PZT铁电陶瓷

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PMN_PNN_PZ_PT四元系铁电陶瓷的电疲劳特性

收稿日期 : 1998- 02- 16 188 功能材料 1999, 30( 2)
3
结果与讨论
图 2 是样品疲劳前后的电滞回线及疲劳后逐渐变化的电滞回线。从图 2 可以看出 , 疲劳后材料的电滞回线形状发生变化 , 剩余极化强度变小 , 矫顽场强也变小 , 而饱和极化强度变化不大。但疲劳后的样品 , 在自然的状态下可以逐渐恢复 , 其恢复过程与疲劳过程类似 , 开始变化速率较快 , 然后变化速率逐渐趋缓 , 最终经过约 1 天左右的时间 , 电滞回线可以恢复到初始状态。再次重复疲劳实验 , 可以得到与第一次疲劳完全相同的结果。 PMN- PNN- PZ- PT 四元系铁电陶瓷的电疲劳特性与已报道的其它铁电陶瓷的电疲劳特性不同。一般电疲劳的特点是疲劳后剩余极化强度减小 , 而矫顽场强变大 , 且疲劳后不可恢复 , 或经热处理后只可部分恢复[ 11~ 13, 15] 。根据以上疲劳特点判断。 PMN- PNN- PZ - PT 铁电陶瓷的疲劳机制可能是电荷的钉扎 , 它可以随时间逐步恢复。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 McQuarrie M. J Appl Phys, 1953, 24: 1334~ 1335 Merz W J, Anderson J R . Bell Lab Rec, 1995, 33: 335~ 342 Anderson J R, Brady G W, Merz W J, et al. J Appl Phys, 1995, 26: 1381 ~ 1388 Taylor G W. J Appl Phys, 1967, 38: 4697~ 4706 Stewart W C, Cosentino L S. Ferroelectrics, 1970, 1: 149~ 167 Fraser D B, Maldonado J R. J Appl Phys, 1970, 41: 2172~ 2176 Carl K. Ferroelect rics, 1975, 9: 23~ 32 Williams R . J Phys Chem Solids, 1965, 26: 399~ 405 Kudzin A Yu, Panchenko T V. Sov Phys Solid State ( Engl Transl ) , 1972, 14: 1599~ 1600 Salaneck W R, Ferroelectrics, 1972, 4: 97~ 101 Jiang Q Y, Cao W W, Cross L E. J AmCeram Soc, 1994, 77: 211~ 215 Jiang Q Y, Cross L E. J Mat Sci, 1993, 28: 4536~ 4543 Jiang Q Y, Subbarao E C, Cross L E. Acta Matall Mat er, 1994, 42: 3687~ 3694 Cao H C, Evans A G. J Am Ceram Soc, 1994, 77: 1783~ 1786 Jiang Q Y, Subbarao E C, Cross L E, J Appl Phys, 1994, 75: 7433~ 7443 Chen J, H armer M P, Smyt h K M. J Appl Phys, 1994, 76: 5394~ 5398

(1-x)PST-xPZT铁电陶瓷的介电与热释电性能研究

(1-x)PST-xPZT铁电陶瓷的介电与热释电性能研究1蓝德均、江一杭、陈异、陈强、肖定全、朱建国*(四川大学材料科学与工程学院四川成都 610064)E-mail: nic0400@摘要：以普通氧化物混合烧结法制备了高钙钛矿相的(1-x)PST-xPZT铁电弛豫陶瓷。

发现烧结温度和PZT掺入量对样品中的焦绿石相的存在影响很大。

样品的钙钛矿相成分随烧结温度升高而增加。

介电性能测试表明(1-x)PST-xPZT铁电弛豫陶瓷具有弥散型介电响应特征，(1-x)PST-xPZT铁电弛豫陶瓷的居里点T c和压电常数d33随PZT的掺入量的增加而增加。

室温下x=0.1的(1-x)PST-xPZT陶瓷样品的热释电系数可达到约15×10-8C/(cm2.K)。

关键词：PST－PZT陶瓷；弛豫铁电陶瓷；钙钛矿相；一步烧结制备1．引言钽钪酸铅Pb(Sc1/2Ta1/2)O3（PST）是一种热释电性能优良的典型B位复合铅基钙钛矿弛豫铁电陶瓷[1～3]。

由于纯PST的居里点较低（-5℃－25℃），需要在约1500℃的高温下烧结才能获得致密、具有钙钛矿结构且性能良好的材料[4]，从而限制了PST陶瓷材料的应用领域。

为了避免会引起陶瓷性能恶化的焦绿石相的形成，通常制备B位复合铅基钙钛矿驰豫铁电陶瓷的方法是先驱体法，即先将B位化合物或一种B位组份与一种A位组份[5]先行在高温下进行焙烧，制备出一种中间材料后再将组成陶瓷的其它组份化合物与前驱体混合后烧结得到所需的陶瓷。

但是有也研究表明[6,7]，用传统电子陶瓷制备工艺（以下简称一步法，One-Step-Sintering Method，OSSM），也可以制备出B位复合纯钙钛矿相陶瓷材料。

由于一般二元系的准同型相界（Morphotropic Phase Boundary,MPB）是一个范围很窄的区间，通过MPB成分的调整而达到调整材料综合性能的自由度很小；但对于三元或更多元系来说，其准同型相界一般是曲线甚至是曲面，故而在MPB附近进行组分调控可望进一步优化材料的综合性能[8]。

