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简述压电陶瓷压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料，属于无机非金属材料，是一种具有压电效应的陶瓷材料。
与压电单晶材料相比，具有机电耦合系数高，压电性能可调节性好，化学性质稳定，易于制备且能制得各种形状、尺寸和任意极化方向的产品、价格低廉等优点。
它具有压电效应。
所谓压电效应是正电压效应和负电压效应。
前者是指由应力诱导出极化或电场的现象，后者则是由电场诱导出应力或应变的现象，二者统称为压电效应。
目前为止，压电陶瓷的这种压电效应已被广泛应用于与人们生活息息相关的许多领域，遍及卫星广播、电子设备、生物、航空航天、医疗卫生、日常生活等等。
由此可见压电陶瓷的应用十分广泛，研究意义非常重大。
一些材料在机械应力作用下，引起内部正负电荷中心相对位移而发生极化，导致材料两端表面出现符号相反的束缚电荷的现象，称为压电效应。
具有这种性能的陶瓷称为压电陶瓷，它的表面电荷的密度与所受的机械应力成正比。
反之，当这类材料在外电场作用下，其内部正负电荷中心移位，又可导致材料发生机械变形，形变的大小与电场强度成正比。
常用的压电陶瓷有钛酸钡系、锆钛酸铅二元系及在二元系中添加第三种ABO3（A表示二价金属离子，B表示四价金属离子或几种离子总和为正四价）型化合物，如：Pb(Mn1/3Nb2/3)O3和Pb(Co1/3Nb2/3)O3等组成的三元系。
如果在三元系统上再加入第四种或更多的化合物，可组成四元系或多元系压电陶瓷。
此外，还有一种偏铌酸盐系压电陶瓷，如偏铌酸钾钠（Na0.5·K0.5·NbO3）和偏铌酸锶钡（Ba x·Sr1-x·Nb2O5）等，它们不含有毒的铅，对环境保护有利。
目前，我国所使用的压电陶瓷体系主要是铅基压电陶瓷，材料其中含铅化合物PbO（或Pb3O4）约占原料总质量的百分之七十左右。
由于含铅化合物在高温时具有挥发性，这些材料在生产、使用、废弃过程中都会对人类健康和生态环境造成很大的危害。
压电陶瓷片的原理及特性压电效应具有可逆性：若在压电陶瓷片上施以音频电压，就能产生机械振动，发出声响；反之，压电陶瓷片受到机械振动(或压力)时，片上就产生一定数量的电荷Q，从电极上可输出电压信号。
目前比较常见的锗钛酸铅压电陶瓷片(PZT)，是用锆、钛、铅的氧化物配制后烧结而成的。
鉴于人耳对频率约为3kHz的音响最敏感，所以通常将压电陶瓷片的谐振频率f0设计在3kHz左右。
考虑到在低频下工作，仅用一片压电陶瓷片难以满足频率要求，—般采用双膜片结构，其外形与符号如图1所示。
它是把直径为d的压电陶瓷片与直径为D的金属振动片复合而成的。
D一般为15~40mm，复合振动片的总厚度为h。
当压电材料—定时，谐振频率与h成正比，与(D/2)2成反比。
谐振频率fo与复合振动片的直径D呈指数关系，如图2(a)所示。
显然D 愈大，低频特性愈好。
压电陶瓷片作传声器使用时，工作频率约为300Hz~5kHz。
压电陶瓷片的阻抗Z取决于d/D之比，由图2(b)可见，阻抗随d/D比值的增大而降低。
>压电陶瓷片的驱动压电陶瓷片有两种驱动方式。
第一种是自激振荡式驱动。
其电路原理是通过晶体管放大器提供正反馈，构成压电晶体振荡器，使压电陶瓷片工作在谐振频率fo上而发声。
此时压电陶瓷片呈低阻抗，输出音量受输入电流控制，因此亦称为电流驱动型。
第二种为他激振荡式驱动，利用方波(或短形波)振荡器来激励发声。
这时压电陶瓷片一般工作于fo之外的频率上，因此阻抗较高，输入电流较小，它居于电压驱动式。
其优点是音域较宽。
音色较好。
>压电陶瓷片的测试方法1、电压测试法在业余条件下，可以用万用表的电压挡来检查压电陶瓷片的质量好坏，具体方法是：将万用表拨至2.5V直流电压档，左手拇指与食指轻轻握住压电陶瓷片的两面，右手持两支表笔，红表笔接金属片，黑表笔横放在陶瓷表面上，如图1所示。
然后左手拇指与食指稍用力压紧一下，随即放松，压电陶瓷片上就先后产生两个极性相反的电压倍号，使指针先是向右捏一下，接着返回零位，又向左摆一下。
压电陶瓷性能及PZT制备工艺王幸福无机非金属材料工程 80308113摘要: 简单综述了压电陶瓷的性能及锆钛酸铅压电陶瓷制作方法,重点分析了锆钛酸铅压电陶瓷的掺杂改性的机理和作用。
以及压电陶瓷PZT未来发展的前景。
关键词: 锆钛酸铅;制作方法。
引言锆钛酸铅一Pb(Zr，Ti)03:(PZT)是一种具有多种应用功能的钙钦矿型ABO3结构铁电材料，是由铁电相PbTiO3(Tc=490℃)和反铁电相PbZrO3(Tc=230℃)组成的固溶体。
