ГОСТ Р 8.945-2018

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

     

Государственная система обеспечения единства измерений

     
СТАНДАРТНЫЕ СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ

     
Теплофизические характеристики пьезокерамик на основе ниобата лития в диапазоне температур от 300 К до 900 К

     
State system for ensuring the uniformity of measurements. Standard reference data. Thermophysical characteristics of piezoceramics based on lithium niobate in the temperature range from 300 K to 900 K

ОКС 17.020

Дата введения 2019-02-01

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Главным научным метрологическим центром "Стандартные справочные данные о физических константах и свойствах веществ и материалов" (ГНМЦ "ССД"), Федеральным государственным бюджетным учреждением науки "Институт физики им.Х.И.Амирханова" Дагестанского научного центра РАН (ИФ ДНЦ РАН)

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 180 "Стандартные справочные данные о физических константах и свойствах веществ и материалов"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 14 августа 2018 г. N 499-ст

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации". Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

     1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на стандартные справочные данные (ССД) о теплопроводности, теплоемкости и температурном коэффициенте линейного расширения пьезокерамик на основе твердых растворов ниобата лития в диапазоне температур от 300 К до 900 К.

Настоящий стандарт предназначен для использования ССД о теплопроводности, теплоемкости и температурном коэффициенте линейного расширения пьезокерамик на основе твердых растворов ниобата лития в диапазоне температур от 300 К до 900 К при разработке новых пьезокерамик с заданными свойствами, а также при создании различных приборов и устройств для ультразвуковых преобразователей.

     2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использована нормативная ссылка на следующий стандарт:

ГОСТ Р 54500.3/Руководство ИСО/МЭК 98-3:2008 Неопределенность измерения. Часть 3. Руководство по выражению неопределенности измерения

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

     3 Общие положения

3.1 Большинство пьезосегнетокерамик (сегнетопьезокерамические материалы - СПМ), серийно выпускаемых в мире, составляют многокомпонентные системы свинцовосодержащих сложных оксидов на основе твердых растворов цирконата-титаната свинца (ЦТС). В соответствии с экологическими требованиями к этим пьезокерамикам необходимо исключить токсичный оксид свинца из технологического процесса и изыскать новые пьезоэлектрические материалы, по свойствам не уступающие ЦТС-керамикам.

Многолетний опыт разработки высокоэффективных СПМ [1]-[7] позволяет получать группу бессвинцовых материалов на основе ниобатов щелочных металлов (НЩМ) - ниобаты лития, натрия, обладающих рядом уникальных свойств, не реализуемых в ЦТС-составах.

Достоинством таких СПМ являются:

- высокая скорость звука, определяющая высокочастотный (ВЧ) диапазон эксплуатации преобразователя, а также возможность получать заданную частоту на менее тонких пластинах, что упрощает технологию изготовления ВЧ-устройств за счет возможности увеличения их резонансных размеров, что, в свою очередь, выгодно и с точки зрения уменьшения емкости преобразователя;

- низкая плотность, приводящая, с одной стороны, к значительному снижению веса изделий, а с другой - к уменьшению акустического импеданса;

- очень низкая диэлектрическая проницаемость, что немаловажно для электрического согласования с генератором и нагрузкой;

- повышенный толщинный коэффициент электромеханической связи;

- достаточная анизотропия пьезосвойств, что позволяет улучшить отношение сигнал/шум и упростить технологию получения, исключив операцию резки материала;

- низкие диэлектрические и умеренные механические потери, что важно для получения коротких импульсов и равномерных амплитудно-частотных характеристик.

При работе в экстремальных условиях наиболее важное значение имеет поведение теплофизических свойств (ТФС) керамических материалов, особенно в областях структурных фазовых переходов, где наблюдаются их аномалии. Поэтому необходимо иметь подробные данные о температурной зависимости теплопроводности, теплоемкости и температурном коэффициенте линейного расширения в широком диапазоне температур (в области структурных фазовых переходов необходимо иметь данные о ТФС через 1°С-2°С).

3.2 ПКР-35 - пьезокерамика, твердый раствор , модифицированный стронцием. Обладает рядом уникальных свойств, не реализуемых в сегнетокерамиках на основе цирконата-титаната свинца: низкая плотность, высокая скорость ультразвука и достаточно высокие пьезохарактеристики при чрезвычайно низкой диэлектрической проницаемости, широкий диапазон механической добротности, высокая температура Кюри, что делает ПКР-35 незаменимой для сверхвысокочастотной пьезотехники.

ПКР-61 - пьезокерамика на основе твердых растворов ниобата лития (0,97+0,03), модифицированных другими химическими элементами. По сравнению с ЦТС-керамиками обладает высокой температурой Кюри (более 1200°С), низкой плотностью и высокой скоростью ультразвука. Имеет повышенную рабочую температуру до 950°С и крайне низкую диэлектрическую проницаемость, особенно благоприятную при использовании в высокочастотных устройствах (пьезодатчики быстроменяющихся давлений генераторного типа в системах контроля объектов, высокотемпературные датчики давления).

ПКР-38 - пьезокерамика (0,97+0,01+0,02) на основе твердых растворов ниобатов лития; является высокотемпературным материалом, температура Кюри более 1200°С, рабочая температура более 1000°С. Отличительная особенность: в интервале температуры от 25°С до 1000°С отсутствуют структурные переходы. Очень чувствительна к изменению давления, влажности и температуры. На ее основе возможно создание пьезодатчиков для кожухов тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) атомных реакторов на быстрых нейтронах, которые способны с высокой точностью регулироваться системой охлаждения (температура кожуха более 600°С).

Имеется достаточное количество работ, посвященных исследованию структуры, пьезосегнетоэлектрических и упругих свойств, возможности применения и создания промышленных пьезодатчиков. Однако исследования их теплофизических свойств (теплопроводность, теплоемкость, температурный коэффициент линейного расширения) в научно-технической литературе не представлены. Принцип работы в экстремальных условиях (высокие температура, давление, влажность) в большой степени зависят от характера и изменения теплофизических свойств. Без наличия достоверных данных о температурной зависимости ТФС, характера их изменений, связанных со структурными фазовыми переходами, невозможно конструировать пьезодатчики с заданными свойствами.

     4 Стандартные справочные данные о теплопроводности, теплоемкости и температурном коэффициенте линейного расширения пьезокерамики

Стандартные справочные данные дают возможность технологам при синтезе получать керамику с заданными свойствами, а разработчикам пьезокерамических устройств выбирать оптимальный режим их работы (температурная область, фазовые переходы, долговечность работы при различных режимах нагрева и охлаждения, способность выдерживать тепловые и ударные нагрузки).

Стандартные справочные данные о теплопроводности, теплоемкости и температурном коэффициенте линейного расширения пьезокерамики ПКР-35 () приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Стандартные справочные данные о теплопроводности, теплоемкости и температурном коэффициенте линейного расширения пьезокерамики ПКР-35 ()