低温烧结PZT基压电陶瓷的研究与制备

的理论，新型压电材料不断出现，各种压电器件广泛用于各个技术领域，而压电陶瓷则是这个领域中的一个重要分支【ｌ】。到目前为止，压电陶瓷材料已成为导航、电声、水声、超声、医疗、激光、高压、通航、生物等各技术领域不可缺少的重要功能材料，并已发展成为新兴的高技术产业。在实用化压电陶瓷材料中，含铅系压电陶瓷占主导地位，其烧结温度大都在
ｄｒｏｐ．Ｔｈｅ
ｓａｍｐｌｅｓｓｉｎｔｅｒｅｄａｔｒｏｕｇｈ１０００℃，ｂｕｔｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｈａｄｂａｄｄｅｃｌｉｎｅ．Ｂｖｔｈｅｖｉｅｗｏｆｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ｔｈｅｙｂｏｔｈｓｈｏｗｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｏｆｔｈｅｌｉｑｕｉｄｓｉｎｔｅｒｉｎｇ．Ｂｙｔｈｅｓｔｕｄｉｅｓｏｆｓｉｎｇｌｅｏｘｉｄｅｄｏｐｉｎｇ，ｔｈｅｎｅｘｔｓｔｅｐ，ｔｈｅｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｓｏｌｉｄｓｏｌｕｔｉｏｎ
Ｗ０３
ａｎｄ
ＣｕＯ
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ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ
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ＰＭＳ－ＰＮＮ—ＰＺＴｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｃｅｒａｍｉｃｓ，ａｎｄｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓ
ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．ｅｌｅｃｔｒｉｃ
ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｓｉｎｔｅｒｉｎｇｆｕｎｃｔｉｏｎｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅａｄｄｉｔｉｏｎｏｆ
１２００＂－＂１３００℃。由于高温时ＰｂＯ挥发严重，导致化学计量比偏离，性能下降，且
污染环境。目前常用的埋粉法、密封烧结法、气氛片法、过量ＰｂＯ法等只是为了保证配方中的化学计量比不变，不能从根本上消除ＰｂＯ挥发。抑制ＰｂＯ挥发积极

多孔PZT95／5铁电陶瓷材料研究进展

ｔｉｃｕｌａｒｌｅａｄｔｉｔａｎａｔｅ·ｌｅａｄｚｉｒｃａｏｎａｔｅ（ＰＺＴ）ｓｏｌｉｄｓｏｌｕｔｉｏｎｗｉｔｈａＺｒ：Ｔｉｒａｔｉｏｏｆ９５：５，ｄｅｎｏｔｅｄｂｙＰＺＴ９５／５，ｗａｓｉｄｅｎｔｉ—
ｆｌｅｄａｓａｐｒｏｍｉｓｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌｆｏｒｔｈｉｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｒｅｃｅｎｔｌｙ，ｐｏｒｏｕｓＰＺＴ９５／５ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｃｅｒａｍｉｃｓａｒｅａｔｔｒａｃｔｉｎｇｍｏｒｅａｔｔｅｎｔｉｏｎｄｕｅｔｏｔｈｅｉｒｅｎｈａｎｃｅｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｕｎｄｅｒｓｈｏｃｋｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ．Ｉｎｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅ，ｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｐｏｒｏｕｓＰＺＴ９５／５ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｃｅｒａｍｉｃｓｉｎｔｈｅｐａｓｔｄｅｃａｄｅｓｗｅｒｅｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｔｈｅｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅｏｆｐｏｒｏｕｓｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ｓｕｃｈａｓｐｏｒｏｓｉｔｙ，ｐｏｒｅｓｉｚｅａｎｄｍｏｒｐｈｏｒｌｏｇｙ，ｐｏｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｎｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｙｗｅｒｅｅｍｐｈａｓｉｚｅｄ．ＰｏｒｏｕｓＰＺＴ９５／５ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｃｅｒａｍｉｃｓｗｉｔｈｓｐｅｃｉｆｉｃｐｏｒｏｕｓｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗａｓｆｏｕｎｄｅｘｈｉｂｉｔｉｎｇｓｕｐｅｒｉｏｒｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｕｎｄｅｒｓｈｏｃｋｗａｖｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ．Ｔｈｅｏ— ｒｅｔｉｃａｌａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｆｏｕｎｄｔｈｅｍｅｓｏｓｃｏｐｉｃｍｅｃｈａｎｉｓｍｆｏｒｐｏｒｏｕｓＰＺＴ９５／５ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｃｅｒａｍｉｃｓｔｏｅｘｈｉｂｉｔｅｘｃｅｌｌｅｎｔｓｈｏｃｋｄａｍａｇｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ．Ｉｎｔｈｅｆｉｎａｌｓｅｃｔｉｏｎ，ｎｅｗｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｃａｎｄｉｄａｔｅｓ，ｓｕｃｈａｓＢＮＴ－ｂａｓｅｄｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｃｅｒａｍｉｃｓａｎｄＰＩＮ－ＰＭＮｓｉｎｇｌｅｃｒｙｓｔａｌ，ｆｏｒＥＰＰａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｗｅｒｅａｌｓｏｒｅｖｉｅｗｅｄａｎｄｐｒｏｓｐｅｃｔｉｖｅｒｅｓｅａｒｃｈｗｏｒｋｉｎｔｈｅｆｕｔｕｒｅｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｍａｔｅｒｉａｌｓ；ＰＺＴ９５／５；ｐｏｒｏｕｓｍａｔｅｒｉａｌｓ；ｓｈｏｃｋｗａｖｅ；ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ；ｒｅｖｉｅｗ

