allgosts.ru17. МЕТРОЛОГИЯ И ИЗМЕРЕНИЯ. ФИЗИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ17.020. Метрология и измерения в целом

ГОСТ Р 8.936-2017 Государственная система обеспечения единства измерений. Национальный стандарт. Стандартные справочные данные. Пьезокерамические материалы LiaKbNacNbdTamSbnO3+z[Bi2O3-Fe2O3]. Диэлектрические, пьезоэлектрические и упругие характеристики при температуре 25 °С

Обозначение:
ГОСТ Р 8.936-2017
Наименование:
Государственная система обеспечения единства измерений. Национальный стандарт. Стандартные справочные данные. Пьезокерамические материалы LiaKbNacNbdTamSbnO3+z[Bi2O3-Fe2O3]. Диэлектрические, пьезоэлектрические и упругие характеристики при температуре 25 °С
Статус:
Действует
Дата введения:
03/01/2018
Дата отмены:
-
Заменен на:
-
Код ОКС:
17.020

Текст ГОСТ Р 8.936-2017 Государственная система обеспечения единства измерений. Национальный стандарт. Стандартные справочные данные. Пьезокерамические материалы LiaKbNacNbdTamSbnO3+z[Bi2O3-Fe2O3]. Диэлектрические, пьезоэлектрические и упругие характеристики при температуре 25 °С



ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ

СТАНДАРТ

РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ

ГОСТР

8.936—

2017

Государственная система обеспечения единства измерения

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ. СТАНДАРТНЫЕ СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ

Пьезокерамические материалы LiaKbNacNbdTamSbn03+z[Bi203-Fe203]. Диэлектрические, пьезоэлектрические и упругие характеристики при температуре 25 °С

Издание официальное

Москва

Стамдартинформ

2018

ГОСТ Р 8.938—2017

Предисловие

1    РАЗРАБОТАН Главным научным метрологическим центром «Стандартные справочные данные о физических константах и свойствах веществ и материалов» (ГНМЦ «ССД»), Научно-исследовательским институтом физики Южного Федерального университета (НИИ физики ЮФУ)

2    ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК180 «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 22 декабря 2017 г. № 2073-ст

4    ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. Wp 162-ФЗ «О стандартизации е Российской Федерации». Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется е ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе «Национальные стандарты», а официальный текст измененийи поправок — е 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 ()

€> Стандартинформ. 2018

Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

И

ГОСТ Р 8.936—2017

Содержание

1    Область применения..................................................................1

2    Нормативные ссылки..................................................................1

3    Общие положения....................................................................1

Приложение А (справочное) Характеристики пьезокерамик...................................4

Библиография.........................................................................9

ГОСТ Р 8.936—2017

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственная система обеспечения единства измерений

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ.

СТАНДАРТНЫЕ СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ

Пьезокерамические материалы LiaKbNacNbdTamSbn0^z[Bi20)»Fe203]. Диэлектрические, пьезоэлектрические и упругие характеристики при температуре 25 *С

State system (or ensuring the uniformity of measurements. National standard. Standard reference data. Pyezoceramic materials LiaKt,NacNbaTan,SbnOa+z[BizO_j-Fe2OJ. Dielectric, piezoelectric and elastic properties

at the temperature of 25 *C

Дата введения — 2018—03—01

1    Область применения

Настоящий стандарт распространяется на стандартные справочные данные (ССД) о диэлек-фических. пьезоэлектрических и упругих характеристиках пьезикерамических материалов состава LiaKt)NacNbdTamSbn03+z(Bi203-Fe2OaJ при температуре 25 *С.

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

Прим еча нив — 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 ухазателя «Национальные стандарты» за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, го 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 Основой для составления таблиц явились данные, приведенные в таблицах А.2. А.З приложения А.

Табличные данные рассчитаны согласно [1] с применением методик [2] и [3]. отображают значения характеристик пьеэокерамических материалов состава LiaKBNacNbdTamSbn03+z[Bi203-Fe20;i) при температуре 25 *С, приведенных в 3.1.1—3.1.6.

Издание официальное

1

ГОСТ Р 8.936—2017

3.1.1    Относительная диэлектрическая проницаемость (с/е0) — отношение индуцированного в электрическом поле заряда на обкладках конденсатора, заполненного диэлектриком, к заряду, индуцированному в том же поле на обкладках того же конденсатора с вакуумным промежутком. е/с0 рассчитывают по формуле

f/i0 = 14.4 C0 ф,    (1)

где С0 — емкость образца. Ф: d — диаметр образца, м; t — толщина образца, м.

