(Действующий) Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 8.945-2018 "Государственная система...

Докипедия просит пользователей использовать в своей электронной переписке скопированные части текстов нормативных документов. Автоматически генерируемые обратные ссылки на источник информации, доставят удовольствие вашим адресатам.

Действующий

Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 8.945-2018 "Государственная система обеспечения единства измерений. Стандартные справочные данные. Теплофизические характеристики пьезокерамик на основе ниобата лития в диапазоне температур от 300 K до 900 K" (утв. и введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 14 августа 2018 г. N 499-ст)

State system for ensuring the uniformity of measurements. Standard reference data. Thermophysical characteristics of piezoceramics based on lithium niobate in the temperature range from 300 K to 900 K

ОКС 17.020
Дата введения - 1 февраля 2019 г.
Введен впервые

Предисловие

1 Разработан Главным научным метрологическим центром "Стандартные справочные данные о физических константах и свойствах веществ и материалов" (ГНМЦ "ССД"), Федеральным государственным бюджетным учреждением науки "Институт физики им. Х.И. Амирханова" Дагестанского научного центра РАН (ИФ ДНЦ РАН)
2 Внесен Техническим комитетом по стандартизации ТК 180 "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 14 августа 2018 г. N 499-ст
4 Введен впервые

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на стандартные справочные данные (ССД) о теплопроводности, теплоемкости и температурном коэффициенте линейного расширения пьезокерамик на основе твердых растворов ниобата лития в диапазоне температур от 300 K до 900 K.
Настоящий стандарт предназначен для использования ССД о теплопроводности, теплоемкости и температурном коэффициенте линейного расширения пьезокерамик на основе твердых растворов ниобата лития в диапазоне температур от 300 K до 900 K при разработке новых пьезокерамик с заданными свойствами, а также при создании различных приборов и устройств для ультразвуковых преобразователей.

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 указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то 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 Большинство пьезосегнетокерамик (сегнетопьезокерамические материалы - СПМ), серийно выпускаемых в мире, составляют многокомпонентные системы свинцовосодержащих сложных оксидов на основе твердых растворов цирконата-титаната свинца (ЦТС). В соответствии с экологическими требованиями к этим пьезокерамикам необходимо исключить токсичный оксид свинца из технологического процесса и изыскать новые пьезоэлектрические материалы, по свойствам не уступающие ЦТС-керамикам.
Многолетний опыт разработки высокоэффективных СПМ [1]-[7] позволяет получать группу бессвинцовых материалов на основе ниобатов щелочных металлов (НЩМ) - ниобаты лития, натрия, обладающих рядом уникальных свойств, не реализуемых в ЦТС-составах.
Достоинством таких СПМ являются:
- высокая скорость звука, определяющая высокочастотный (ВЧ) диапазон эксплуатации преобразователя, а также возможность получать заданную частоту на менее тонких пластинах, что упрощает технологию изготовления ВЧ-устройств за счет возможности увеличения их резонансных размеров, что, в свою очередь, выгодно и с точки зрения уменьшения емкости преобразователя;
- низкая плотность, приводящая, с одной стороны, к значительному снижению веса изделий, а с другой - к уменьшению акустического импеданса;
- очень низкая диэлектрическая проницаемость, что немаловажно для электрического согласования с генератором и нагрузкой;
- повышенный толщинный коэффициент электромеханической связи;
- достаточная анизотропия пьезосвойств, что позволяет улучшить отношение сигнал/шум и упростить технологию получения, исключив операцию резки материала;
- низкие диэлектрические и умеренные механические потери, что важно для получения коротких импульсов и равномерных амплитудно-частотных характеристик.
При работе в экстремальных условиях наиболее важное значение имеет поведение теплофизических свойств (ТФС) керамических материалов, особенно в областях структурных фазовых переходов, где наблюдаются их аномалии. Поэтому необходимо иметь подробные данные о температурной зависимости теплопроводности, теплоемкости и температурном коэффициенте линейного расширения в широком диапазоне температур (в области структурных фазовых переходов необходимо иметь данные о ТФС через 1 °С - 2 °С).
3.2 ПКР-35 - пьезокерамика, твердый раствор Na0,875Li0,125NbO3, модифицированный стронцием. Обладает рядом уникальных свойств, не реализуемых в сегнетокерамиках на основе цирконата-титаната свинца: низкая плотность, высокая скорость ультразвука и достаточно высокие пьезохарактеристики при чрезвычайно низкой диэлектрической проницаемости, широкий диапазон механической добротности, высокая температура Кюри, что делает ПКР-35 незаменимой для сверхвысокочастотной пьезотехники.
ПКР-61 - пьезокерамика на основе твердых растворов ниобата лития (0,97 LiNbO3 + 0,03 EuTiO3), модифицированных другими химическими элементами. По сравнению с ЦТС-керамиками обладает высокой температурой Кюри (более 1200 °С), низкой плотностью и высокой скоростью ультразвука. Имеет повышенную рабочую температуру до 950 °С и крайне низкую диэлектрическую проницаемость, особенно благоприятную при использовании в высокочастотных устройствах (пьезодатчики быстроменяющихся давлений генераторного типа в системах контроля объектов, высокотемпературные датчики давления).
ПКР-38 - пьезокерамика (0,97 LiNbO3 + 0,01 В2О3 + 0,02 SiO2) на основе твердых растворов ниобатов лития; является высокотемпературным материалом, температура Кюри более 1200 °С, рабочая температура более 1000 °С. Отличительная особенность: в интервале температуры от 25 °С до 1000 °С отсутствуют структурные переходы. Очень чувствительна к изменению давления, влажности и температуры. На ее основе возможно создание пьезодатчиков для кожухов тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) атомных реакторов на быстрых нейтронах, которые способны с высокой точностью регулироваться системой охлаждения (температура кожуха более 600 °С).
Имеется достаточное количество работ, посвященных исследованию структуры, пьезосегнетоэлектрических и упругих свойств, возможности применения и создания промышленных пьезодатчиков. Однако исследования их теплофизических свойств (теплопроводность, теплоемкость, температурный коэффициент линейного расширения) в научно-технической литературе не представлены. Принцип работы в экстремальных условиях (высокие температура, давление, влажность) в большой степени зависят от характера и изменения теплофизических свойств. Без наличия достоверных данных о температурной зависимости ТФС, характера их изменений, связанных со структурными фазовыми переходами, невозможно конструировать пьезодатчики с заданными свойствами.

