Influence of ultrasonic vibrations on dielectric losses, electrical conductivity and quality of crystalline materials

Abstract

Использование и производство кристаллических материалов в качестве лазерных створов для судовой навигации и кристаллических электроизоляционных материалов требует систематического изучения их состояния. Водородные связи оказывают большое влияние на структуру и рабочие свойства материала. Поэтому исследование трансляционной диффузии протонов в кристаллах с водородными связями и неразрушающих методов их диагностики является актуальной проблемой. Целью работы является разработка неразрушающего метода исследования качества и состояния кристаллических материалов и адгезивных соединений материалов с водородными связями. В работе исследовано влияние ультразвуковых колебаний на диэлектрические потери и электропроводность кристаллических материалов, в частности мусковита и гидросиликата магния. Кроме того, исследованы кристаллы иодата лития α-LiIO3 гексагональной модификации, широко используемых в лазерных технологиях, в частности в лазерных маяках и створах для проводки судов. Методами исследования являются изучение частотных спектров удельной электропроводности и диэлектрических потерь в условиях ультразвукового воздействия. Установлено, что при одновременном воздействии ультразвуковых колебаний, высокочастотного электрического поля и температуры происходит сильное поглощение квантов ультразвуковых колебаний. Показано, что при этом ширина потенциального барьера периодически уменьшается на 3…5 %, происходит его пульсация и туннелирование протонов становится более вероятным. Представленные результаты позволили разработать неразрушающий метод диагностики качества кристаллических материалов и их адгезивных соединений как при их изготовлении, так и в условиях эксплуатации. В результате время исследования материалов сокращается с 14…28 суток (по ГОСТР МЭК 60811-1-3-2007) до одного часа. The use and production of crystalline materials as laser gates for ship navigation and crystalline electrical insulating materials requires a systematic study of their condition. Hydrogen bonds have a great influence on the structure and working properties of the material. Therefore, the study of translational proton diffusion in crystals with hydrogen bonds and non-destructive methods of their diagnostics is a topical problem. The purpose of this work is to develop a non-destructive method for studying the quality and state of crystalline materials and adhesive joints of materials with hydrogen bonds. In this work we investigated effect of ultrasonic vibrations on dielectric loss and electric conductivity of crystalline materials, in particular muscovite and magnesium hydrosilicate. In addition, lithium iodate α-LiIO3 crystals of hexagonal modification widely used in laser technologies, in particular, in laser beacons and laser gates for ship navigation were investigated. The methods of research are the study of frequency spectra of specific conductivity and dielectric losses under conditions of ultrasonic influence. It has been found that under simultaneous effect of ultrasonic vibrations, high-frequency electric field and temperature the quanta of ultrasonic vibrations are strongly absorbed. It is shown that the width of the potential barrier periodically decreases by 4…5 %, its pulsation occurs, and proton tunneling becomes more probable. The presented results made it possible to develop a nondestructive method for diagnosing the quality of crystalline materials and their adhesive bonding both at manufacturing and under operating conditions. As a result, the time of examination of materials is reduced from 14…28 days (according to GOST 12175-90) to one hour.