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

ГОСТ Р 8.937-2017 Государственная система обеспечения единства измерений. Национальный стандарт. Стандартные справочные данные. Сегнетопьезоэлектрические керамические материалы на основе ниобатов натрия и калия. Диэлектрические и пьезоэлектрические характеристики при температурах от 0 до 100 °С

Обозначение:
ГОСТ Р 8.937-2017
Наименование:
Государственная система обеспечения единства измерений. Национальный стандарт. Стандартные справочные данные. Сегнетопьезоэлектрические керамические материалы на основе ниобатов натрия и калия. Диэлектрические и пьезоэлектрические характеристики при температурах от 0 до 100 °С
Статус:
Действует
Дата введения:
03/01/2018
Дата отмены:
-
Заменен на:
-
Код ОКС:
17.020

Текст ГОСТ Р 8.937-2017 Государственная система обеспечения единства измерений. Национальный стандарт. Стандартные справочные данные. Сегнетопьезоэлектрические керамические материалы на основе ниобатов натрия и калия. Диэлектрические и пьезоэлектрические характеристики при температурах от 0 до 100 °С



ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО

ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ

СТАНДАРТ

РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ

ГОСТР

8.937—

2017

Государственная система обеспечения единства измерений

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ. СТАНДАРТНЫЕ СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ

Сегнетопьезоэлектрические керамические материалы на основе ниобатов натрия и калия. Диэлектрические и пьезоэлектрические характеристики при температурах от 0 °С до 100 °С

Издание официальное

Москва

Стамдартинформ

2018

ГОСТ Р 8.937—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 8 ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 22 декабря 2017 г. No 2074-ст

4    ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. Wo 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 8.937—2017

Содержание

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

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

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

Приложение А (справочное) Характеристики сегнетопьеэоэлектрических керамик.................4

Библиография.........................................................................8

ГОСТ Р 8.937—2017

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственная система обеспечения единства измерений

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ.

СТАНДАРТНЫЕ СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ

Сегнетопьезоэлектрические керамические материалы на основе ниобатов натрия и калия. Диэлектрические и пьезоэлектрические характеристики при температурах от 0 °С до 100 °С

Stale system for ensuring the uniformity of measurements. National standard. Standard reference data. Segnetoetectric ceramic materials based on niobates of sodium and potassium.

Dielectric and piezoelectric characteristics at temperatures from 0 *C to 100 ’C

Дата введения — 2010—03—01

1    Область применения

Настоящий стандарт распространяется на стандартные справочные данные (ССД) о диэлектрических и пьезоэлектрических характеристиках сегнетопьезоэлектрических керамических материалов на основе ниобатов натрия и калия при температурах от 0 вС до 100 вС. которые могут быть использованы в ультразвуковых преобразователях, работающих в режиме приема в широком диапазоне температур.

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 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. е 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. 1. А.2 приложения А.

Табличные данные рассчитаны согласно [1] с применением методик [2] и [3]. отображают значения характеристик пьеэокерамических материалов состава LiaKbNacNb<JTamSbn03+z[Bi203-Fe2Oi) при температуре 25 *С, приведенных в 3.1.1—3.1.7.

Издание официальное

1

ГОСТ Р 8.937—2017

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

*&о в 14.4 • С0 • dtt,    (1)

где С0 — емкость образца. Ф;

d — диаметр образца, м: f — толщина образца, м.

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

3.1.3    Тангенс угла диэлектрических потерь (tg 5) — 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

К.

[пг -l+o2 ^ ГА | у 2 -(1 + о)    I'

(2)

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

3.1.5 Пьезоэлектрический модуль (с^, пКл/Н) — наведенная поляризация в направлении i на единицу механического давления, приложенного в направлении /, или величина деформации в направлении / на единицу напряженности электрического поля, приложенного в направлении г, направление 3 — параллельно оси поляризации, 1 — перпендикулярно оси поляризации. |rf31| рассчитывают по формуле

И

31

0.188 Кр Ю-5

VI

(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 пьезокерамиче-скому элементу. Qm рассчитывают по формуле

(4)

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

3.1.7 Коэффициент температурной стабильности:

Д|М| = |(M|Q «£) “    .£)) / Мф    • 100 %.