4 Стандартные справочные данные о теплопроводности, теплоемкости и температурном коэффициенте линейного расширения пьезокерамики

Стандартные справочные данные дают возможность технологам при синтезе получать керамику с заданными свойствами, а разработчикам пьезокерамических устройств выбирать оптимальный режим их работы (температурная область, фазовые переходы, долговечность работы при различных режимах нагрева и охлаждения, способность выдерживать тепловые и ударные нагрузки).
Стандартные справочные данные о теплопроводности, теплоемкости и температурном коэффициенте линейного расширения пьезокерамики ПКР-35 (Li0,125Na0,875NbO3) приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Стандартные справочные данные о теплопроводности, теплоемкости и температурном коэффициенте линейного расширения пьезокерамики ПКР-35 (Li0,125Na0,875NbO3)

T, K
,
Ср,
, K-1
300
2,85
619
9,56
320
2,92
636
10,32
340
2,98
651
10,7
360
3,02
664
10,87
380
3,09
676
10,94
400
3,14
686
11,1
420
3,19
694
11,21
440
3,7
704
11,36
460
3,35
713
11,52
480
3,44
720
11,64
490
3,47
724
11,84
500
3,50
729
11,95
510
3,52
732
12,04
520
3,60
737
12,1
530
3,70
740
12,24
540
3,73
744
12,1
550
3,79
746
12,0
560
3,32
754
12,0
565
3,86
758
11,92
570
3,87
770
10,86
571
3,87
780
10,7
572
3,88
793
10,56
573
3,88
822
10,0
574
3,89
896
9,34
575
3,91
992
9,00
576
3,92
1039
8,85
577
3,94
1018
8,60
578
3,94
973
8,38
579
3,94
930
8,10
580
3,95
896
7,98
581
3,964
868
7,84
582
3,968
842
7,7
583
3,97
832
7,59
584
3,99
821
7,16
585
4,00
812
6,94
586
4,01
805
6,73
587
4,02
800
6,48
588
4,03
794
6,4
589
4,024
792
6,0
590
4,028
790
5,38
595
4,06
787
4,21
600
4,13
784
1,38
605
4,14
790
1,09
610
4,19
794
0,47
612
4,21
800
0,32
613
4,22
806
0,21
615
4,24
819
0,16
616
4,25
832
0,0
617
4,26
866
-1,22
618
4,27
965
-6,15
619
4,28
950
-8,22
620
4,28
908
-12,10
621
4,29
863
-24
622
4,31
832
-64
623
4,322
811
-85
624
4,33
797
-70
625
4,34
787
-47
627
4,37
775
-30
630
4,40
767
-2,8
635
4,50
763
8,2
640
4,64
760
11,36
650
4,69
760
12,6
660
4,78
760
12,74
670
4,83
761
12,81
680
4,88
763
12,9
690
4,92
766
13,08
700
4,973
769
13,2
710
4,99
776
13,32
720
5,04
780
13,4
740
5,18
783
13,51
760
5,22
787
13,56
780
5,28
789
13,62
800
5,33
790
13,73
820
5,38
792
13,87
840
5,43
793
14,0
860
5,49
792
14,13
880
5,52
790
15,29
900
5,56
790
15,4
Стандартные справочные данные о теплопроводности, теплоемкости и температурном коэффициенте линейного расширения пьезокерамики ПКР-61 (0,97 LiNbO3 + 0,03 EuTiO3) приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Стандартные справочные данные о теплопроводности, теплоемкости и температурном коэффициенте линейного расширения пьезокерамики ПКР-61 (0,97 LiNbO3 + 0,03 EuTiO3)

