ýëåêòðè÷åñêîãî
ïîëÿ áûëè áëèçêè ê êîýðöèòèâíîé ñèëå. Íà ðèñ. 8
èçîáðàæåíà ïîëåâàÿ çàâèñèìîñòü êîýôôèöèåíòà À, õà-
ðàêòåðèçóþùåãî ñêîðîñòü ðåëàêñàöèè äèýëåêòðè÷å-
ñêîé ïðîíèöàåìîñòè ïîñëå âîçáóæäåíèÿ ÏÊÝ ïîñòî-
ÿííûì ýëåêòðè÷åñêèì ïîëåì: ε(t)/ε(0)=À·lnt+D, ãäå
D � ïîñòîÿííàÿ, îïðåäåëÿåìàÿ ïî âèäó êðèâîé ðå-
ëàêñàöèè. Ìàêñèìóì ýòîé ñêîðîñòè ïðèõîäèòñÿ íà çíà-
÷åíèÿ ïîëÿ, ëåæàùèå íèæå êîýðöèòèâíîé ñèëû äëÿ
äàííûõ ýëåìåíòîâ.
Îáñóæäåíèå ðåçóëüòàòîâ
Ðåçóëüòàòû, ïîêàçàííûå íà ðèñ. 1, îáúÿñíÿþòñÿ òåì,
÷òî ïðè âîçáóæäåíèè ÏÊÝ íà ÷àñòîòå ðåçîíàíñà, êîòî-
ðàÿ ñîâïàäàåò ñ ÷àñòîòîé ñîáñòâåííûõ ìåõàíè÷åñêèõ
ðàäèàëüíûõ êîëåáàíèé, ïðîèñõîäèò åãî çíà÷èòåëüíàÿ
äåôîðìàöèÿ. Ïðè óâåëè÷åíèè àìïëèòóäû âîçáóæäà-
þùåãî íàïðÿæåíèÿ äåôîðìàöèÿ òàêæå óâåëè÷èâàåò-
ñÿ, îäíîâðåìåííî ñ ýòèì óâåëè÷èâàåòñÿ è äæîóëåâî
fr/fr0
0,995
0,985
0,975
150 350 t, ìèí
1
2
3
Ðèñ. 4. Çàâèñèìîñòü îòíîñèòåëüíîé ðåçîíàíñíîé ÷àñòî-
òû îò âðåìåíè ïîñëå âîçáóæäåíèÿ ïüåçîýëåìåíòà íà ðå-
çîíàíñíîé ÷àñòîòå íàïðÿæåíèåì Uexc, Â:
1 � 2,5; 2 � 5,0; 3 � 7,5
fr/f0
0,994
0,988
150 350 t, ìèí
1
2
Ðèñ. 5. Çàâèñèìîñòü îòíîñèòåëüíîé ðåçîíàíñíîé ÷àñòî-
òû îò âðåìåíè ïîñëå ðàçîãðåâà ïüåçîýëåìåíòà äî òåìïå-
ðàòóðû Ò, °Ñ:
1 � 80; 2 � 170
fr/f0
0,992
0,984
150 350 t, ìèí
1
2
3
Ðèñ. 6. Çàâèñèìîñòü îòíîñèòåëüíîé ðåçîíàíñíîé ÷àñòî-
òû îò âðåìåíè ïîñëå ìåõàíè÷åñêîãî ñæàòèÿ ïüåçîýëå-
ìåíòà ñ óñèëèåì Ð, êã/ñì2:
1 � 30; 2 � 150; 3 � 350
ε(t)/ε(0)
1,0
0,8
0,6
0 2 4 6 8 lnt
Ðèñ. 7. Ðåëàêñàöèÿ äèýëåêòðè÷åñêîé ïðîíèöàåìîñòè ïüå-
çîýëåìåíòà ïîñëå âîçáóæäåíèÿ ïîñòîÿííûì ýëåêòðè÷å-
ñêèì ïîëåì ðàçëè÷íîé íàïðÿæåííîñòè
À
0,02
0,01
�2,5 �1,5 �0,5 0,5 1,5 Å, êÂ/ìì
Ðèñ. 8. Ïîëåâàÿ çàâèñèìîñòü ñêîðîñòè ðåëàêñàöèè
äèýëåêòðè÷åñêîé ïðîíèöàåìîñòè ïüåçîýëåìåíòà ïîñëå
âîçáóæäåíèÿ ïîñòîÿííûì ýëåêòðè÷åñêèì ïîëåì íàïðÿ-
æåííîñòüþ Å
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2010, ¹ 1
61
ÌÀÒÅÐÈÀËÛ ÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÈ
òåïëî (ïðîïîðöèîíàëüíîå U2/R, ãäå U � âîçáóæäàþ-
ùåå íàïðÿæåíèå; R � ñîïðîòèâëåíèå îáðàçöà â ðå-
çîíàíñå), âûäåëÿþùååñÿ â ÏÊÝ çà ïåðèîä. Ýòî ïðè-
âîäèò ê çíà÷èòåëüíîìó ðàçîãðåâó ÏÊÝ, ÷òî â ñâîþ
î÷åðåäü ñêàçûâàåòñÿ íà ñíèæåíèè ÷àñòîòû.