PbZrO3一PbTiO3:系固溶体(PZT)相图中，在x约为0.52一0.53附近存在一个铁电四方相(FT)和菱形相(FR)的交界区，就是我们通常称之为的准同型相界(MPB)。
在PZT的MPB上具有高的压电和介电特性，具有高的的居里温度，因此受到国内外相关研究者的广泛重视，使之成为迄今为止，应用最广的压电陶瓷材料。
一、PZT压电陶瓷结构特征及特点1.1钙钛矿结构特征PZT 陶瓷是指锆钛酸铅( PbZr x Ti1 - xO3 , PZT)陶瓷,它是ABO3 型钙钛矿(perovs kites) 结构,Zr ,Ti 处于氧八面体的中心,Pb 处于氧八面体的间隙。
单元结构如图1 所示[1]。
1.2锆钛酸铅(PZT)结构特点PZT压电陶瓷是属于钙钦矿结构的压电晶体。
向PbTIO3:中掺入Zr形成锆钛酸铅(PZT)陶瓷材料，用途广泛。
Ti与Zr在结构中呈完全类质同像，但Z/rTi比值不同使材料的结构也不同，在铁电四方和三方相界附近，PZT材料具有优良的压电、介电和热电性能。
锆钛酸铅固溶体相图如图1.4所示[2]，在相变温度以下，当错/钦比z/rTi=53/47时，存在一条准同型相界。
准同型相界的右边(富钦一边)为四方晶相，左边(富错一边)为三方晶相。
实际上，准同型相界有一定的宽度范围，在此范围内，两相共存，数量关系遵从“杠杆定理”。
A0:反铁电斜方相，AT:反铁电四方相，F以HT:)铁电菱形相(高温)RF(TL:)铁电菱形相(低温)，FT：铁电四方相，Pc:顺电立方相二、压电陶瓷的性能表征2.1介电常数介电常数反映材料的介电性质，或极化性质，通常用ε表示。
几种材料压电陶瓷的特性
1. 大功率发射材料ＹＴ－８型压电陶瓷: 该压电陶瓷材料具有良好压电性，机械强度高、矫顽场高，强场介电损耗低。
它主要用于超声清洗、强力超声钻孔、超声焊接、洁牙机探头、美容仪探头、超声手术刀探头、心血管治疗仪探头等。
2. 高灵敏度接收材料ＹＴ－５型压电陶瓷: 该压电陶瓷材料具有高机电耦合系数，适宜的介电常数、较高的灵敏度。
它主要用于高灵敏度换能器、流量计换能器、液位计换能器、加速度计换能器、超声检测换能器等。
3. 收发两用材料ＹＴ－４型压电陶瓷: 该压电陶瓷材料介于ＹＴ－８与ＹＴ－５之间，兼顾二者特点，具有较高的灵敏度，又具有较低介电损耗，对于发射功率不大而且可同时做接收用的收发两用换能器，选用本材料最合适。
目前用该压电陶瓷材料生产的超声雾化换能器已批量投产。
4. PZT压电陶瓷是将二氧化铅、锆酸铅、钛酸铅在1200度高温下烧结而成的多晶体。
具有正压电效应和负压电效应。
PZT压电陶瓷(锆钛酸铅)：其中P是铅元素Pb的缩写，Z是锆元素Zr的缩写，T是钛元素Ti的缩写
PZT是反铁电相PbZrO3和铁电相PbTiO3的二元固溶体，具有钙钛矿型结构。
PbTiO3和PbZrO3是铁电体和反铁电体的典型代表，因为Zr和Ti属于同一副族， PbTiO3和PbZrO3具有相似的空间点阵形式，但两者的宏观特性却有很大的差异，钛酸铅为铁电体，其居里温度为492℃，而锆酸铅却是反铁电体，居里温度为232℃，如此大的差异引起了人们的广泛关注。
研究PbTiO3和PbZrO3的固溶体后发现PZT具有比其它铁电体更优良的压电和介电性能，PZT以及掺杂的PZT系列铁电陶瓷成为近些年研究的焦点.。
樊慧庆等：掺杂三氧化二锑的钛酸铋钠钾陶瓷的显微结构和电学性能· 1 ·第41卷第4期DOI：10.7521/j.issn.0454–5648.2013.04.00 低Sc含量BZSPT x高温压电陶瓷的结构和介温特性石维1,2，祝娅1，肖定全2，朱建国2(1. 铜仁学院物理与电子科学系，贵州铜仁 554300；2. 四川大学材料科学与工程学院，四川成都 610064)摘要：为了降低BiScO3–PbTiO3高温压电陶瓷的成本，采用传统固相反应制备了低Sc含量(摩尔分数)的(1–x)(0.15BiScO3–0.85PbTiO3)–x Bi(Zn1/2Ti1/2)O3 (BZSPT x)高温压电陶瓷，用X射线衍射、扫描电子显微镜表征样品微观结构及组成，结果显示：当x=0.075～0.125，BZSPT x Bi(Zn1/2Ti1/2)O3具有单一四方相钙钛矿结构，同时BZSPT x体系具有较大的四方畸变度(c/a>1.1)。
介温测试表明BZSPT x体系可获得高于PbTiO3陶瓷的Curie温度(T C>520 )℃，其介温特性依赖于四方畸变程度；当Bi(Zn1/2Ti1/2)O3含量为7.5%时，BZSPT x陶瓷体系获得最大压电活性(d33～76pC/N)，同时具有较高的Curie 温度(T C=536℃)，该材料体系有望在航空航天、石油勘探和民用等领域的高温压电传感器中得到应用。
