Статья:

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

Аннотация

Методом внутреннего трения (ВТ) с использованием составного пьезоэлектрического вибратора при частотах 105 Гц исследовано 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, La3Ta0.5Ga5.5O14),. наблюдается анизотропия значений эффективного модуля Юнга (E), фазовой скорости ОАВ, коэффициента затухания b и добротности. Циклическая деформация образцов ЛГТ при нагрузке в 2,5 кН при количестве циклов нагружения до 5· 105 с частотой циклирования нагрузки 100 Гц и термоудар от  100-120°С не влияют на величину эффективного модуля Юнга (E) и фазовую скорость продольной  ОАВ (Vф), значения которых составляют соответственно: для X–cреза Е=111 ГПа, Vф=4250 м/с; для Z–cреза E=181 ГПа, Vф=5430м/с.

Заключение

Таким образом, приведенные исследования показали, что в анизотропных монокристаллах ЛГТ, так же как и в монокристаллах ЛГС, наблюдается анизотропия значений эффективного модуля Юнга, фазовой скорости ОАВ, коэффициента затухания b и добротности, соответствующие анизотропии кристалла. Основным механизмом потерь колебательной энергии в образцах X-среза (обладающих пьезоэффектом) является механизм возбуждения пьезоэлектрического поля; в образцах Z-среза (не обладающих пьезоэффектом) – механизм активации процессов отрыва дислокаций от центров закрепления.

После циклической деформации при комнатной температуре, приведшей к пластической деформации хрупких кристаллов ЛГТ и к значительному изменению микроструктуры и повышению плотности дислокаций на 4 порядка выше исходной, коэффициент затухания продольной ОАВ увеличивается в 1,5–2 раза как в образцах X–среза, так и Z–cреза, что, соответственно, ведет к падению добротности в 2 раза.

Термоудар от 100°С практически не изменяет величину коэффициента затухания и добротности в образцах X–среза. В образцах Z–среза после термоудара обнаружено увеличение потерь в 3 раза, что, возможно, связано с высокой плотностью дислокаций в плоскости Z.

Циклическая деформация при нагрузке  2,5 кН до N=5· 105 циклов нагружения с частотой 100 Гц циклирования нагрузки сжатия и термоудар DТ=100°С  не влияет на величину эффективного модуля Юнга и фазовую скорость продольной ОАВ, значения которых составляют соответственно: для X–cреза Е=111 ГПа, Vф=4250 м/с; для Z–cреза E=181 ГПа, Vф=5430м/с.

Зависимость внутреннего трения многокомпонентных хрупких кристаллов семейства лангасита от циклических механических воздействий при комнатной температуре и термоудара предположительно связана с изменениями дислокационной структуры кристаллов, определяющей работоспособность  пьезоэлектрических элементов - датчиков давления, температуры, акустических фильтров. Поэтому измерение внутреннего трения  перспективно для оценки акустических параметров монокристаллов , особенно в условиях термомеханических воздействий. Чувствительные элементы пьезодатчиков давления на основе лангатата должны быть защищены от термоудара выше 150°С, а общее количество механических циклов сжатия  материала не должно превышать 5*105 циклов с частотой 100-150Гц при нагрузках не выше 2,5 кН.

Полный текст публикации находится здесь!

© 2018 г. Евгений Кадырович Наими1, Светлана Сергеевна Базалевская2, Ольга Михайловна Кугаенко1, Валерий Сергеевич Петраков1

1Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», 2ОАО «Фомос-Материалс»

Заполните заявку
наш специалист произведёт все нужные расчёты и свяжется с вами
Нажимая на кнопку "Отправить", я даю
согласие на обработку персональных данных