еззАо • Irf3il-V-

(5)

3.2 Стандартные справочные данные о диэлектрических и пьезоэлектрических характеристиках сегнетопьеэокерамических материалов приведены в таблице 1.

2

ГОСТ Р 8.937—2017

Таблица 1 — Стандартные справочные данные о диэлектрических и гъеэоэлектрических характеристиках сегне-тотъезокерамических материалов состава L> K^Na Nb^Ta^Sb^O^ + zNiO + zl2В203 при температурах от О 'С до 100 *С

Параметр

Значение показателя для пьезоэлектрическою материала

NKLTSB-1

NKLTSB-2

NKLTSB-3

Na20. масс %

8.6664

8.6037

8.5420

ICA масс %

11.2208

11.1396

11.0597

Nb2Oa. масс %

61.9453

61.4975

61.0561

LijO. масс %

0.3224

0.3201

0.3178

Ta2Os. масс %

11.4423

11.3596

11.2781

Str,05, масс %

3.4902

3.4650

3.4401

NIO. масс %

1.9417

2.4096

2.8708

B^Oj, масс %

0.9709

1.2048

1.4354

о

1190

1194

1200

Дг'з/г„.%

3

2

3

Ь

0.30

0.30

0.31

6

6

6

|tfai|, пКл/Н

60

60

60

A|rf31|. %

6

6

6

Менее 100

Менее 100

Менее 100

tg б

0.037

0.035

0.036

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

Таблица 2 — Концентрации компонентов, регламенты синтеза и спекания исследуемых керамик

Параметр

Значение показателя для пьезоэлектрическою метериапа

NKLT-1

NKLT-2

NKLT-3

20. масс %

8.66

6.60

8.54

Кр, масс %

11.22

11.13

11.05

Nb2Oa, масс %

61.94

61.49

61.05

U20, масс %

0.32

0.32

0.31

Та^О.,. масс %

11.44

11.35

11.27

Sb2Os. масс %

3.49

3.46

3.44

NiO. масс %

1.94

2.40

2.87

Врл, масс %

0.97

1.20

1.43

1223

1223

1223

т стыт.» с

5

5

5

W-K

1273

1273

1273

1 спек.' с

1.5

1.5

1.5

3

ГОСТ Р 8.937—2017

Приложение А (справочное)

Характеристики сегнетопьозоэлектрических керамик

А.1 В настоящее время сегнетопьезоэлектрические материалы находят широкое применение в датчикоеой аппаратуре различного назначения (датчики движения, давления, вибрации, скорости и пр.), мжроэлектромеха-нических системах и устройствах СВЧ-техники. Однако в последние гады был принят ряд мер. направленных на защиту окружающей среды, приведших к тому, что в современном материаловедении стало уделяться большое внимание разработке нетоксичных пьезоэлектрических материалов, которые могут использоваться (в том числе и заменить используемые Pb-содержащие материалы на основе титаната свинца и цирконзта-титанага свинца) в различных сферах современной техники. Одной из наиболее перспективных основ для создания подобных структур являются материалы на 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, по созданию и подготовке справочных данных диэлектрических и пьезоэлектрических характеристик новых бессвинцовых керамических материалов, которые могут быть использованы в различных отраслях современной техники.

А.2 Экспериментальные результаты. Обсуждение

По данным рентгенофазового анализа установлено, что получены беспримесные двухфазные керамические образцы NKLTSB-1. NKLTSB-2 и NKLTSB-3. которым свойственны достаточно высшие значения р01М (90—94 %). что приемлемо для материалов, полученных по обычной керамической технологии [4]. Результаты измерения диэлектрических. пьезоэлектрических и упругих характеристик исследуемых составов NKLTSB-1, NKLTSB-2 и NKLTSB-3 в интервале температур от О 'С до 100 *С приведены 8 таблицах А.1—А.Э.