铁电陶瓷改性方案

铁电陶瓷改性方案引言铁电陶瓷是一类具有铁电性质的陶瓷材料，具有优异的电学性能和机械性能，被广泛应用于电子器件、传感器和储能装置等领域。

然而，传统的铁电陶瓷在一些方面存在局限性，比如其电学性能受温度和应力的影响较大、机械性能较差等。

为了克服这些问题，研究人员提出了一系列的铁电陶瓷改性方案，以改善其性能并拓宽其应用范围。

本文将介绍几种常见的铁电陶瓷改性方案，包括添加掺杂物、改变工艺和设计新型结构等。

通过这些改性方案，可以获得具有更好性能的铁电陶瓷材料，为相关领域的应用提供更好的支持。

添加掺杂物添加掺杂物是一种常见的铁电陶瓷改性方案，通过在陶瓷材料中引入其他元素，可以改变材料的结构和性质，提高其性能表现。

以下是几种常见的添加掺杂物的方案：1. 离子掺杂通过引入离子掺杂，可以改变铁电陶瓷的晶格结构和电荷分布，从而改变其电学性能。

例如，在铁酸钡（BaTiO3）中引入掺杂离子，可以减小晶格畸变，提高材料的铁电相变温度和极化强度。

2. 部分取代掺杂部分取代掺杂是指将一部分陶瓷材料的原子取代为其他元素或离子。

这种掺杂方式可以改变材料的组成和结构，从而调节其性能。

以钛酸铋（BiFeO3）为例，通过部分取代铁原子的方式，可以改善其畸变结构，提高其极化强度和压电性能。

3. 氧化物掺杂在铁电陶瓷中添加一定比例的氧化物掺杂物，可以改变材料的晶格缺陷和电子结构，从而影响材料的性能。

例如，在钛酸锆（PZT）陶瓷中添加微量的氧化铁（Fe2O3），可以改善其耐疲劳性能和压电性能。

改变工艺改变工艺是另一种常见的铁电陶瓷改性方案，通过改变陶瓷材料的制备过程和烧结工艺，可以调节其晶体结构和物理性能，从而达到改善材料性能的目的。

以下是几种常见的改变工艺的方案：1. 控制烧结条件烧结是陶瓷制备的关键步骤之一，通过控制烧结条件，可以影响陶瓷材料的致密度、晶体生长和相变行为。

例如，在铁酸钡陶瓷的制备过程中，控制烧结温度和时间，可以得到致密度较高且相变温度较稳定的材料。

梯度PZT铁电陶瓷的介电性质

Ｕ引百
所谓梯度材料是以计算机辅助材料设计为基础，采用先进的材料复合技术，使构成材料的要素（组成、结构）沿厚度方向由一侧向另一侧呈连续变化，从而使材料的性质和功能也呈梯度变化的新型材料…．作为２世纪最有发展前景的新型材料之一，１梯度材料是由日本学者平井敏雄、新野正之等人于１８９４年首次提出，】并于１８９７年开始进行这方面的研究．梯度材料一出现就引起了世界各国的广泛兴
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第３卷第４５期
２００６年８月
上海师范大学学报（自然科学版）
ＪｕｎｆｈｎｈｉｏｍａＵｉｒｔ（ａｒｌｃｎｅ）ｏｒａｏａｇａＮｒｌｎｖｓｙＮｔａＳｉｃｓｌＳｅｉｕｅ
生命与环境科学学朱音音，孙大志，刘
恒，：等梯度ＰＴ铁电陶瓷的介电性质Ｚ
１实
验
单组分的陶瓷样品的材料组成取为ＰＺ．Ｔ０３３ＰＺｏ６ｉ４３ＰＺｏＴ０和ＰＺｏ４ｉ０ｂｒ９ｉ０，ｂｒ９００，ｂｒ９ｉ５３ｂｒ９０６ｏ７．０．Ｔ．０．０５ｏ．Ｔ．０，，分别简记为ＰＴ７３ＰＴ６４ＰＴ５５和ＰＴ４６采用常规陶瓷制备工艺制备样品，１２￣、Ｚ９／，Ｚ９／，Ｚ９／Ｚ９／，在３０２（１４￣１０分别烧结１，３０３￣Ｃ、６Ｃｈ样品加工成直径为１ｒ厚度为ｌｍ的圆薄片，５ｍ、ａｍ两边镀银电极，采用匀速降温，Ｔ２１阻抗测量仪测量样品的电容ｃ测量频率为１Ｈ．在Ｈ８８，Ｋｚ在制备梯度材料时，先将不同的组分叠层，成坯，压制在烧结过程中通过热扩散，形成组分的梯度分布．其介电性能的测量方法与单组分相同．

课程设计(PZT材料结构及制备原理)

粉料经混合、煅烧来合成PZT , 然后经过机械粉磨获得PZT 粉体。传统的固相反应法是将ZrO2 , TiO2和PbO等氧化物粉料通过粉磨混合均匀,在高温下煅烧合成,然后再经机械粉磨获得钙钛矿相PZT粉体。由于该方法具有成本低产量高以及制备工艺相对简单等优点,仍然是目前国内外合成PZT粉体应用最普遍的方法。利用固相反应法合成PZT粉体时,一般要经历生成PbTiO3或PbZrO3的中间反应,导致所合成的PZT相组成波动和不均匀, 使得准结晶学相界(MPB ) 产生弥散,严重影响材料的铁电、压电和介电性能。另外,固相反应法合成PZT的煅烧温度较高,一般不低于1100 ℃，易于产生硬团聚,粉体颗粒较粗, 烧结活性低, 需要较高的烧结温度(1200 ℃)和较长的烧结时间,才能获得烧结致密的PZT陶瓷。这使得在煅烧合成和烧结的过程中,铅挥发损失严重,难以保证准确的化学计量比,在PZT结构中产生铅或氧空位缺陷,影响制品性能。机械固相反应法合成钙钛矿相PZT粉体一般先将PbO, TiO2 , ZrO2原料粉体湿法球磨混合,烘干后得到具有较高反应活性的超细粉体,然后置于高速摇摆磨或星星磨机中,干法高速球磨,反应合成钙钛矿相PZT粉体。在干法球磨过程中,反应物经历了无定型化、钙钛矿相PZT成核和和长大等过程,最终实现PZT超细粉体的合成。机械化学固相反应法合成的PZT粉体不仅具有超细,分散性好等特点,而且由于是在一个密闭的系统中, 没有铅的挥发损耗,很好的保持了化学组成,并且在机械化学反应的过程中,没有 PbTiO3或PbZrO3等中间相出现,所合成的PZT粉体相组成更加均匀,克服了传统的固相反应法固有的缺陷。
4
PZT 材料固相反应的方法和原理
所谓固相反应，从广义上来讲，凡是有固相参与的反应，都是固相反应。从狭

pzt压电陶瓷晶体结构

pzt压电陶瓷晶体结构
摘要：
1.PZT压电陶瓷简介
2.PZT压电陶瓷的晶体结构
3.PZT压电陶瓷的性能与应用
4.我国在PZT压电陶瓷领域的研究进展
正文：
一、PZT压电陶瓷简介
PZT（lead zirconate titanate，铅锌钛酸盐）压电陶瓷是一种具有优良压电性能的陶瓷材料。