3.1.2    Относительная диэлектрическая проницаемость. 3 Д0. поляризованного образца в форме диска в направлении, параллельном его оси поляризации, в условиях постоянного давления.

3.1.3    Тангенс угла диэлектрических потерь (tg б) — тангенс угла между векторами плотностей переменного тока проводимости и тока смещения диэлектрика на комплексной плоскости.

3.1.4    Коэффициент электромеханической связи планарной моды колебаний (Кр) — показатель эффективности преобразования электрической энергии в механическую энергию или преобразования механической в электрическую. Кр рассчитывают по формуле

где I) — наименьший положительный корень частотного уравнения Бесселя, выбирающийся в соответствии с таблицей 9 [1); о — планарный коэффициент Пуассона (см. [1]); ft/а1 — частоты резонанса и антирезонанса для первой гармоники. Гц.

3.1.5 Пьезоэлектрический модуль (с^, пКл/Н) — наведенная поляризация в направлении / на единицу механического давления, приложенного в направлении /, или величина деформации в направлении /на единицу напряженности электрического поля, приложенного в направлении j; направление 3 — параллельно оси поляризации. 1 — перпендикулярно оси поляризации. |da,| рассчитывают по формуле

К

31

0.188 Кр 10-5

71

(3)

где г — радиус образца, м;

р — измеренная плотность образца, определяемая методом гидростатического взвешивания в октане. г/м3.

3.1.6 Механическая добротность планарной моды колебаний (Qm) — отношение реактивного сопротивления к сопротивлению последовательной электрической цепи, эквивалентной пьеэокерамиче-скому элементу. Qm рассчитывают по формуле

(4)

где R — сопротивление образца, измеренное на частоте резонанса первой гармоники. Ом.

3.2 Стандартные справочные данные о диэлектрических, пьезоэлектрических и упругих характеристиках пьезокерамических материалов состава LiaKt,NacNbdTamSbn03+z[Bi203-Fe203] при температуре 25 *С приведены в таблице 1.

Таблица 1 —Стандартные справочные данные о диэлектрических, пьезоэлектрических и упрутих характеристиках пьеэокерамичесхих материалов состава l-JaKt)NacNb(JTafnSbn03+z{Bi203-Fe203] при температуре 25 *С

Параметр

Значение показателя для пьезоэлектрического материала

NKLT-1

NKLT-2

NKLT-3

Na20. масс %

8.70

8.66

8,61

К20. масс %

11.26

11.21

11.15

2

ГОСТ Р 8.936—2017

Окончание таблицы 1

Параметр

Значение показателя дпя пьезоэлектрического материала

NKLT-1

NKLT-2

NKLT-3

Nb20$, масс %

62.19

61.86

61.59

ЦО. масс %

0.49

0.49

0.49

Та^Оа, масс %

11.49

11.43

11.37

Sb2Oa, масс %

5.37

5.34

5.31

FejOj. масс %

0.37

0.74

1.10

BijOj, масс %

0.13

0.25

0.36

«мАо

602

603

603

«р

0.50

0.51

0.50

|d31|. пКл/Н

61

63

62

tfjj, пКл/Н

157

162

162

^зэ/^ззАс- пм®

6.4

6.6

6.6

ом

104

115

110

Vf to 3, wfc

4.671

4.745

4.750

9зз- ' м/Н

29.5

30.4

30.3

3

ГОСТ Р 8.936—2017

Приложение А (справочное)

Характеристики пьезокерамик

А.1 Уже более 30 лет подавляющая часть пьезотвхничесхой продукции базируется на композициях, содержащих в своей структуре токсичные элементы (в частности — РЬ). Однако е последние годы Евросоюзом был принят ряд мер. направленных на защиту окружающей среды (4], приведших к тому, что огромное внимание в физическом материаловедении стало уделяться поиску нетоксичных пьезоэлектрических материалов, которые могут использоваться (е том числе и заменить используемые Pb-содержащие материалы) в различных сферах современной техники как в виде активных элементов (пьезоэлемент и пр.), так и в качестве основ для создания функциональных элементов (многоспойники и пр.). При этом заключения такой ведущей аналитической фирмы, как YOLA (Франция). говорят о том. что рынок данной продукции будет только расширяться и потребность в таких структурах будет только увеличиваться. Одними из наиболее перспективных основ для создания подобных структур являются материалы нз основе ниобата натрия, калия и лития.