T, K
,
Ср,
, K-1
300
2,80
572
8,25
320
2,84
596
8,36
340
2,88
615
8,48
360
2,93
632
8,64
380
2,97
646
8,80
400
3,02
657
9,00
420
3,07
668
9,08
440
3,12
677
9,03
460
3,18
687
8,87
480
3,25
696
9,62
500
3,31
705
9,73
510
3,34
707
9,77
515
3,37
710
9,84
520
3,40
712
9,83
525
3,45
714
9,87
530
3,37
717
9,92
540
3,28
720
9,95
550
3,18
723
10,03
560
3,10
727
10,06
570
3,13
731
10,13
580
3,18
734
10,21
590
3,23
737
10,32
600
3,30
741
10,40
610
3,36
744
10,48
620
334
747
10,57
630
347
750
10,66
640
3,54
753
10,75
650
3,61
757
10,87
660
3,67
760
10,92
670
3,72
762
1106
680
3,77
765
11,18
690
3,82
768
11,33
700
3,89
772
11,39
710
3,94
774
11,5
720
4,00
776
10,63
730
4,05
779
10,78
740
4,12
782
10,87
750
4,15
784
11,98
760
4,20
787
12,10
770
4,24
789
12,28
780
4,29
791
12,40
790
4,33
793
12,50
800
4,37
795
12,61
810
4,43
797
12,69
820
4,47
799
12,82
830
4,51
800
12,96
840
4,55
802
13,12
850
4,60
803
13,29
860
4,64
804
13,38
870
4,67
806
13,47
880
4,72
808
13,59
890
4,75
809
13,73
900
4,79
812
13,82
Стандартные справочные данные о теплопроводности, теплоемкости и температурном коэффициенте линейного расширения пьезокерамики ПКР-38 (0,97 LiNbO3 + 0,01 В2O3+ 0,02 SiO2) приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Стандартные справочные данные о теплопроводности, теплоемкости и температурном коэффициенте линейного расширения пьезокерамики ПКР-38 (0,97 LiNbO3 + 0,01 В2O3+ 0,02 SiO2)

T, K
,
Ср,
, K-1
300
5,7
544
9,05
320
5,62
556
9,17
340
5,5
572
9,3
360
5,42
587
9,68
380
5,33
601
10,17
400
5,25
612
10,48
420
5,17
624
10,79
440
5,14
635
11,03
442
5,12
637
11,12
445
5,1
640
11,14
450
5,07
662
11,2
455
5,04
673
11,28
460
5,01
670
11,38
465
4,98
675
11,42
470
4,94
655
11,5
475
4,93
650
11,58
480
4,95
660
11,65
485
4,91
666
11,72
490
4,90
674
11,81
500
4,88
680
11,96
520
4,81
693
12,24
540
4,77
702
12,55
560
4,71
708
12,84
580
4,68
713
13,12
600
4,63
719
13,40
610
4,62
723
13,56
620
4,61
726
13,70
630
4,59
730
13,86
640
4,58
734
14,00
645
4,58
736
13,95
650
4,57
738
14,16
655
4,55
742
14,22
660
4,56
748
14,28
665
4,54
754
14,38
670
4,54
754
14,42
680
4,53
758
14,52
690
4,54
763
14,64
700
4,55
768
14,82
710
4,55
772
14,86
720
4,56
777
14,80
730
4,57
779
15,00
740
4,58
782
15,02
750
4,59
781
15,10
760
4,6
785
15,13
770
4,60
786
15,28
780
4,62
787
15,26
800
4,65
790
15,40
810
4,66
791
15,52
820
4,68
792
15,52
830
4,68
792
15,68
840
4,7
793
15,65
850
4,71
793
15,82
860
4,75
794
15,79
870
4,76
794
15,93
880
4,79
795
15,93
890
4,81
795
16,03
900
4,84
796
16,07
Приложение А
(справочное)

Краткое описание методов экспериментального определения теплофизических свойств сегнетокерамических материалов

А.1 В [8], [9] разработаны оригинальные установки для экспериментальных исследований коэффициентов теплопроводности, удельной теплоемкости при постоянном давлении и температурного коэффициента линейного расширения пьезокерамических материалов в широком диапазоне температур от 300 K до 900 K.
Измерение температурной зависимости удельной теплоемкости пьезокерамических материалов проводят на дифференциальном сканирующем калориметре ДСК 204.Ф1 немецкой фирмы NETZCH. Индивидуальные значения Ср при разных температурах определяют согласно следующему уравнению:
771 × 114 пикс.     Открыть в новом окне
,
(А.1)
где Ср,T(S) - удельная теплоемкость образца при температуре T;
Ср,T(std) - удельная теплоемкость стандарта при температуре T;