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第四章铁电陶瓷一、教学内容及要求掌握铁电体的基本概念，理解电滞回线的形成，理解BaTiO3的结构与自发极化特性以及其介电性能的特点，掌握电畴的基本概念，电畴的成核与生长过程，180°畴和90°畴的异同。
理解居里温区的相变扩张的机理，几种相变扩散的异同。
掌握展宽效应，移动效应，重叠效应的作用机制。
掌握铁电老化，铁电疲劳，去老化的概念。
二、基本内容概述4.1概述重点掌握的几个概念：自发极化、、剩余极化、、矫顽场、铁电体、电滞回线、电畴、铁电陶瓷1、感应式极化：离子晶体中最主要的极化形式是电子位移极化和离子位移极化，这两种极化都属于感应式极化，极化强度大小依赖于外施电场。
线性关系，E=0，P=0。
2、自发极化：铁电体所表现的自发极化，却是不依赖于外电场，并能随外电场反向而发生反转。
非线性关系，E=0，P≠0。
3、铁电体(ferroelectric)：具有自发极化，且自发极化方向能随外场改变的晶体。
它们最显著的特征，或者说宏观的表现就是具有电滞回线。
4、电滞回线(hysteresis curve)：铁电体在铁电态下极化对电场关系的典型回线。
5、电畴（domain）：在铁电体中，固有电偶极矩在一定的子区域内取向相同的这些区域就称为电畴或畴。
6、畴壁（domain wall）：畴的间界。
7、铁电相变：铁电相与顺电相之间的转变。
当温度超过某一值时，自发极化消失，铁电体变为顺电体。
8、居里温度（Curie temperature or Curie point）：铁电相变的温度。
9、铁电体的分类：1）按结晶化学；2）按力学性质；3）按相转变的微观机构；4）按极化轴多少。
10、铁电陶瓷：在一定温度范围内具有自发极化，且自发极化能为外电场所转向的陶瓷称为铁电陶瓷。
4.2陶瓷的铁电性与铁电陶瓷1、BaTiO3的结构与自发极化BaTiO3为钙钛矿结构，由Ba2+离子与O2-离子一起立方堆积，Ti4+处于氧八面体体心。
陶瓷介质电容陶瓷介质电容是一种常见的电子元件，具有许多优点和应用领域。
本文将从定义、特性、制造工艺和应用等方面详细介绍陶瓷介质电容的相关知识。
一、定义陶瓷介质电容是一种以陶瓷作为介质的电容器。
它的主要特点是体积小、重量轻、稳定性好、频率响应范围广等。
陶瓷介质电容根据其介质材料和结构形式的不同，可以分为多种类型，如片式电容、插件式电容、贴片式电容等。
二、特性1. 体积小：陶瓷介质电容相比其他介质电容器，体积更小巧，适合在空间有限的电路板上使用。
2. 重量轻：陶瓷介质电容的重量较轻，可以降低整个电路的重量，适用于便携式电子设备。
3. 稳定性好：陶瓷介质电容的电容值稳定性较高，能够在不同温度和频率下保持相对稳定的性能。
4. 高频响应好：陶瓷介质电容的响应频率范围广，适用于高频电路。
5. 绝缘性能优异：陶瓷介质电容的绝缘性能好，能够有效隔离电路中的信号，提高电路的稳定性和可靠性。
三、制造工艺陶瓷介质电容的制造工艺主要包括以下几个步骤：1. 选择陶瓷材料：根据电容器的要求，选择适合的陶瓷材料作为介质。
2. 制备陶瓷片：将陶瓷材料研磨成细粉，然后通过压制、干燥、烧结等工艺制备成陶瓷片。
3. 制作电极：在陶瓷片上制作电极，通常采用金属薄膜或导电胶浆进行涂覆和烧结。