Óâåëè÷åíèå àìïëèòóäû âîçáóæäàþùåãî íàïðÿæå-
íèÿ íà ÷àñòîòå 3-é ãàðìîíèêè ðåçîíàíñíîé ÷àñòîòû
ïðèâîäèò ê ìåíüøåìó ðàçîãðåâó ÏÊÝ è, ñîîòâåòñòâåí-
íî, ê ìåíüøåìó ñíèæåíèþ ñàìîé ÷àñòîòû. Ýòî îáúÿñ-
íÿåòñÿ ìåíüøèìè, ïî ñðàâíåíèþ ñ ðåçîíàíñíûìè,
ìåõàíè÷åñêèìè äåôîðìàöèÿìè è áîëåå âûñîêèì ñî-
ïðîòèâëåíèåì ÏÊÝ íà ýòîé ÷àñòîòå.
Âîçáóæäåíèå æå ÏÊÝ íà ÷àñòîòå àíòèðåçîíàíñà íå
ïðèâîäèò íè ê ñíèæåíèþ ÷àñòîòû, íè ê ðàçîãðåâó ÏÊÝ,
ò. ê. íà ýòîé ÷àñòîòå îí îáëàäàåò ìàêñèìàëüíûì
ñîïðîòèâëåíèåì è ìåõàíè÷åñêîãî ðåçîíàíñà íå âîç-
íèêàåò.
Òàêèì îáðàçîì, íà ñíèæåíèå ÷àñòîò ïðè óâåëè÷å-
íèè ïåðåìåííîãî íàïðÿæåíèÿ îñíîâíîå âëèÿíèå îêà-
çûâàåò òåìïåðàòóðà ÏÊÝ. Êàê âèäíî èç ðèñ. 2, ìåõà-
íè÷åñêàÿ äîáðîòíîñòü ïðè ýòîì ìîæåò çíà÷èòåëüíî
ñíèçèòüñÿ. Àíàëèç ôîðìóëû äëÿ ðàñ÷åòà Qm ïîêàçàë,
÷òî òàêîå ñíèæåíèå âûçâàíî óâåëè÷åíèåì ñîïðîòèâ-
ëåíèÿ ÏÊÝ íà ðåçîíàíñíîé ÷àñòîòå Rr è åãî åìêîñòè
Ñî â ðåçóëüòàòå ðàçîãðåâà. Ýòî ñëåäóåò èç òîãî, ÷òî
èçìåíåíèå ÷àñòîòû â ðåçóëüòàòå íàãðåâà ñîñòàâëÿåò
2�5%, à èçìåíåíèå ñîïðîòèâëåíèÿ è åìêîñòè ìîæåò
äîñòèãàòü ñîòíè ïðîöåíòîâ (äëÿ äàííûõ çíà÷åíèé òåì-
ïåðàòóðû).
Ïðè ïðîâåäåíèè ýêñïåðèìåíòîâ ïî îïðåäåëåíèþ
ñêîðîñòè âîçâðàùåíèÿ ê èñõîäíûì çíà÷åíèÿì ðåçî-
íàíñíûõ õàðàêòåðèñòèê ÏÊÝ ïîñëå âîçáóæäåíèÿ
(ýëåêòðè÷åñêîãî, òåìïåðàòóðíîãî, ìåõàíè÷åñêîãî)
óñòàíîâëåíî, ÷òî âî âñåõ ÷åòûðåõ ðàññìîòðåííûõ ñëó-
÷àÿõ íàáëþäàåòñÿ äîëãîâðåìåííàÿ ðåëàêñàöèÿ óïðó-
ãèõ ïàðàìåòðîâ ÏÊÝ, ÷òî ñâèäåòåëüñòâóåò î åäèíîì
ìåõàíèçìå, ïðèâîäÿùåì ê ðàñòÿíóòîé âî âðåìåíè ðå-
ëàêñàöèè (äåñÿòêè ÷àñîâ).