在自然界中，PZT矿物稀少，因此，科学家们通过研究和合成，成功制备出了具有高精度、高性能的PZT压电陶瓷。

二、PZT压电陶瓷的晶体结构
PZT压电陶瓷的晶体结构属于四方对称结构，其化学式为PbZrO3-PbTiO3。

在这种结构中，钛酸铅（PbTiO3）和锆酸铅（PbZrO3）以固溶体的形式存在，共同赋予了PZT压电陶瓷优异的性能。

三、PZT压电陶瓷的性能与应用
1.压电性能：PZT压电陶瓷具有较高的压电常数、较低的介电常数和良好的疲劳稳定性，使其在声学、振动和能量转换等领域具有广泛的应用。

2.铁电性能：PZT压电陶瓷具有较高的铁电储能密度，使其在电磁屏蔽、存储器和传感器等领域具有重要应用。

3.机电转换性能：PZT压电陶瓷具有良好的机电转换效率，广泛应用于超
声波换能器、马达、致动器和机器人等领域。

4.我国在PZT压电陶瓷领域的研究进展：近年来，我国在PZT压电陶瓷材料的研究取得了显著成果，包括制备工艺的优化、性能的提高和新材料的研发。

这些成果为我国在压电陶瓷领域的创新发展奠定了基础。

综上所述，PZT压电陶瓷作为一种高性能的陶瓷材料，在多个领域具有广泛的应用。

PZT基铁电陶瓷材料疲劳特性研究的开题报告

PZT基铁电陶瓷材料疲劳特性研究的开题报告1.选题背景铁电陶瓷材料是一类重要的功能材料，在传感器、电子元器件、翻转器、换能器等领域有着广泛的应用。

其中，Pb(Zr,Ti)O3(PZT)作为铁电陶瓷材料的代表，因具有良好的铁电、压电、弯曲电效应、压电耦合等性能，因此广泛应用于传感器、换能器等领域。

然而，随着应用领域的不断拓展，PZT陶瓷材料的使用寿命和可靠性问题日益引起人们的关注，尤其是在高温、高压、高电场等恶劣环境下，PZT陶瓷材料易出现疲劳现象。

2.研究意义针对PZT陶瓷材料的疲劳问题，进行深入的研究，不仅有利于揭示材料的疲劳机制和物理本质，而且对于材料的改进和优化具有重要意义。

因此，研究PZT基铁电陶瓷材料的疲劳特性，对于推动铁电陶瓷材料的发展和提高其工程应用的可靠性具有重要的学术和实用意义。

3.研究内容本论文拟从以下几个方面进行探究：(1)PZT陶瓷材料的基本性质及铁电特性。

(2)PZT陶瓷材料的疲劳机制及影响因素的分析。

(3)采用拉伸、压缩、弯曲等不同加载方式，对PZT铁电陶瓷的疲劳行为进行研究。

(4)疲劳断口形貌、微观组织和晶体结构的分析。

(5)通过模拟、数值计算等手段，对PZT陶瓷材料的疲劳寿命进行预测和评估。

4.研究方法(1)实验方法：采用拉伸、压缩、弯曲等不同加载方式对PZT铁电陶瓷进行交变载荷下的疲劳试验。

(2)显微结构分析：采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等手段对疲劳断口、微观组织和晶体结构进行分析。

(3)数值模拟：利用有限元分析软件对PZT陶瓷材料的疲劳寿命进行预测和评估。

5.预期成果通过对PZT铁电陶瓷材料的疲劳特性研究，预计可以得到以下成果：(1)揭示PZT陶瓷材料的疲劳机制和物理本质。

(2)建立PZT陶瓷材料的疲劳行为模型。

(3)探究PZT陶瓷材料的疲劳寿命与不同参数的关系。

(4)对PZT陶瓷材料的改进和优化提供一定的参考和指导。

6.研究进度安排本论文的研究进度安排如下：(1) 5月份：完成文献资料收集和研究背景的撰写。

不同加载压力下PZT-95／5铁电陶瓷放电特性研究

９／Ｚ－５５铁电陶瓷放电特性研究
刘雨生，高是，福平，刘张贺红亮
（中物院流体物理研究所冲击波物理与爆轰物理实验室，川绵阳６１０）四２９０
摘
要：用轻气炮作为加载手段，ＰＴ９／利对Ｚ一５５铁电陶瓷进行冲击波压缩，实现陶瓷受激相变放电。在涵以
ｂｅｎｓｃｏｍｐｅｓｄｔｎｃｅｈｏｋｃｒｓｅｏｉｄｕｅａｐｈａｅｔａｆｍａｉｎｆｌｃｒｃｄｅｏｌ．Ｕｎｄｈｅｐｒｓｕｒｓｒｎｎｇｆｏｍｈｅｓｒｎｓｏｒｔｏｏｒｅｅｔｉｐｉｎｇｅｒｔｅｓｅａｇｉｒｔ
盖了ＰＴ９／瓷的相变压力点及雨贡纽弹性极限压力点的加载压力区间内，其放电特性进行了实验研究。Ｚ－５５陶对获得了不同加载压力下的ＰＴ９／铁电陶瓷耐电击穿强度及剩余极化强度等特征参数，分析和讨论了ＰＴＺ一５５并Ｚ＿９／在不同加载压力作用下的放电特性。５５关键词：Ｚ－５５电陶瓷；ＰＴ９／铁冲击波压缩；电击穿强度；余极化强度耐剩中图分类号：ＴＭ２１Ｏ５１２；２文献标识码：Ａ
人工极化的ＰＴ９／Ｚ一５５铁电陶瓷是一种表面电荷存贮器，外加压力作用下可以去极化ｌ，剩余在１其］极化消失，束缚的表面电荷被释放，外电路形成电在能输出。基于此原理，们陆续开展了ＰＴ一５５人Ｚ９／铁电陶瓷在冲击波作用下相变放电的相关研究。若在外电路中连接适当的负载，在几微秒内可得到峰值功率为兆瓦级的脉冲能量Ｉ，而，Ｚ－５５铁２因］ＰＴ９／电陶瓷在单次脉冲换能器中有着广泛的应用前景，在武器系统和高新技术研究中的应用也越来越广。国外关于ＰＴ９／Ｚ一５５铁电陶瓷放电性能方面，献文［ —］３８对其开展了深入细致的研究工作，主要涉及加载波形、载压力、载电阻及陶瓷密度参数等与陶加负瓷放电电流、电压性能的相互关系。国内，献［ — 文９１］２等曾对ＰＴ一５５铁电陶瓷的放电特性做过一Ｚ９／些实验研究，但仅限于冲击波加载压力在相变压力