4. 组装封装：将制作好的陶瓷片与电极通过焊接或粘接等方式组装封装成电容器。
四、应用领域陶瓷介质电容具有广泛的应用领域，常见的应用有：1. 通信设备：陶瓷介质电容可用于手机、电视、无线路由器等通信设备中，起到信号传输和滤波的作用。
2. 汽车电子：陶瓷介质电容可用于汽车电子设备中，如发动机控制单元(ECU)、制动系统、中央控制器等，提高汽车电子系统的性能和可靠性。
3. 工业控制：陶瓷介质电容可用于工业控制设备中，如机器人、PLC等，用于信号处理和电路保护。
4. 电源管理：陶瓷介质电容可用于电源管理电路中，如DC-DC变换器、稳压器等，提高电源的稳定性和效率。
电子陶瓷第四章介电陶瓷1第四章介电陶瓷一高介电容器瓷二强介铁电陶瓷三独石电容器瓷2二强介铁电陶瓷1铁电陶瓷发展历程2铁电陶瓷特征3 强介铁电陶瓷改性3二强介铁电陶瓷1 铁电陶瓷发展历程：铁电体与铁磁体在许多性质上具有相似性（如铁磁体具有磁滞回线；铁电体具有电滞回线），“铁电体”之名即由此而来，其实它的性质与“铁”毫无关系。
在欧洲（如法国、德国）常称“铁电体”为“薛格涅特电性”（Seignett-electricity）或“罗息尔电性”（Rochell-electricity）。
因为历史上铁电现象是首先于1920年在罗H4O6⋅4H2O）中发现的，而息盐（酒石酸钾钠，NaKC4罗息盐是在1665年被法国药剂师薛格涅特在罗息这个地方第一次制备出来。
4二强介铁电陶瓷2 铁电陶瓷特征：¾铁电陶瓷概念是指具有自发极化，且自发极化方向为外电场所转向的一类陶瓷。
介电常数一般高达103~104，故又称为强介铁电陶瓷，适于制作小体积、大容量的低频电容器。
¾铁电陶瓷应用•高介电常数⇒大容量电容器•极化反转⇒铁电薄膜存储器•电光效应⇒电光器件•压电效应⇒压电器件（第五章压电陶瓷讲述）•PTC 效应⇒PTC热敏电阻•热释电效应⇒热释电传感器／探测器6钛酸钡结构相变8非对称性钛酸钡晶体的晶胞参数与温度的关系9畴壁铁电体中电畴结构12二强介铁电陶瓷2 铁电陶瓷特征：¾电畴铁电体中的高介电常数值是自发极化所产生的。
在BaTiO 3钙钛矿晶体顶角相连的三维[TiO 6]八面体族中，由于八面体内离子的位移形成电偶极子，通过其间的彼此传递、耦合乃至相互制约，最后形成了自发极化方向一致的若干小区域——电畴。
BaTiO 3BaTiO 3中的电畴（实验观测）Ti O Ba[TiO 6]八面体族钙钛矿13二强介铁电陶瓷2 铁电陶瓷特征：¾电滞回线电滞回线是铁电体的极化强度Ｐ随外加电场强度Ｅ的变化轨迹。
反铁电介质陶瓷矩鞍环PbZr03晶体的温度低于230℃时为反铁电相，高于230℃时为立方钙铁矿结构。
反铁电体有四方对称结构和斜方对称结构，纯的PbZr03晶体在低子居里温度几个摄氏度的范围结构为四方结构反铁电相，低于该温度至室温的很宽温区属于斜方反铁电相。
该斜方反铁电相的。
轴和6轴沿着[110]方向取向，晶格常数为a＝0.588nm。
反铁电陶瓷矩鞍环的特征之一是具有双电滞回线，如图4—25所示。
该曲线显示了反铁电陶瓷的介电常数随电场强度变化的规律。
图中极化强度达到饱和时所对应的电场强度称为饱和场强E饱。
反铁电陶瓷矩鞍环介质材料是以PbZr03或PbZrO3为基的固溶体为主晶相组成的。
