§ 85. Сегнетокерамика
Среди рассмотренных керамических конденсаторных материалов особое место занимает титанат бария (BaTiO3) , отличающийся очень большим значением диэлектрической проницаемости (е= 1500-М700) при комнатной температуре. Такая большая величина диэлектрической проницаемости у титанато-бариевой керамики обусловлена интенсивно развивающимся в этом диэлектрике процессом самопроизвольной поляризации, которая наблюдается у материалов — сегнетоэлектриков (см. § 36).
Особенно большое значение диэлектрическая проницаемость титаната бария достигает в точке Кюри (см. рис. 58), что связано с изменением кристаллической структуры материалов. Вводя в титанат бария другие титанаты, например титанат стронция (SrTiO3), можно смещать точку Кюри в область более высоких или более низких температур, в зависимости от взятого соотношения указанных титанатов.
Основные характеристики конденсаторных керамических материалов
Из титанато-бариевой керамики изготовляют только конденсаторы низкой частоты и постоянного тока, так как электрические характеристики титаната бария невысоки (см. табл. 47).
Рис. 151. Электрический гистерезис у сегнетоэлектрического материала
Титанат бария относится к сегнетоэлектрикам, т. е. к таким материалам, у которых наблюдаются большие значения е и электрический гистерезис — отставание изменения величины электрического заряда Q от изменения напряжения U (рис. 151). В области температур ниже точки Кюри сегнетоэлектрические материалы показывают ярко выраженную нелинейную зависимость диэлектрической проницаемости от напряженности электрического поля (рис.
152). При температуре выше точки Кюри зависимость диэлектрической проницаемости от напряженности электрического поля исчезает. Эти свойства титаната бария используются в электрических счетно-решающих устройствах и в температурных датчиках.
Титанат бария представляет собой керамический сегнетоэлектрик *, который обладает еще пьезоэлектрическими свойствами. Они проявляются только у поляризованных образцов (пластинок) титаната бария, которые подвергаются предварительной обработке в постоянном электрическом поле.
*До титаната бария единственным сегнетоэлектрическим материалом была сегнетова соль (натриево калиевая соль винной кислоты).
Рис. 152. Зависимость диэлектрической проницаемости сегнетоэлектрического материала — титаната бария от напряженности электрического поля
Пьезоэлектрические свойства состоят в том, что если поляризованную пластинку из титанато-бариевой керамики подвергнуть сжатию, то на противоположных сторонах этой пластинки возникнут электрические заряды, противоположные по знаку. Появление электрических зарядов на противоположных сторонах пластинки вызовет разность электрических потенциалов, которую можно измерить. То же самое будет происходить при растяжении пластинки, но только заряды изменят свои знаки. Если же к пластинке приложить переменное напряжение, то она начнет вибрировать.
Таким образом, с помощью пьезоэлементов (пластинка титаната бария или кварца) можно превращать механическую работу в электрическую энергию и наоборот. Пьезоэлектрические свойства титаната бария,,
кварца и других материалов используют в звукоснимающей и в звукозаписывающей аппаратуре. Пьезоэлектрическими свойствами обладает также природный кварц , но у пластинок природного кварца пьезоэффект выражен слабее по сравнению с титанатом бария. Титанато-бариевые пьезоэлементы применяют для возбуждения колебаний в ультразвуковых установках, а также для измерении давления п для других подобных целей.
Изготовленные из титанато-бариевой керамики пьезоэлементы подвергают предварительной поляризации в нагретом состоянии (их выдерживают под постоянным напряжением в течение 1 —1,5 ч). Неполяризованные пластинки из титанато-бариевой керамики не обладают пьезоэлектрическими свойствами. К настоящему времени создано большое количество керамических сегнетоэлектриков.