pzt和pt陶瓷的热释电效应与晶格参数的关系

pzt和pt陶瓷的热释电效应与晶格参数的关系
热释电效应是指在温度变化下，物体表面电荷分布的改变，从而产生电势差的现象。

铁电陶瓷材料在热释电效应方面具有很好的应用前景，可以用于传感器、电源和设备控制等领域。

PZT和PT陶瓷是铁电陶瓷中应用广泛的两种材料。

它们的铁电性质与晶格参数密切相关。

本文将介绍PZT和PT陶瓷的热释电效应与晶格参数的关系。

PZT陶瓷的晶格参数是指晶体的晶格常数，通常用来描述物质的结构和性质。

PZT陶瓷是一种四方相铁电陶瓷，其晶格参数与热释电效应密切相关。

在PZT陶瓷中，热释电系数与电介质常数、铁电极化强度和温度有关。

晶格参数对这些参数的影响是很深远的。

与PZT陶瓷相比，PT陶瓷的晶格结构更为简单，其晶格参数也更易于确定。

PT陶瓷是一种钙钛矿型铁电陶瓷，其晶格参数与热释电效应的关系也已经得到了广泛的研究。

研究表明，PT陶瓷的热释电系数随着晶格常数a、b、c的增大而增大，与PZT陶瓷的情况类似。

但与PZT陶瓷不同的是，PT陶瓷的铁电极化强度随着晶格常数的增大呈现先增大后降低的趋势，也就是存在一个临界晶格常数，超过这个值以后铁电极化强度会逐渐降低。

铁电材料

PMN 陶瓷
PMN-PT固溶体相图
铁电薄膜
铁电薄膜是一类重要的功能性薄膜材料，具有介电性，铁电开关效应，压电效应，热释电效应，电光效应，声光效应，光折射效应，非线性光学效应。
铁电薄膜
铁电薄膜
薄膜是单晶或是晶粒择优取向的多晶
实现择优取向的方法主要是采用特定成分和特定取向的单晶作为基片，选择适当的基片温度或辅之以随后的热处理高度择优取向的薄膜已具有接近优质材料的自发极化和热释电系效，但矫顽场较大，光的传播损耗较严重
热压
高致密化，高透过率
PLZT烧结条件：1250℃，16小时， 14兆帕
薄膜
设备更好，技术更先进、更成熟膜厚：0.1μm，22μm
薄膜沉积方法
物理气相沉积
真空
化学气相沉积、化学液相沉积
薄膜
真空法的优点：干燥过程，高纯，薄膜外延生长缺点：沉积速率慢，多组分系统中化学计量控制难，沉积后需要退火，价格高
薄膜化学法的优点：沉积速率高，化学计量好控制，面积大，无孔，成本低
薄膜
薄膜基板：硅，镀铂的硅,蓝宝石,镁, 钛酸锶,银箔,铌酸锂, 砷化镓，熔融石英，氧化锆和玻璃
（1）高机电耦合系数（2）Tc高，可以高温操作（3）容易极化（4）介电常数范围广（5）容易在低温烧结
（6）可以与多种不同成份固溶
PZT、PLZT 陶瓷
PZT, PLZT也常用一些掺杂剂、改性剂来优化其在一些特定方面的应用。例如：Nb5+替换Zr4+ , La3+替换Pb2+，高价替换低价，可以将材料的电阻率提高至少3个数量级。等价替换、低价替换高价
BaTiO3 陶瓷
传感器的添加剂：Sr2+、Pb2+、Ca2+、

PZT95／5铁电陶瓷的声速及力学参数研究

陶瓷纵波声速最大，波声速最小。横
关键词：Ｚ声速；密度；化ＰＴ极中图分类号：５１Ｏ２文献标识码：Ａｒ
０引言
由于压电性能和铁电性能的大量应用，有各种比例和具不同添加剂的锆酸铅和钛酸铅的固熔体受到广泛深入的研究。铁电陶瓷经过外加电场作用后具有剩余极化强度，电极
２重量比的铌进行改性的锆钛酸铅铁电陶瓷（称ＰＴ简Ｚ
９／）已经应用于脉冲能源的材料【Ｊ５５是３。声速是声波在介质中的传播速度。沿着正应力方向传播的小扰动的传播速度，为纵波声速Ｇ，波的传播方称纵向与质点的振动方向一致。传播方向与质点的振动方向垂
（国工程物理研究院流体物理研究所冲击波物理与爆轰物理实验室，四川绵阳６１０）中２９０摘要：文研究了高密度ＰＴ９／本Ｚ５５陶瓷的声速及基本力学参数。与低密度陶瓷的研究结果对比，示陶瓷的制备方法显对陶瓷的声速影响较大：密度增加，瓷的声速线性增加。极化方向对陶瓷的声速也有影响，波方向平行于极化方向的随陶声
横波声速的关系，到：得
面束缚电荷，冲击波作用下，在陶瓷的束缚电荷迅速释放，流