研究表明含La 的PbZrO3反铁电陶瓷具有较宽的四方反铁电相稳定区域。
反铁电陶瓷电容器的主要生产工艺为：配料→预合成→粉碎→成型→烧成→烧渗电极→焊接引线→包封→性能检测→产品包装等。
工艺中需要注意的是防止PbO的挥发，通常采取主晶相的预合成容器必须提前进行吸铅处理、加盖密封和低温合成，配料中加入适当过量的PbO等。
反铁电介质瓷是由反铁电体PbZrO3或以PbZrO3为基的固溶体(包括PLZT)组成。
反铁电体与铁电体不同之处在于：蜂窝陶瓷载体当外加作用电场强度降至零时，反铁电体没有剩余极化，而铁电体则有剩余极化Pr。
当作用于反铁电体的电场强度由弱逐渐增强，由线性特征转变为非线性时，反铁电体即相变为铁电体。
而当电场强度降低，由非曲线性特征转变为线性时，铁电体又相变为反铁电体。
所以当材料由反铁电体相变为铁电体时，材料的极化强度迅速增大，材料中几乎所有反铁电体都相变为铁电体时，极化强度趋于饱和Pmax，Pmax为相应于饱和场强Emax时的极化强度。
除了电场能强迫反铁电态与铁电态进行相变外，温度与压力也能使反铁电态与铁电态之间互相转变。
反铁电陶瓷矩鞍环具有的特性，使其成为比较优良的储能介质材料。
可用反铁电陶瓷制造储能电容器，该电容器具有储能密度高和储能释放充分地突出特点。
第四章 Bi1－x A x FeO3 (A= La, Nd; 0≤x<0.3)系列陶瓷通过对BiFeO3掺杂La，在~0.01≤x≤~0.2的范围内Bi1La x FeO3增强了电极化－x(P s>15µC/cm2)，在x≥~0.1时候，螺旋磁结构的反铁磁已经被破坏；因此，在~0.1≤x≤~0.2区域，同时具有较大的电极化和空间均匀的反铁磁，较大的磁电耦合效应可能出现。
在~0.2≤x≤~0.25区域，Bi1－x La x FeO3的P s忽然降到小于6µC/cm2，这说明此区域可能存在一个二级相变。
此外，我们发现Bi1Nd x FeO3和Bi1－x La x FeO3的性质类似。
－x§4.1 引言Ps明显增大的区域饱和极化 Ps反铁磁结构空间不均匀的反铁磁空间均匀的反铁磁La、Nd和Sm等A位掺杂元素的百分比较大的磁电耦合效应可能出现的局域图4-1 通过掺杂 La、Nd和Sm，可以增强电极化和破坏螺旋磁结构的反铁磁，存在一个区域，电极化被增大同时反铁磁空间均匀，这就是较大的磁电耦合效应可能存在的区域。
在典型的铁电存储材料中，Bi3.25La0.75Ti4O12、Bi3.15Nd0.85Ti4O12是最著名的两种，它们是通过掺杂抗疲劳性能不佳的Bi4Ti4O12后得到的。
研究人员受到前者的鼓舞，希望通过对BiFeO3掺杂La、Nd、Sm等获得优越的磁电性能[1-3]。
La3+、Nd3+和Sm3+三种离子103与Bi3+离子相近，容易掺入BiFeO3的晶格并在A位取代Bi3+，从而引起晶格常数的变化，是BiFeO3的A位掺杂材料中的最佳选择之一。
但是，当前最根本和最需要解决的问题不是选择哪一种掺杂材料，而是制备出高绝缘性，能够测到饱和P-V回线的材料。
因此，A x FeO3 (A=La, Nd; 0≤x<0.3)我们研究工作的重点在于制备条件。
我们成功制备了Bi1－x系列陶瓷，它们在室温至140o C的电阻率都能达到~109Ω⋅cm，击穿电场大于150kV/cm。
