Сегнетокерамика

Сегнетокерамика широко используется в технике, в частности в электро- и радиотехнике, в первую очередь в качестве диэлектрической прослойки в конденсаторах, поскольку даже в поляризованном состоянии сегнетоэлектрики остаются хорошими изолятороми с большой диэлектрической проницаемостью. В то же время за счет поляризации сегнетоэлектрики способны накапливать электрический заряд, поэтому сегнетокерамика используется для изготовления низкочастотных малогабаритных конденсаторов, варикондов, и других активных элементов электрических схем.

Для получения оптимальных свойств керамики используют твердые растворы сегнетоэлектрических материалов, что позволяет регулировать значения, смещать температуру Кюри и т. д. Для регулирования температурных зависимостей параметров конденсаторов в состав сегнетокерамики вводят различные добавки. В большинстве случаев конденсаторные сегнетокерамики содержат несколько кристаллических фаз.

Такая сегнетокерамика имеет максимально высокое значение диэлектрической проницаемости, которая мало зависит от температуры, низкие диэлектрические потери, высокую электрическую прочность и минимальную зависимость диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь от напряженности электрического поля.

Для разных типов конденсаторов используют различные сегнетокерамические материалы. Одним из основных материалом для изготовления сегнетокерамики является титанат бария и твердые растворы на его основе, например твердый раствор SrTiO₃ и CaTiO₃ в BaTiO₃. Такой материал предназначен для изготовления низковольтных и высоковольтных конденсаторов, работающих при комнатной температуре и имеет следующие характеристики: = 6000-7500 (при 20^оС), tg 0, 03 (при 1кГц и 20^оС), = 10⁹-10¹¹Ом.м, Епр 2, 5 МВ/м.

Для изготовления конденсаторной сегнетокерамики также используют добавки, которые «размывают» сегнетоэлектрический фазовый переход, что приводит к сглаживанию температурной зависимости диэлектрической проницаемости. Одна из важнейших характеристик сегнетокерамики для варикондов — коэффициент нелинейности (отношение максимального значения диэлектрической проницаемости к начальной диэлектрической проницаемости). При производстве керамики для варикондов используют твердые растворы системы Ba(Ti, Sn)O₃ или Pb(Ni, Zr, Sn)O₃.

Обычная керамика на основе сегнетоэлектриков изотропна и не обладает пьезоэлектрическим эффектом. После выдержки сегнетокерамики в сильном постоянном поле (Е=2-4МВ/М) при температуре 100-150^оС в течение 1-2 часов, происходит ее поляризация. В поляризованной сегнетокерамике — пьезокерамике — механическая деформация создает значительный электрический заряд, и наоборот, под влиянием приложенного электрического поля происходит деформация образца. Сдвиг поляризации в результате механической деформации происходит, если в кристаллах сегнетоэлектрической керамики заряды расположены несимметрично относительно центра кристаллической ячейки кристалла.

На сегнетоэлектрической керамике изготавливают модуляторы света, позволяющие управлять интенсивностью световых пучков. Принцип действия модуляторов света основан на изменении коэффициента преломления света при приложении электрического поля к образцу из такой керамики.