PZT压电陶瓷的制备

2.1 PZT
制备分子式为PZT（Pb0.95Sr0.05(Zr0.5Ti0.5)O3＋0.5 %Cr2O3＋0.3 %Fe2O3）压电陶瓷
今采纳原料纯度如下的的配料进行配比
原料名称
纯度
原料名称
纯度
铅丹
Pb3O498.0
二氧化钛
TiO299.0
碳酸锶
SrCO397.0
三氧化铁
Fe2O398.9
二氧化锆
研究说明，研究者常采纳加入过量的氧化铅成份来弥补铅的损失，加入过量的氧化铅在烧结时呈现液相，有助于粉体的致密化行为，但却降低了烧结体的致密度，又由于在PbO液相中TiO2溶解度大于ZrO2的溶解度,过量的氧化铅有可能使烧结的PZT陶瓷中钛含量偏高，而铅的热损失机理有待于进一步研究。
2. PZT
压电陶瓷性能的好坏与它的制造工艺关系超级紧密。关于同一配方，工艺条件转变能够引发材料性能上的专门大不同.在生产中必需严格操纵工艺进程。PZT型压电陶瓷的生产进程一样包括以下几个步骤:配料、混合、预烧、粉碎、成型、排塑、烧结、被电极、极化、测试其中预烧是关键工序之一，那个工序包括了4种物理学进程:粒子的线膨胀(室温～４００℃)，固相反映（４００℃到７５０℃）、样品收缩（７５０℃～８５０℃）、晶粒长大（８００℃以上）。其中固相反映是关键，由于生成PZT化学反映不是在熔融状态下进行的，而是在比熔点低的温度下。由固体颗粒间的扩散来完成的，故称为“固相反映”。
通过选取组成处于准同型相界(MPB)周围的PbZr0.52Ti0.48O3作为研究对象,结合传统固相烧结法制备PZT压电陶瓷的优缺点,改变传统的氧化物原料,提出两种低温制备PZT压电陶瓷的新方式。重点研究了以乙酸铅、偏钛酸、碳酸锆和草酸为原料的低温制备新工艺,讨论研磨时刻、Zr/Ti比、预烧温度和终烧温度四个因素对本工艺的阻碍。通过度析TG-DTA、XRD、SEM和样品的电性能,确信较佳的工艺条件是在Zr/Ti=0.40/0.60下,研磨12 h,在750°C预烧2h,在950°C下终烧2h,现在制备取得的PZT陶瓷的相对介电系数和压电系数均为最大值:εr=824,tanδ=0.986%, d33=372pC/N。研究说明,此新方式对制备PZT￡E电陶瓷是行之有效的,而且样品的电性能略高于传统固相法制备取得PZT压电陶瓷的性能,而且本钱低廉,工艺简单,烧结温度低,具有工业应用价值,是一种具有庞大进展潜力低碳绿色环保的新工艺。

铁电陶瓷的特性,介绍其潜在应用

多层电容压电变换器
压电马达压电驱动器电致伸缩驱
动器
块材
介电电容器红外探测器
压电传感和驱动器电光快门
电光显示器
膜材
非易失随机存储器
阻挡层集成光学抗反射膜
14
非易失随机存储器
普及型室内幕帘式被动红外线移动探测器，尤其适合于小区防盗使用，外形时尚精致，线条流畅
压电陶瓷马达
高介电型陶瓷电容器常数
图4 不同应力下的电滞回线
12
2.4 软硬性铁电陶瓷的比较
比较两条曲线[2]
相同点：包括初始近似线性段,曲
线斜率先从递减向递增转化的非线性段,以及在应力增加到一定值时, 又变成曲线斜率较大的近似线性段. 并且,非线性曲线上从斜率递减向递增转化的拐点G处应力值．不同点：对于硬PZT4大约为 125MPa,软PZT4在70MPa左右.这表明PZT铁电陶瓷在载荷作用下的
4
1、铁电陶瓷的电畴理论 900
↑ ↑ ↑ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ →→→
图中小方格代表晶胞箭头代表电矩方向
↑ ↑ ↑ ↓ ↓ ↓ ↓ → →→→ ↑ ↑ ↑ ↓ ↓ ↓ →→ →→→ ↑ ↑ ↑ ↓ ↓ →→→ →→→
↑ ↑ ↑ ↓ →→→→ →→→
1800 图1 BaTiO3电畴结构示意图
5
在同一晶粒内具有相同取向的自发极化和自发应变的晶胞团称为电畴[4].
应力应变非线性响应与压电材料微观电畴偏转密切相关．
图５软硬铁电陶瓷的应力－电位移曲线
根据两者对应力的敏感性不同，可以在应用在不同的领域．
13
ห้องสมุดไป่ตู้
3、铁电陶瓷的特性及其应用
以上介绍了电滞回线的变化规律及其原因，我们深刻的认识到电畴翻转是铁电陶瓷产生非线性曲线的原因，也正是有了这一理论，使我们对铁电陶瓷产生了浓厚的兴趣，在对它的认识过程中挖掘出了许多有利于人们生活的应用[3]。

应力场下PZT铁电陶瓷的原位拉曼光谱测试

和ｒ＋／Ｉ眦Ｔ０）峰强比均随外加应力绝对值的
增加而减小，而随应力作用时间而增大。ＪＬ（））／
ＩＥ（２Ｔｏ）和ＩＥ＋Ｂ１／ＩＥ（２Ｔｏ）随不同晶粒所受的应力变化而
（１．厦门大学材料学院材料科学与工程系，福建厦门３６１００５；２．福建省特种先进材料重点实验室，福建厦门３６１００５）
摘要：采用传统固相法得到了晶粒分布均匀，平均
晶粒尺寸２～３ｍ、四方相结构的Ｐｂ（Ｚｒ２Ｔｉ８）０３
ＢａＴｉＯ。多晶陶瓷的畴结构有影响＿】。热力学分析发
现，Ｐｂ（Ｔｉ。Ｚｒ）Ｏ。薄膜的应力与拉曼光学模（Ａ１
多晶陶瓷。利用四点弯曲应力加载装置，开展了单个晶粒定点和多个单晶粒连续定点的原位拉曼测试。计算了不同应力场下低波速拉曼光学模的相对强度比值（ＩＩＪ（））／ｉＥ（））和Ｅ＋Ｂ１／ｉ附Ｔ（）ｊ）。结果表明，Ｅ（１ＩＪ（））／
ｏ４１ｏｏ
助
材
料
２０１４年第４期（４５）卷
文章编号：１００１ — ９７３１（２０１４）０４ — ０４１００ — ０４
应力场下ＰＺＴ铁电陶瓷的原位拉曼光谱测试