关键词：变温压电陶瓷；Curie温度；四方畸变；介温特性；钙钛矿中图分类号：TM223 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2013)04–网络出版时间：网络出版地址：Structure and Dielectric Temperature Characteristic of High Temperature BZSPT xPiezoelectric Ceramics with Sc contentSHI Wei1，ZHU Ya1，XIAO Dingquan2，ZHU Jianguo2(1. Department of Physics and Electronic, College of Tongren, Tongren 554300, Guizhou, China; 2. College of MaterialsScience and Engineering, Sichuan University, Chengdu 610064, China)Abstract: In order to reduce the cost of the high Curie temperature T C BiScO3–PbTiO3 piezoelectric ceramics, (1–x)(0.15BiScO3– 0.85PbTiO3)–x Bi(Zn1/2Ti1/2)O3 (BZSPT x) ceramics were prepared via conventional solid reaction. The BZSPT x ceramics were char-acterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy and dielectric temperature characterization method, respectively. The results show that the perovskite phase with the single tetragonal peroviskite structure in the Bi(Zn1/2Ti1/2)O3 content (x) range from 0.075 to 0.125 of the ceramics can be obtained. Furthermore, the BZSPT x ceramics had a greater lattice distortion (c/a>1.1), a lower piezoelec-tricity and a high T C>520℃. It was also indicated that the ceramics with the greatest value of the piezoelectric constant (d33=76pC/N) at x=0.075 and high T C of 536℃could be promising candidate materials for the high temperature operating environment.Key words: high temperature piezoelectric ceramics; Curie temperature; tetragonal phase distortion; dielectric temperature characteristic;peroviskiteBiScO3–PbTiO3(BSPT)PZT 陶瓷的高压电活性，并具有高于PZT陶瓷的Curie 温度(T C～450)℃而成为当前材料科学研究的前沿和热点之一[1]。
在(1–x)BiScO3–x PbTiO3(BSPT x)体系的研究中，当PbTiO3含量为64%时，陶瓷体系为三方与四方相结构过渡区域，为BSPT x陶瓷体系的准同型相界(MPB)，具有压电性能的峰值(d33约为450pC/N)。
但是，稀有金属氧化物原材料Sc2O3的价格昂贵，导致BSPT陶瓷的商用成本远高于PZT陶瓷，很大程度限制了该材料体系的应用范围。
为了降低BSPT陶瓷的制备成本，Sterianou等[2]采用Fe取代Sc获得了压电性能较好(d33约为100pC/N)的(1–x)BiSc1–y Fe y O3–x PbTiO3陶瓷，但是Fe离子的掺入导致Curie温度的降低；高钛酸铅含量的BSPT收稿日期：2012–10–12。