Таблица А.1 — Характеристики керамики NKLTSB-1

Параметр

Керамические образцы

t

2

3

4

5

Na^O. масс %

8.6664

8.6664

8.6664

8.6664

8.6664

К20, масс %

11.2208

11.2208

11.2208

11.2208

11.2208

Nb^Os. масс %

61.9453

61.9453

61.9453

61.9453

61.9453

li20, маос %

0.3224

0.3224

0.3224

0.3224

0.3224

Та^Оь, масс %

11.4423

11.4423

11.4423

11.4423

11,4423

Sb^Oj. масс %

3,4902

3,4902

3,4902

3.4902

3.4902

NiO. масс %

1,9417

1,9417

1.9417

1.9417

1.9417

Вз03. масс %

0,9709

0,9709

0.9709

0.9709

0.9709

Езз/го

1185

1187

1190

1191

1193

Лгзз/ео-%

Менее 4

Менее 4

Менее 4

Менее 4

Менее 4

0.29

0,30

0.30

0,30

0,31

лкр.%

Менее 6

Менее 6

Менее б

Менее б

Менее 6

[с/3,|. пКп/Н

59

60

60

60

60

ДМ»|.%

Менее 6

Менее 6

Менее 6

Менее 6

Менее 6

Менее 100

Менее 100

Менее 100

Менее 100

Менее 100

ig6

0.032

0,036

0,037

0.037

0.038

4

ГОСТ Р 8.937—2017

Таблица А.2 — Характеристики керамики NKITSB-2

Параметр

Керамические образцы

1

2

Э

4

S

Na?0. масс %

8.6037

8.6037

8.6037

8.6037

8.6037

KjO. масс %

11.1396

11.1396

11.1396

11.1396

11.1396

Nb?Os. масс %

61.4975

61.4975

61.4975

61.4975

61.4975

U20. масс %

0.3201

0.3201

0.3201

0.3201

0.3201

Та205. масс %

11.3596

11.3596

11.3596

11.3596

11.3596

Sb2Os. масс %

3.4650

3.4650

3.4650

3.4650

3.4650

NiO. масс %

2.4096

2.4096

2.4096

2.4096

2.4096

В203. масс %

1.2046

1,2048

1.2048

1.2048

1.2048

сзз До

1192

1194

1194

1194

1199

Менее 3

Менее 3

Менее 3

Менее 3

Менее 3

0.30

0.30

0.30

0.31

0.31

Лке.%

Менее 6

Менее 6

Менее 6

Менее 6

Менее 6

|d3l|. пКл/Н

60

60

60

61

60

Д|^,|. %

Менее 6

Менее 6

Менее 6

Менее 6

Менее 6

Ом

Менее 100

Менее 100

Менее 100

Менее 100

Менее 100

ig б

0.034

0.035

0.035

0.035

0.035

Таблица А.З— Характеристики керамики NKLTSB-3

Параметр

Керамические образцы

1

2

э

4

5

Na^O. масс %

8.5420

8.5420

8.5420

8.5420

8.5420

КгО. масс %

11.0597

11.0597

11.0597

11.0597

11.0597

Nb205. масс %

61,0561

61.0561

61.0561

61.0561

61.0561

U20. масс %

0.3178

0.3178

0.3178

0.3178

0.3178

Та2Оа, масс %

11.2781

11.2781

11.2781

11,2781

11.2781

Sb205. масс %

3.4401

3.4401

3.4401

3.4401

3.4401

NiO. масс %

2.8708

2.8708

2.8708

2.8708

2.8708

В,Оа. масс %

1.4354

1.4354

1.4354

1.4354

1.4354

сЭзД'Э

1197

1199

1200

1200

1203

АемДо-*

Менее 3

Менее 3

Менее 3

Менее 3

Менее 3

0.30

0.30

0.31

0.31

0.31

лк0.%

Менее 6

Менее 6

Менее 6

Менее 6

Менее 6

|tfsi|, пКл/Н

59

60

60

61

61

Д|^,|. %

Менее 6

Менее 6

Менее 6

Менее 6

Менее 6

Ом

Менее 100

Менее 100

Менее 100

Менее 100

Менее 100

lg б

0.036

5

ГОСТ Р 8.937—2017

Средние значения относительной диэлектрической проницаемости.    ( - 1200). достаточно высокие

