Исследование акустических параметров монокристаллов лантан-галлиевого танталата, подвергнутых циклической деформации и термоудару

Памяти профессора, доктора физ.-мат. наук Евгения Кадыровича Наими —учителя, ученого, друга.

Методом внутреннего трения с использованием составного пьезоэлектрического вибратора (частоты — 10⁵ Гц) исследовали влияние анизотропии кристаллов и дефектов структуры, образовавшихся при механической циклической деформации и термоударе, на акустические параметры: фазовую скорость, коэффициент затухания, добротность объемной акустической волны (ОАВ). В анизотропных пьезоэлектрических монокристаллах лантан-галлиевого танталата (ЛГТ, La₃Ta_0,5Ga_5,5O₁₄) наблюдается анизотропия значений эффективного модуля Юнга (E), фазовой скорости ОАВ (У_ф), коэффициента затухания и добротности. Циклическая деформация образцов ЛГТ (нагрузка — 2,5 кН, количество циклов нагружения — до 5 • 10⁵, частота циклирования нагрузки — 100 Гц) и термоудар (от 100 - 120 °C) не влияют на E и У_ф, которые составляют: для Хюреза — 111 ГПа и 4250 м/с; для Z-среза — 181 ГПа и 5430 м/с соответственно. При этом коэффициент затухания продольной ОАВ после циклической деформации увеличивается в 1,5-2 раза в обоих типах образцов, что, следовательно, ведет к падению добротности в два раза. Термоудар практически не меняет коэффициент затухания и добротность в образцах Х-среза. В Z- образцах он приводит к повышению в три раза коэффициента затухания и падению добротности. Поэтому чувствительные элементы пьезодатчиков давления на основе лангатата следует защищать от термоудара выше 150 °C, а общее количество механических циклов сжатия материала не должно превышать 5 • 105 циклов (частота — 100 - 150 Гц, нагрузка — не выше 2,5 кН).

1. Тяпунина Н. А., Наими Е. К., Зиненкова Г. М. Действие ультразвука на кристаллы с дефектами. — М.: Изд-во МГУ, 1999. — 238 с.

2. Наими Е. К. Анизотропия дислокационного внутреннего трения в реальных кристаллах: автореферат дис. ... докт. физ.-мат. наук. — М., 1993. — 37 с.

3. Наими Е. К., Бузанов О. А., Федосеев С. А. Влияние кристаллографической ориентации образца на параметры объемных акустических волн в лангасите при частотах 10-5 Гц / Материалы электронной техники. 2005. № 2. С. 39 - 43.

4. Наими Е. К., Степанова В. А. Влияние материала контейнера на пьезоэлектрические и акустические характеристики кристаллов лангасита / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2014. Т. 80. № 12. С. 25 - 30.

5. Mill B. V, Pisarevsky Yu. V Langasite-type materials: from discovery to present state / Proc. 2000 IEEE Inter. Frequency Control Symp. 2000. P 133 - 144.

6. Милль Б. В., Буташин А. В., Ходжабагян Г. Г. и др. Модифицированные редкоземельные галлаты со структурой Ca3Ga2Ge4O14 / Доклады академии наук СССР. 1982. Т. 264. № 6. С. 1385 - 1389.

7. Панич А. А., Мараховский М. А., Мотин Д. В. Кристаллические и керамические пьезоэлектрики / Инженерный вестник Дона. 2011. Т. 15. № 1. С. 53 - 64.

8. Пат. 2108418 РФ, С1, МКИ6 С 30 В 29/34,15/00. Способ выращивания монокристаллов лантан-галлиевого силиката / Бузанов О. А.; заявитель и патентообладатель ТОО «ФОМОС» — № 97103750/25; заявл. 12.03.97; опубл. 10.04.1998. Бюл. № 10.

9. Пат. 2126063 РФ, С1, МКИ6 С 30 В 29/34,15/00. Способ получения шихты для выращивания монокристаллов лантангал-лиевого силиката / Кознов Г. Г.; заявитель и патентообладатель «Рафида Девелопментс Инкорпорейтед (GB)» — № 96118840/25; заявл. 23.09.96; опубл. 10.02.98. Бюл. № 4.

10. Araki N. et al. Origin of piezoelectricity for langasite A3Ga5SiO14 (A = La and Nd) under high pressure / Journal of the European Ceramic Society. 2007. N 27. P 4099 - 4102.

11. Блантер М. С., Пигузов Ю. В., Ашмарин Г. М. и др. Метод внутреннего трения в металловедческих исследованиях. — М.: Металлургия, 1991. — 248 с.

12. Бузанов О. А., Козлова Н. С., Забелина Е. В. и др. Влияние условий получения на оптические спектры пропускания и электрофизические свойства кристаллов группы лантан-галлиевого силиката / Материалы электронной техники. 2010. № 1. С. 14 - 19.

13. Пьезоэлектрические материалы и приборы. http://www.ne-wpiezo.com (дата обращения: 13.02.2018).

14. Кугаенко О. М., Петраков В. С., Уварова С. С. и др. Пластическая деформация пьезоэлектрических кристаллов лантан-галлиевого танталата при циклических механических воздействиях / Деформация и разрушение материалов. 2012. № 2. С. 16 - 21.

15. Аронова А. М., Бережкова Г. В., Буташин А. В. и др. Прочность и пластичность монокристаллов La3Ga5SiOi4 / Кристаллография. 1990. С. 933 - 938.