Представленные таблицы являются обобщением работ, проводимых в отделе интеллектуальных материалов и нанотехнологии Научно-исследовательского института физики Южного Федерального университета (ЮФУ), по созданию и подготовке справочных данных диэлектрических и пьезоэлектрических характеристик новых бес-свинцовых керамик.

А.2 Экспериментальные результаты. Обсуждение

В НИИ физики ЮФУ были проведены обширные исследования свойств керамик на основе ниобата натрия. калия и лития в соответствии с [1] с использованием аттестованных методик [2] и [3]. Для разработки ССД были отобраны результаты исследований характеристик семи керамических образцов каждого из исследуемых составов, полученных с использованием одинаковых регламентов синтеза и спекания (температура Т. время т) (таблица А.1).

Таблица А.1 — Концентрации компонентов, регламенты синтеза и спекания исследуемых керамик

Параметр

Значение показателя для пьезоэлектрического материала

NKLT-1

NKLT-2

NKLT-3

Na20. масс %

8.70

8.66

8.61

KjO. масс %

11.26

11.21

11.15

NbgOj. масс %

62.19

61.88

61.59

U20. масс %

0.49

0.49

0.49

Ta2Os. масс %

11.49

11.43

11.37

ЭЬ2Оэ. масс %

5,37

5.34

5.31

FezOa, масс %

0.37

0.74

1.10

BijOj, масс %

0.13

0.25

0.38

Г«нт к

1123

1123

1123

1 1. С

1

1

1

СМИТ '

ГШ2.К

1143

1143

1143

*синт 2-с

6

6

6

1. к

1173

1173

1173

*соек1-с

2

2

2

По данным рентгенофаэоеого анализа установлено, что получены беспримесные керамические образцы пьезокерамик NKLT-1. NKLT-2 и NKLT-3, которым свойственны достаточно высокие значения рсг|и 92—94 %, что приемлемо для материалов, полученных по обычной керамической технологии (5]. Результаты измерения диэлектрических. пьезоэлектрических и упругих характерней» исследуемых составов NKLT-1, NKLT-2 и NKLT-Э при температуре 25 °С приведены в таблицах А.2—А.4.