Îáúÿñíèòü ýòî ìîæíî ðàññìàòðèâàÿ ïîëÿðèçîâàí-
íóþ ïüåçîêåðàìèêó êàê ïîëèêðèñòàëëè÷åñêîå òåëî
(ðèñ. 9, à), â êîòîðîì ñóùåñòâóåò íåêîòîðàÿ ðàçîðè-
åíòèðîâêà âåêòîðîâ ïîëÿðèçàöèè â ñîñåäíèõ çåðíàõ
(áëîêàõ çåðåí). Íà ðèñ. 9, á ñõåìàòè÷åñêè ïîêàçàíî,
÷òî ïðè ðàçëè÷íîì íàïðàâëåíèè âåêòîðîâ ïîëÿðèçà-
öèè èõ òàíãåíöèàëüíûå è íîðìàëüíûå ïðîåêöèè áóäóò
îòëè÷àòüñÿ. Ñîîòâåòñòâåííî áóäåò îòëè÷àòüñÿ è äåôîð-
ìàöèÿ çåðåí, êîòîðàÿ îïðåäåëÿåòñÿ óðàâíåíèåì
u=dP+QP2, ãäå P � ïîëÿðèçàöèÿ; d � ïüåçîýëåêòðè-
÷åñêèé êîýôôèöèåíò; Q � ýëåêòðîñòðèêöèîííûé êî-
ýôôèöèåíò. Ýòî ïðèâîäèò ê âîçíèêíîâåíèþ íåñêîì-
ïåíñèðîâàííûõ ìåõàíè÷åñêèõ íàïðÿæåíèé, êîòîðûå
íàêàïëèâàþòñÿ íà ãðàíèöàõ çåðåí. Ïîñëå ñíÿòèÿ íà-
ãðóçêè ïðîèñõîäèò ïðîäîëæèòåëüíîå îñëàáëåíèå íà-
êîïëåííûõ íàïðÿæåíèé, ÷òî è ïðèâîäèò ê äëèòåëüíîé
ðåëàêñàöèè ñâîéñòâ.
Äàííûé ìåõàíèçì äåéñòâóåò äëÿ âñåõ ðàññìîòðåí-
íûõ âèäîâ âûâåäåíèÿ ÏÝ èç ðàâíîâåñíîãî ñîñòîÿ-
íèÿ. Ðàçîãðåâ ÏÝ ïðèâîäèò ê åãî ÷àñòè÷íîé äåïîëÿ-
ðèçàöèè, ÷òî, êàê ïîêàçàíî âûøå, ïðèâîäèò ê íàêîï-
ëåíèþ ìåõàíè÷åñêèõ íàïðÿæåíèé íà ãðàíèöàõ çåðåí.
Ìåõàíè÷åñêîå îäíîîñíîå íàãðóæåíèå ÏÝ òàêæå ÷àñ-
òè÷íî äåïîëÿðèçóåò åãî. Ýëåêòðè÷åñêîå âîçáóæäåíèå
ïîëåì ðåçîíàíñíîé ÷àñòîòû ïðèâîäèò êàê ê ðàçîãðå-
âó ÏÝ, òàê è ê åãî äåôîðìàöèè.
Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî äëèòåëüíóþ ðåëàêñàöèþ
ïîñëå ìåõàíè÷åñêèõ äåôîðìàöèé ìîæíî ðàññìàòðè-
âàòü êàê îäèí èç ñïîñîáîâ ñíÿòèÿ ìåõàíè÷åñêèõ íà-
ïðÿæåíèé â ìåòàëëàõ è ñïëàâàõ [7, 8].
Äëÿ òâåðäûõ ðàñòâîðîâ íà îñíîâå öèðêîíàò-òèòà-
íàòà ñâèíöà, â êîòîðûõ ðåàëèçóåòñÿ ñåãíåòîýëåêòðè-
÷åñêîå èëè àíòèñåãíåòîýëåêòðè÷åñêîå ñîñòîÿíèå, ðå-
ëàêñàöèîííûå ïðîöåññû èìåþò äðóãóþ ïðèðîäó [9].