铁电陶瓷

(3) 薄膜材料制备工艺。
（三）透明铁电陶瓷
一、透明铁电陶瓷的组成和相图
由于气孔相、晶界和杂质相的散射，一般多晶体陶瓷是不透明的，通过适当的工艺，可以控制其显微结构和晶界性质，使
之成为透明陶瓷，一般 Al2O3 、 Y2O3 、 MgO、 BeO、 ThO等都
可制成透明陶瓷。 PLZT 既有透明性，又有铁电和压电性，其光学性质与铁电
•压电陶瓷超声波焊接
压电超声马达

世界上最小的马达（电机）：重36mg，长5mm，直径 1mm，可作为人造心脏的驱动器。
压电喇叭应用实例
N506i V501T
•压电陶瓷超声清洗
•压电陶瓷探伤仪
•压电陶瓷测厚仪
•压电陶瓷加湿器
压电陶瓷变压器雷达显示器高压电源
压电变压器电警棍
•压电陶瓷喷墨打印
的电场时，那些取向和电场方向一致的畴生长变大，而
其它方向的畴收缩变小，随后产生净极化强度。
铁电陶瓷与其它的电介质陶瓷不同，它的极化强度不与施加电场成线性关系，并具有明显的滞后效应。
饱和极化强度Ps
剩余极化强度Pr 矫顽电场强度Ec
饱和电场强度Esat
铁电体的电滞回线
主要内容
一、压电陶瓷
二、热释电陶瓷
•压电陶瓷内部结构（电畴形成）
由于压电陶瓷极化后具有压电性，因此，构成陶瓷
的晶体必须是铁电体。铁电体从顺电相转变为铁电相时具有自发极化，自发极化方向一致的区域成为电畤。铁电畴之间的界面称为电畤壁。两电畤平行排列的边界称为180°畴壁，两电畤互相垂直的边界
称为90°畴壁。
相邻两个畴中自发极化方向只能成90°角或180°角，相应电畴交界面就分别称为90°畴壁和180°畴壁。

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• •

钛、氧离子的位移自发极化：这种极化状态并非由外电场引起，而是由晶体的内部结构引起。在这类晶体中，每一个晶胞内存在有固有电矩，通常将这类晶体称为极性晶体。一般介电极化，是介质在外电场作用下引起，没有外电场，这些介质的极化强度为0。
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° °
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固有偶极子
• 铁电体的两个特点是：一是具有电滞回线，另一个是具有许多电畴。所谓电畴就是在一个电畴范围内永久偶极矩的取向都一致。 • 因此凡具有电畴和电滞回线的介电材料就称为铁电体。
BaTiO3陶瓷材料的铁电性能在1942年被人们发现，由于其性能优良，工艺简便，很快被应用于介电、压电元器件。1954年人工法成功制备出 BaTiO3单晶，至今， BaTiO3陶瓷仍是应用的最广泛和研究得比较透彻的一种铁电材料。
BaTiO3的晶体结构 BaTiO3 晶体结构有立方相、四方相、斜方相和三方相等晶相，均属于钙钛矿型结构的变体，四方相、斜方相和三方相为铁电相，立方相为顺电相。
其中压电晶类（20种）具有对称中心的晶类（11种）
具体事例:由热运动引起的自发极化
铁电体的位移性理论：自发极化主要是由晶体中某些离子偏离了平衡位置，使单位晶胞中出现了偶极矩，偶极矩之间的相互作用使偏离平衡位置的离子在新的位置上稳定下来，同时晶体结构发生了畸变。
• •

钛酸钡的结构：钙钛矿型结构
顺电相BaTiO3的结晶学原胞
BaTiO3的介电-温度特性
介电常数随温度的变化显示明显的非线性，室温介电常数一般为3000～5000，在居里温度处（120℃）发生突变，可达10000以上。
在居里温度以上， BaTiO3的介电常数随温度的变化遵从居里-外斯定律：
AT T TC
其中：AT为居里—外斯常数；Tc为居里温度（120℃） TC 上式化为： 1 1
介电晶类（32种）不具有对称中心的晶类（21种）极性晶类（热释电晶类）（10种）非极性晶类（11种） 1，2，3，4，6，m， mm2.4mm,3m,6mm 222,-4,-6,23,423(不具有压电性）,-43m,422, -42m,32,622,-6m2 -1,2/m,4/m,3,6/m,m3,mmm,4/mmm,6/ mmm,m3m,-3m
Pb(Zn1/3Nb2/3)O3，Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 Pb(Ni1/3Nb2/3)O3， Pb(Mg1/3Ta2/3)O3 Pb(Mg1/2W1/2)O3，Pb(Co1/2W1/2)O3 Pb(Fe1/2Nb1/2)O3，Pb(Fe1/2Ta1/2)O3 Pb(Fe2/3W1/3)O3，Pb(Mn2/3W1/3)O3
＞120℃，立方晶胞 6℃～120℃，四方晶胞 -90℃～6℃，斜方晶胞＜-90℃，三方晶胞
BaTiO3在室温附近（20℃）为铁电相，当温度高于居里温度（120℃），铁电相转变为顺电相。顺电相BaTiO3的结晶学原胞如图所示：
整个BaTiO3晶格可以看成是由Ba、Ti、OⅠ、 OⅡ、OⅢ各自构成的简单立方格子套构而成。在钙钛矿结构中，有一种非常重要的结构--氧八面体结构。钙钛矿结构中氧八面体结构和金刚石结构中的正四面体结构是固体物理学中两类非常重要的典型结构。
表示晶体极性链的两种方法
-
+ -
+ -
极化轴 C
+ -
+ -+来自+ -+
+ -
+
+ -
-
+ +
-
+ -
自发极化
spontaneous polarization
在没有外电场作用时，晶体中存在着由于电偶极子的有序排列而产生的极化，称为自发极化. 在垂直于极化轴的表面上，单位面积的自发极化电荷量称为自发极化强度。
电滞回线
hysteresis loop
产生的原因
在强电场作用下，使多畴铁电体变为单畴铁电体或使单畴铁电体的自发极化反向的动力学过程称为畴的反转。使剩余极化强度降为零时的电场值Ec称为矫顽电场强度（矫顽场）变化过程： A→B→C→B→D→F →G→H→K→C Ps：饱和极化强度 Pr：剩余极化强度

