ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕНЕРИРУЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ОСНОВЕ ЦИРКОНАТА-ТИТАНАТА СВИНЦА С НИЗКИМ СОДЕРЖАНИЕМ ТИТАНА
Аннотация
Данная статья посвящена твердым растворам на основе ЦТС как основы активных элементов для разовых импульсных источников энергии. В статье оценена генерирующая способность пьезокерамического материала на основе цирконата-титаната свинца с низ- ким содержанием титана (Zr/Ti 0,94/0,06 + 1 % Nb2O5) при его ударном нагружении. В таких материалах фазовый переход, индуцированный давлением (одноосным, импульс- ным гидростатическим или ударной волной), происходит из полярной сегнетоэлектриче- ской фазы в неполярную антисегнетоэлектрическую. Высвобождаемая энергия в этом случае на порядок выше, чем при пьезоэффекте. Мерой накопления электрического заряда является значение остаточной поляризации, пропорциональное электрической энергии, высвобождаемой при фазовом переходе. В ходе работы получены основные электрофизи- ческие параметры исследуемого материала: относительная диэлектрическая проницае- мость, тангенс угла диэлектрических потерь в слабых полях, пьезомодуль . Получен ряд численных значений остаточной поляризации исследуемого материала несколькими мето- дами: термической деполяризаций и ударным нагружением; рассчитана плотность накоп- ленной энергии как отношение остаточной поляризации к двум абсолютным диэлектриче- ским проницаемостям. Проведены оценка генерирующей способности исследуемого мате- риала и сравнительный анализ с промышленно выпускаемым пьезокерамическим материа- лом ЦТС-19. Установлено, что плотность накопленной энергии у исследуемого материала на два порядка выше, чем у ЦТС-19. Также стоит отметить, что индуцированный давле- нием фазовый переход из сегнетоэлектрической в антисегнетоэлектрическую фазу для материалов с низким содержанием титана происходит при значительно меньших давле- ниях, чем в материалах, находящихся вблизи морфотропной границы. Такое поведение обу- словлено тем, что энергии состояний сегнетоэлектрической и антисегнетоэлектрической фаз отличаются незначительно, поэтому достаточно относительно небольшого внешнего воздействия (давления или электрического поля), чтобы нарушить существующую ста- бильность и перевести пьезокерамику из одного фазового состояния в другое. Этот факт оказывает положительное влияние на генерирующую способность элементов, изготовлен- ных из исследуемого материала, так как при воздействии высокого давления происходит сильное снижение электрического сопротивления пьезокерамики, и значительная часть электрической энергии может рассеиваться в самом пьезоэлементе.