значения пьезомодуля. |93,| (- 60 пКл/Н). коэффициента электромеханической связи планарной моды колебаний. Хр{ -0.30). низкая механическая добротность. QM( < 100). и высокая температурная стабильность ( $6%) данных материалов определяют их основное назначение — использование в ультразвуковых преобразователях, работающих в режиме приема в широком диапазоне температур, в частности в системах ультразвуковой дефектоскопии (теневой и импульсной), предназначенных для неразрушающего контроля и мониторинга состояния сложных металлических конструкций. Кроме того, низкая Qm способствует повышению отношение сигнап/шум и подавлению паразитных резонансов (ложных колебаний), искажающих форму рабочего сигнала и ухудшающих характеристики изготовленных из этого гъеэокерамического материала устройств.

А.З Оценка достоверности данных

Суммарные погрешности измерений диэлектрических, пьезоэлектрических и упругих характеристик исследуемых объектов представлены в таблице А.4.

Таблица А.4 — Суммарные погрешности измерений электрофизических параметров

Параметр

Значение A

ДАСА. %

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

|931|. пКл/Н

20—30

5.0

30—40

2.0

пКл/Н

40—100

3.0

100—700

2.0

50—60

10

600—5000

20

tgrt - 102

0.3—20.0

5.0

Vf 10-3. мГс

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.4). для каедой из них была проведена оценка экспериментального стандартного отклонения от среднего значения по формулам (А.1). (А.2) по ГОСТ Р 54500.3/Руководство ИСО/ МЭК 98-3:2008:

(А.1)

"*-1

=    (А.2)

I"'1*-!

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

9* — измеряемая величина.

Экспериментальные стандартные отклонения от среднего значения электрофизических параметров приведены е таблице А.5.

6

ГОСТ Р 8.937—2017

Таблица A.S — Экспериментальные стандартные отклонения от среднего значения электрофизических параметров

Параметр

NKLTSB-1

HKLTSB-2

NKLTSB-3

17.72

19

16

0.0146

0.0161

0.0156

пКл/Н

3.16

3.10

3.9

7

ГОСТ Р 8.937—2017

Библиография

[1]    ОСТ 11 0444—87 Материалы льеэокерэмические. Технические условия

[2]    ГСССД МЭ 184—2011 Методика экспериментального определения комплексной диэлектрической проницаемости. тангенса утла диэлектрических потерь, температуры Кюри диэлектрических материалов в широком диапазоне температур 10 К— 1000 К. частот 10"3Гц—15- 10е Гц электрического измерительного поля //Резниченко Л.А.. Вербенко И.А.. Павленко А.В. Дел. в ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМв. 03.05.2011 г.. N9 876 — 2011кх

[3]    ГСССД МЭ 183—2011 Методика экспериментального определения пьезоэлектрических и упругих характеристик: пьеэомодупей. коэффициентов электромеханической связи, механической добротности, модуля Юнга, скорости звука, пьезоэлектрического коэффициента (пьезочувствительносги) различных сегнетольеэоэлек-трических материале» а широком диапазоне температур 10 К — 1000 К // Резниченко ЛА. Андрюшин К.П., Павленко А.В.. Вербенко ИА ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ» 03.05.2011. № 875а — 2011кк

[4]    Фесенко Е.Г. Семейство леровскита и сегнетоэлвктричесгво. М.: Атомнэдаг. 1972. — 248 с.

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

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

БЗ 3—2018/4

Редактор /7.8. Коретникоеа Технический редактор И.Е. Черепкова Корректор Е.Р. Ароян Компьютерная верстка Ю.В. Поповой

Сдано в набор 19.02.20f8- Подписано в печать 02.03.201S.    Формат 60 » 84 Vg. Гарнитура Ариал.

Уел. печ. л. 1.40. Уч.-изд. п. 1.26. Тираж 23 а». Зак. 391.

Подготовлено на основе электронной версии, предоставленной разработчиком стандарта

ИД «Юриспруденция». I1&419. Москва, ул. Орджоникидзе. 11

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