AT
T
AT
1

T
表征介电常数温度稳定性的容温变化率如下式所示：
C CT C 20 100% C C 20
其中：C20为陶瓷样品在20℃时的电容（1KHz）；
CT为陶瓷样品在温度T时的电容（1KHz）
Z5V型电容器瓷料，10℃～85℃，-56%≤△C/C≤+22%。 Y5U型电容器瓷料，-25℃～85℃，-80%≤△C/C≤+30%。 X7R型电容器瓷料，-55℃～125℃，-15%≤△C/C≤+15%。
Pb(B+21/2B+61/2)O3型 Pb(B+31/2B+51/2)O3型 Pb(B+32/3B+61/3)O3型 A(B1+4，B2+4)O3型
Pb(Ti，Zr)O3， Ba(Ti，Zr)O3
铁电陶瓷材料的应用
1、高介电常数的电容器（铅基铁电陶瓷） 2、陶瓷图像储存-显示器（PLZT陶瓷） 3、精密位移器和应力计（PMN基陶瓷）
热释电效应
pyroelectric effect
由于温度的变化，晶体出现结构上的电荷中心相对位移，使自发极化强度发生变化，从而在两端产生异号的束缚电荷，这种现象称为热释电效应。
居里温度Tc
Curie temperature
铁电陶瓷只在某一温度范围内才具有铁电性，它有一临界温度Tc.，当温度高于Tc时，铁电相转变为顺电相，自发极化消失。晶体顺电相-铁电相的临界转变温度Tc称为居里温度
压电效应
piezoelectric effect
晶体受到机械力的作用时，表面产生束缚电荷，其电荷密度大小与施加外力大小成线性关系，这种由机械效应转换成电效应的过程称为正压电效应。晶体在受到外电场激励下产生形变，且二者之间呈线性关系，这种由电效应转换成机械效应的过程称为逆压电效应。力→形变→电压电压→形变正压电效应逆压电效应
介电体压电体热释电体铁电体
介质的极化特性与其晶体结构有着内在联系
• 按照其对称性，晶体可分为7大晶系，32种点群.。 • 其中有20种点群不具有中心对称，它们的电偶极矩可因弹性形变而改变，因而具有压电性并称为压电体。 • 在压电体中具有唯一极轴（又称为自发极化轴）的10种点群可出现自发极化，即在无外电场存在的情况下也存在电极化。它们因受热产生电荷，故称为热释电体。 • 在这些极性晶体中，因外加电场作用而改变自发极化方向的晶体便是铁电体。 • 因此，凡是铁电体必然是热释电体，而热释电体也必然是压电体。
±
-
+
+ -
结构含有正负离子
未加应力
加应力正负电荷中心不分开，不产生极化
-
+
-
+
(3) 无对称中心，且本身具有自发极化特性的结构例1：具有极性轴或结构本身具有自发极化的结构
+ 固有偶极子正电荷层与负电荷层交替排列
+ +
+
+ -
+
+ -
+
+
纤锌矿(ZnS)结构在（010）上投影
a 简单钙钛矿结构化合物
ABO3型
A位：+2价阳离子，如Mg2+， Ca2+，Sr2+，Ba2+，Zn2+，Pb2+等 B位：+4价阳离子，如Ti4+，Zr4+等典型化合物： BaTiO3 ， CaTiO3 ， SrTiO3 ， PbTiO3 ， ZnTiO3 ， BaZrO3 ， PbZrO3 等
相关的晶体结构
1. 铁电材料的钙钛矿结构钙钛矿结构以BaTiO3的结构为代表，许多铁电、介电、压电、光电以及高温超导材料都具有钙钛矿结构，如：
BaTiO3, PbZrO3 Pb(Zn1/3Nb2/3)O3，Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 (Na1/2Bi1/2)TiO3，(K1/2Bi1/2)TiO3
b 复合钙钛矿结构化合物（A1 x1 A2x2）（B1y1B2y2）O3型
其中：x1，x2分别为A1离子和A2离子化学计量比；x1+x2=1 y1，y2分别为B1离子和B2离子化学计量比；y1+y2=1
A1A2占据A位，满足条件： A位化合价= A1·x1+A2 ·x2=+2价 B1B2占据B位，满足条件： B位化合价= B1·y1+B2 ·y2=+4价 B1离子：低价阳离子，如Mg2+，Zn2+，Ni2+，Fe3+，Sc3+等 B2离子：高价阳离子，如Ti4+，Nb5+，Ta5+，W6+ 等
电致伸缩效应
electrostrictive effect
晶体在受到外电场E激励下产生形变S，但二者呈非线性关系，形变S与电场的平方E2呈线性关系，即： S∝E2 这种效应称为电致伸缩效应。
与压电效应的区别：
压电效应产生的应变与电场成正比，当电场反向时，应变改变符号，即正向电场使试样伸长，反向电场使试样缩短。电致伸缩效应产生的应变与电场的平方成正比，当电场反向时，应变不改变符号，即无论正向电场或反向电场均使试样伸长（缩短）。
铁电体是这样的晶体：其中存在自发极化，且自发极化有两个或多个可能的取向，在电场作用下，其取向可以改变。