4

ГОСТ Р 8.936—2017

Таблица А.2. —Основные электрофизические характеристики керамики NKLT-1

Параметр

Керамические образцы

1

2

Э

4

S

в

7

Na20. масс %

8.70

6.70

8.70

8.70

8.70

8.70

8.70

К20. масс %

11.26

11.26

11.26

11.26

11.26

11.26

11.26

Nb2Og. масс %

62.19

62.19

62.19

62.19

62.19

62,19

62.19

U20. масс %

0.49

0.49

0.49

0.49

0.49

0.49

0.49

Та205, масс %

11.49

11.49

11.49

11.49

11.49

11.49

11.49

Sb2Os. масс %

5.37

5.37

5.37

5.37

5.37

5.37

5.37

Fe^Oj. масс %

0.37

0.37

0.37

0.37

0.37

0.37

0.37

Bi2Oj, масс %

0.13

0.13

0.13

0.13

0.13

0.13

0.13

602

601

600

608

602

603

602

«р

0.50

0.50

0.50

0.50

0.50

0.50

0.50

|tfai|. пКл/Н

61

61

60

61

60

61

61

d-sу пКл/Н

157

156

157

155

157

155

156

dM IfUfic •т1В

6.4

6.4

6.4

6.4

6.4

6.4

6.4

QM

104

102

104

102

103

103

104

Vf Ю э. мГс

4.67

4.67

4.67

4.67

4.67

4.67

4.67

мВ - м^Н

29.5

29.5

29.4

29.5

29.6

29.5

29.5

Таблица А.З — Основные электрофизические характеристики керамики NKLT-2

Параметр

Керамические образцы

1

2

Э

4

5

в

7

Na20. масс %

8.66

8.66

8.66

8.66

8.66

8.66

8.66

К^О. масс %

11.21

11.21

11.21

11,21

11.21

11.21

11.21

Nb205, масс %

61.88

61.88

61.88

61.88

61.88

61.88

61.88

U20. масс %

0.49

0.49

0.49

0.49

0.49

0.49

0.49

Тэ205. масс %

11.43

11.43

11.43

11.43

11.43

11.43

11.43

Sb2Og. масс %

5.34

5.34

5.34

5.34

5.34

5.34

5.34

Fe2Oa. масс %

0.74

0.74

0.74

0.74

0.74

0.74

0.74

Bi2Oj, масс %

0.25

0.25

0.25

0.25

0.25

0.25

0.25

600

602

603

603

603

601

601

«Р

0.51

0.51

0.51

0.51

0.51

0.51

0.51

|d31|. пКл/Н

61

62

63

63

63

62

61

tfjj, пКл/Н

160

160

162

163

162

162

161

5

ГОСТ Р 8.936—2017

Окончание таблицы А.З

Параметр

Керамические образцы

1

2

3

4

S

6

7

d»/^»Ao • пи/в

6.6

6.6

6.6

6.6

6.6

6.6

6.6

Ом

110

112

115

115

114

115

110

Vf Ю-3. м/с

4.745

4.745

4.745

4.745

4.745

4.745

4.745

д33. мВ - м/Н

30.3

30.3

30.4

30.4

30.4

30.4

30.3

Таблица А.4 — Основные электрофизические характеристики керамики NKLT-3

Параметр

Керамические образцы

1

2

3

4

б

в

7

Na^O. масс %

8.61

8.61

8.61

8.61

8.61

8.61

8.61

К20. масс %

11.15

11.15

11.15

11.15

11,15

11.15

11.15

Nb2Os. масс %

61.59

61.59

61.59

61.59

61.59

61.59

61.59

У20. масс %

0,49

0.49

0.49

0.49

0.49

0.49

0.49

Та^Оь. масс %

11.37

11.37

11.37

11.37

11.37

11.37

11.37

Sb^03. масс %

5.31

5.31

5.31

5.31

5.31

5.31

5.31

Fe203, масс %

1.10

1.10

1.10

1.10

1.10

1.10

1.10

BijOj, масс %

0.38

0.38

0.38

0.38

0.38

0.38

0.38

ЕззАо

602

603

603

603

602

603

603

X,

0.50

0.50

0.51

0.50

0.50

0.50

0.51

nKrVH

62

61

62

61

62

63

62

d33. пКл/Н

162

162

161

162

162

164

162

^зз/АззАз-

6.6

6.6

6.6

6.6

6,6

6.6

6.6

Ом

97

105

110

109

110

107

108

Vf .10-*. м/с

4.750

4.750

4.750

4.750

4,750

4.750

4.750

д33. мВ м/Н

302

30.3

30.3

30.3

30.3

30.3

30.3

Указанные параметры материалов NKLT-1, NKLT-2 и NKLT-3 превышают таковые в сравнении с аналогами [6]. [7]. Низкое значение относительной диэлектрической проницаемости eJj Д0 - 600 данных материалов определяет их основное назначение — использование в высокочастотных преобразователях, работающих в диапазоне частот 4.5—5.4 МГц. Это следует прежде всего из того, чго твердые растворы на основе ниобатов щелочных металлов могут использоваться в качестве резонансных элементов пьезоэлектрических преобразователей в высокочастотных и очень высокочастотных диапазонах. Высокие значения Кр - 0.5. д33 - 30 мВ - ы/Н и низкие значения QM - 115 в сочетании с низким значением относительной диэлектрической проницаемости Ej3 Д0 - 600 данных материалов позволяет использовать их в ультразвуковых пьезокерамических преобразователях. предназначенных для работы в воздушной среде в качестве излучателей и приемников в системах дистанционного управления, индикаторах близости препятствий в устройствах для измерения скорости тазового потока.

6

ГОСТ Р 8.936—2017

А.З Оценка достоверности данных

Суммарные погрешности измерений диэлектрических, пьезоэлектрических и упругих характеристик исследуемых объектов представлены в таблице А.5.

Таблица А.5— Суммарные погрешности измерений электрофизических параметров

Параметр

Значение А

ДА/А.Ч

'мАв

250—5000

1.0

0.2—0.3

5.0

0.3—0.4

2.0

0.4—0.5

1.5

0.5—0.7

1.0

|rf,,|. ntoVH

20—30

5.0

30—40

2.0

d33. пКл/Н

40—100

3.0

100—700

2.0

?ЗЭ- мВ - м/Н

16—40

2.0

5060

10

600—5000

20

tgS- 102

0.3—20.0

5.0

Vе Ю». м/с

2.6—4.0

0.3

А.4 Оценка стандартного отклонения от среднего значения

В связи с тем. что все аттестуемые характеристики являются рассчитываемыми величинами (погрешности определения приведены в таблице А.5), для каждой из них была проведена оценка экспериментального стандартного отклонения от среднего значения по формулам (А.1), (А.2) в соответствии с ГОСТ Р 54500.3/Руководство ИСО/МЭК 98-3:2008

<А-2)

Iя' Ч-t

где q — среднее арифметическое экспериментальное стандартное отклонение от среднего зкачешя величины qk: к — номер измерения:

—измеряемая величина.