 ñëó÷àå âîçáóæäåíèÿ ïîñòîÿííûì ýëåêòðè÷åñêèì
ïîëåì ïîÿâëåíèå íåîáðàòèìûõ ïðîöåññîâ ñâÿçûâàåòñÿ
ñ îáðàçîâàíèåì â îáðàçöàõ çàðîäûøåé íîâîé ôàçû (äðó-
ãîé ïîëÿðíîñòè). Ýòî ïðèâîäèò òàêæå ê ïîÿâëåíèþ äî-
ïîëíèòåëüíûõ âíóòðåííèõ íàïðÿæåíèé è, êàê ñëåäñòâèå,
ê óâåëè÷åíèþ ñêîðîñòè ðåëàêñàöèè (ðèñ. 8). Òàêèì
îáðàçîì, íà îïèñàííûé âûøå ìåõàíèçì íàêëàäûâàåò-
ñÿ ìåõàíèçì îáðàçîâàíèÿ íîâîé ôàçû.
Âûâîäû
 ðåçóëüòàòå ïðîâåäåííûõ èññëåäîâàíèé áûëî
óñòàíîâëåíî, ÷òî ïîñëå ïðåêðàùåíèÿ âîçáóæäåíèÿ
ñåãíåòîêåðàìèêè åå äèýëåêòðè÷åñêèå è ïüåçîýëåêòðè÷å-
ñêèå ñâîéñòâà äëèòåëüíî ðåëàêñèðóþò ïî çàêîíó,
áëèçêîìó ê ëîãàðèôìè÷åñêîìó.
Óñòàíîâëåíî òàêæå, ÷òî ñóùåñòâóþò îáëàñòè âîç-
áóæäåíèÿ, ïðèâîäÿùèå ê îáðàòèìûì è ê íåîáðàòè-
ìûì ïðîöåññàì.
ÈÑÏÎËÜÇÎÂÀÍÍÛÅ ÈÑÒÎ×ÍÈÊÈ
1. Äæàãóïîâ Ð. Ã., Åðîôååâ À. À. Ïüåçîýëåêòðîííûå óñòðîé-
ñòâà âû÷èñëèòåëüíîé òåõíèêè, ñèñòåì êîíòðîëÿ è óïðàâëåíèÿ.�
Ñ.-Ïá.: Ïîëèòåõíèêà, 1994.
2. Ôåñåíêî Å. Ã., Äàíöèãåð À. ß., Áîðîäèí Â. Ç. è äð. Ïîëÿðè-
çàöèÿ ïüåçîêåðàìèêè.� Èçä-âî Ðîñòîâñêîãî óí-òà, 1968.
3. ÎÑÒ 110444�87. Ìàòåðèàëû ïüåçîêåðàìè÷åñêèå. Òåõíè-
÷åñêèå óñëîâèÿ.
4. Ìàëîâ Â. Â. Ïüåçîðåçîíàíñíûå äàò÷èêè.� Ì.: Ýíåðãîàòî-
ìèçäàò, 1989.
5. Áàëäåâ Ðàäæ. Ïðèìåíåíèå óëüòðàçâóêà.� Ì.: Òåõíîñôåðà,
2006.
6. Priya S., Viehland D. High-power resonant measurements of
piezoelectric materials. Importance of elastic nonlinearities // Journal
of Applied Physics.� 2001.� Vol. 90, N 3.� P. 1469.
7. Íîâèê À., Áåððè Á. Ðåëàêñàöèîííûå ÿâëåíèÿ â òâåðäûõ
òåëàõ.� Ì.: Àòîìèçäàò, 1975.
8. Èãíàòåíêî Ï. È., Èâàíèöèí Í. Ï. Ôèçèêà ïðî÷íîñòè è ïëà-
ñòè÷íîñòè êðèñòàëëîâ.� Äîíåöê: ÄîíÍÓ, 2005.
9. Ishchuk V. M., Samoylenko Z. A., Sobolev V. L. The kinetics
of the local compositional changes of the ferroelectric- antifer-
roelectric interphase boundaries in lead-lanthanum titanate-zirconate
solid solutions // J. Phys.: Condens. Matter.� 2006.� N 18.�
P. 11371.
à) á)
P2n
P2t
P2s
P1s
P1t
P1n
Ðèñ. 9. Ñõåìà êðèñòàëëèòíîé ñòðóêòóðû ïîëÿðèçîâàííîé
ïüåçîêåðàìèêè (à) è òàíãåíöèàëüíûå è íîðìàëüíûå ñî-
ñòàâëÿþùèå âåêòîðîâ ïîëÿðèçàöèè â ñîñåäíèõ çåðíàõ (á)
|