修订日期：2012–12–10。
基金项目：贵州省人事厅项目(TZJF2010041)；贵州省科技厅项目(2011- 2031)；贵州省黔财教项目[2011(232)]。
第一作者：石维(1975—)，男，博士，副教授。
通信作者：朱建国(1955—)，男，教授。
Received date:2012–10–12. Revised date: 2012–12–10. First author: SHI Wei (1975–), male, Ph.D., Associate Professor. E-mail: wlxsw@Correspondent author: ZHU Jianguo (1955–), male, Professor. E-mail: nic0400@第41卷第4期2013年4月硅酸盐学报JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETYVol. 41，No. 4April，20132013-03-02 09:39/kcms/detail/11.2310.TQ.20130302.0939.022.html硅 酸 盐 学 报· 2 ·2013年同样也可以降低Sc 2O 3使用量，然而由于非钛酸铅组分与钛酸铅存在固溶极限的原因[3]，使得陶瓷体系中出现富铋相并对钙钛矿结构造成影响使得制备难度较大，而且杂相会影响BSPT 陶瓷的Curie 温度(T C 约为426 ℃)[1]。
陈异等[4]通过Mn 改性高钛酸铅含量的BSPT85组分的实验得到高Curie 温度的压电陶瓷(T C = 520 ℃)，不过该体系的压电活性被抑制。
为了进一步研究低成本，高Curie 温度的BSPT 压电陶瓷相关的机理，增强对BSPT 陶瓷的理解，在0.15BiScO 3–0.85PbTiO 3组分中引入了Bi(Zn 0.5· Ti 0.5)O 3三元体系，其分子式为(1–x )(0.15BiScO 3– 0.85PbTiO 3)–xBi(Zn 0.5Ti 0.5)O 3 (BZSPT x )，采用传统陶瓷固相反应在1 000～1 150 ℃温度区域完成固相合成，研究了BZSPT x 陶瓷的结构和电学性能及机理。
1 实 验1.1 样品制备以Bi(Zn 0.5Ti 0.5)O 3为第三相，采用固相法制备(1–x )(0.15BiScO 3–0.85PbTiO 3)–x Bi(Zn 0.5Ti 0.5)O 3 (x = 0.075，0.100，0.125)陶瓷。
用高纯PbO (99.8%，质量分数，下同)、Bi 2O 3 (99%)、ZnO (99%)、Sc 2O 3 (99%)和TiO 2 (99.99%)粉料作为原料，配比后加入一定比例的乙醇溶液球磨24 h ，在800～850 ℃预烧2 h ，2次球磨24 h 后烘干，加入10%(质量分数)的PV A 对粉体造粒，压制成φ 15 mm 的圆片样品，1 050～1 200 ℃烧结2 h ，自然冷却后，采用高温银浆被银，并在710 ℃烧结10 min 获得银电极，将样品放在硅油中加热至120 ℃，用(3～4) × 103 V/mm 的电压极化15～30 min ，最后对样品进行数据测量和实验表征。
1.2 表 征采用中国丹东方圆仪器厂DX-1000型X 射线衍射仪进行物相分析。
用ZJ-3A 型准静态d 33测量仪测试BZSPT x 陶瓷的压电常数d 33。
用HP4980连接高温炉计算机进行数据采集，在25～750 ℃间对BZSPT x 样品进行介电常数–温度特性测试。
采用荷兰FEI 公司Inspect F 型扫描电子显微镜分析了BZSPT x 陶瓷的表面形貌。
用压电工作站(Radiant Technologies ，Inc)对样品进行电滞回线测试。
2 结果及分析2.1 BZSPT x 陶瓷材料的结构图1为当体系中的Bi(Zn 0.5Ti 0.5)O 3含量在0.075～0.125区间，在传统固相法制备工艺条件下，BZSPT x 陶瓷均可形成单一的钙钛矿结构。
可见：朱建国 四川大学材料科学与工程学院党委书记，教授、博士生导师，四川省学术技术带头人、四川省突出贡献专家、四川省有突出贡献的博士学位获得者。
长期从事铁电压电功能材料及元器件、电子薄膜制备与表征新技术等领域的科研和教学工作，先后主持或参加国家“863”项目、军工民口配套项目、国防基础研究项目和国家自然科学基金项目等项目20多项，到校科研经费1000多万元；SCI 收录论文200余篇，获得国家授权发明专利14项；出版教材专著9部；获省部级科技进步一、二、三等奖四项。