Таблица А.6 — Экспериментальные стандартные отклонения от среднего значения электрофизических параметров

Параметр

NKLT-1

NKLT-2

NKLT-3

*33 До

2.57

1.214

0.49

Кр

0.001

0.001

0.0049

|d„|. пКл/Н

0.49

0.89

0.69

7

ГОСТ Р 8.936—2017

Окончание таблицы А.6

Параметр

NKLT-1

NKLT-2

NKLT-3

dss, nK/VH

0.89

1.13

0.89

«V^wAo 'ПМ/В

0.008

0.009

0.0069

0.89

2.31

4.577

V* Ю5. м/с

0.0002

0.004

0.0034

g_jj. мВ - м/Н

0.058

0.053

0.048

8

ГОСТ Р 8.936—2017

Библиография

|1] ОСТ 11 0444—67 Материалы пьезокерамические. Технические условия

(2]    ГСССД МЭ 164—2011 Методика экспериментального определения комплексной диэлектрической проницаемости. тангенса угла диэлектрических потерь, температуры Кюри диэлектрических материалов в широком диапазоне температур 10 К — 1000 К. частот 10~3 Гц — 15 • 10* Гц электрического измерительного поля II Резниченко ЛА. Вербенко ИА. Павленко А.В. Дел. в ФГУП оСТАНДАРТИНФОРМ» 03.05.2011. Nfl 876а — 2011кх

(3]    ГСССД МЭ 183—2011 Методика экспериментального определения пьезоэлектрических и упругих характеристик; льеэомодулей. коэффициентов электромеханической связи, механической добротности, модуля Юнга, скорости звука, пьезоэлектрического коэффициента (льезочувствительносги) — различных сегнвтопьезо-электрических материалов в широком диапазоне температур 10 К — 1000 К // Резниченко Л.А., Андрюшин К.П.. Павленко А.В.. Вербенко ИА Деп. в ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ» 03.05.2011. N9 875а — 2011кк

(4]    Директива 2002/95/ ЕС. Ограничение содержания вредных веществ

(5]    Фесенко Е.Г. Семейство пероескита и свгнетоэлектричество. М.: Атомиздат. 1972. — 248 с.

(6]    Бессвинцовый преобразователь на основе щелочного ниобата для ультразвуковых сварных соединений II Датчики и приводы) А. 2009. № 150. Р. 267—271 (Tact Lee. K.W. Kwok. H.L. U. H.L.W. Chan. Lead-free alkaline mo bate-based transducer for ultrasonic wirebonding applications II Sensor and Actuators)

(7]    Взаимосвязи между кристаллической структурой и электрическими свойствами керамики Ц066^^$05К-Л«5(АЙ>1-уГвРО3^ 2012.№ зв-R 327—330 (Seock N.S.. Jeong Н.С.. Byung I.K.. Eung S.K. Relationships between crystal structure and electrical properties of (-<0X6^9s)t-xki.S4s(^i-y^ay)^3 ceramics H Ceramics International)

9

ГОСТ Р 8.930—2017

УДК 669./539.5*536.6/:006.354    ОКС 17.020

Ключевые слова: стандартные справочные данные, вещества, материалы, свойства, неопределенность

10

БЗ 3—2018/3

Редактор Л.В. Коретникова Технический редактор В.Н. Прусакова Корректор Е.Р. Ароян Компьютерная верстка Ю.В. Поповой

Сдано а набор 19.02.2016. Подписано в печать 02.03.2016. Формат 60 * 64 Vg.

Усп. печ.л. 1,66. Учлиад. п. 1.69. Тираж 24 экэ.    3at. 369

Подготовлено на основе электронной версии, предоставленной разработчиком

ИД «Юриспруденция», 115419. Москва, ул. Орджоникидзе. Н. •rwwyjnsizdat.ro

Гарнитура Ариал. стандарта

Издано и отпечатано во ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ». 123001, Москва. Гранатный пер., 4.