PZT压电陶瓷存在的问题及解决对策
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压电陶瓷扬声器常见问题及解决措施第一篇:压电陶瓷扬声器常见问题及解决措施压电扬声器认识误区低音不足:压电陶瓷扬声器特点在于中高频段表现出色,表现在听感上就会出现高频成分凸出,而将低频掩盖掉,听感上就会感觉没有低音;在无腔体的状态下,动圈喇叭的低音表现也不是很好,而且动圈喇叭在极限使用时受腔体影响,音量也有比较大的损失。
额定功率: 压电喇叭为容性器件,是不以额定功率作为考量的,在应用中是以耐压值作为考量依据的。
压电音频功放也是以输出电压(Vp-p)表示输出大小。
压电喇叭腔体:腔体对任何电声器件都是有辅助作用的,压电喇叭也需要腔体,只是对腔体的依赖性没有动圈喇叭大;压电喇叭在小腔体下S.P.L不会有很明显的降低;当然,如果空间允许,音腔做大一些,音量、音效都会更好一些。
功放分类:数码产品使用的小功放其实只有两类:CLASS-AB和CLASS-D;其他的如K类、G类、H类都是在AB类和D类的基础上增加一个升压电路,达到增大功放输出功率的目的。
常见设计问题解决1)声音小喇叭不良造成 > 措施:更换喇叭结构问题(如音腔设计不合理、泄露孔过多、声短路、出音孔开孔率过小等)导致声音小 > 措施: 通过调整腔体、出音孔开孔面积等方式解决。
电路问题,又分两种情况:a,输入信号过小导致;b,功放电路工作不正常导致> 措施:通过实际分析解决,主要从几个方面考虑:a.输入信号大小;b.IC焊接是否ok;c.电路参数是否正常.2)杂音结构共振杂音,这种是发生最多的。
措施:要找到产生杂音的“元凶”,然后通过固定、隔离等方法解决。
音源本身问题导致的杂音.> 措施: 更换音源解决。
喇叭不良出现杂音。
> 措施: 更换喇叭。
电路干扰(底噪、高频干扰等)引起的杂音.措施: 通过调整电路(增加滤波器件)进行吸收,如果干扰或底噪比较严重,无法通过外围电路进行解决,则需告知客户进行改板,优化layout来解决。
改进的固相法低温制备PZT压电陶瓷
0.引言
PZT(PbZrxTi1-x03)是一种典型的三方-四方钙钛矿结构的压电陶瓷,PZT基压电陶瓷因具有电性能优异、性能稳定、制造方便、成本低廉等优点而在压电陶瓷领域长期占据了主导地位[1],尤其是其组成位于准同型相界(MPB)附近处,具有优异的压电和介电性能[2]。
但PZT基压电陶瓷烧结温度一般较高,而氧化铅的挥发温度为800℃左右,故烧结过程中容易造成氧化铅的大量挥发,Pb的挥发不但会造成化学计量比偏离,性能下降,并且严重污染环境[3]。
因此,优化PZT压电陶瓷制备工艺,发展高性能、高可靠性、低成本的PZT压电陶瓷材料与器件具有重大意义。
1.实验方法
本实验选择位于准同型相界附近的Pb(Zr0.52Ti0.48)O3作为研究对象。
以分析纯乙酸铅(Pb(H2COO)2?3H2O)、偏钛酸(TiO(OH)2)、碳酸锆(ZrOCO3)和草酸(C2H2O4?2H2O)为原料。
按化学式Pb(ZrxTi1-x)O3(0。
pzt5压电陶瓷片使用手册一、产品概述pzt5压电陶瓷片是一种具有优异压电性能的陶瓷材料,广泛应用于超声波、音频设备、传感器等领域。
它具有高灵敏度、低损耗、稳定性好等优点,能够将电能有效地转换为机械能,实现微小位移的精确控制。
二、物理特性1. 尺寸:pzt5压电陶瓷片有多种尺寸可供选择,以满足不同应用场景的需求。
2. 重量:pzt5压电陶瓷片相对较轻,方便安装和使用。
3. 机械性能:具有良好的机械强度和耐久性,能够在高压力、高温度环境下稳定工作。
4. 电学性能:具有优异的压电性能,压电常数和介电常数较高,能够实现高效的电能转换。
三、技术规格1. 压电常数:pzt5压电陶瓷片的压电常数随温度、频率、应力等条件的变化而变化,具体数值可根据实际需求进行测试和计算。
2. 介电常数:介电常数是衡量材料介电性能的参数,pzt5压电陶瓷片的介电常数与频率有关,需在特定条件下进行测量。
3. 电阻率:电阻率是衡量材料导电性能的参数,pzt5压电陶瓷片的电阻率相对较高,具有良好的绝缘性能。
4. 机械品质因数:机械品质因数是衡量材料机械性能的重要参数,pzt5压电陶瓷片的机械品质因数较高,具有较好的稳定性和耐久性。
四、驱动电路与连接方式1. 驱动电路:pzt5压电陶瓷片需要专门的驱动电路才能正常工作,驱动电路应具有稳定性好、噪声低等特点。
2. 连接方式:pzt5压电陶瓷片的连接方式有串联、并联等多种方式,具体连接方式应根据实际需求进行选择。
五、操作步骤与使用技巧1. 操作步骤:首先选择合适的驱动电路和连接方式,然后将pzt5压电陶瓷片按照规定连接方式连接到电路中,最后调整驱动电路的参数使pzt5压电陶瓷片正常工作。
2. 使用技巧:在使用过程中应注意避免对pzt5压电陶瓷片进行过大的压力或位移操作,以免损坏材料;同时应注意保持材料表面的清洁和干燥,避免影响其性能。
六、维护与保养1. 定期检查:应定期检查pzt5压电陶瓷片的连接线路是否牢固,有无松动或接触不良等现象。
PZT压电陶瓷制备中的几个问题
牟国洪;杨世源;李翔;张福平
【期刊名称】《材料导报》
【年(卷),期】2004(018)003
【摘要】影响PZT压电陶瓷质量的主要因素有粉体团聚、化学计量及老化等.本文对这些问题产生的原因,解决这些问题所进行的研究以及采取的措施进行了论述,并对PZT压电陶瓷的发展提出了几点建议.
【总页数】4页(P32-34,20)
【作者】牟国洪;杨世源;李翔;张福平
【作者单位】西南科技大学材料科学与工程学院,四川,绵阳,621010;西南科技大学材料科学与工程学院,四川,绵阳,621010;中国工程物理研究院流体物理研究所,四川,绵阳,621900;西南科技大学材料科学与工程学院,四川,绵阳,621010;中国工程物理研究院流体物理研究所,四川,绵阳,621900
【正文语种】中文
【中图分类】TM28
【相关文献】
1.PZT压电陶瓷元件制备工艺中的几个问题 [J], 毛敏芬
2.PZT压电陶瓷制备中的粉体团聚问题 [J],
3.PZT压电陶瓷元件制备工艺中的几个问题 [J], 毛敏芬
4.PZT8与PZT4压电陶瓷材料的性能对比 [J], 莫国伟
5.PZT8与PZT4压电陶瓷材料的性能对比 [J], 莫国伟
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PZT基压电陶瓷的掺杂改性及其微波烧成研究的开题报告一、研究背景和意义压电陶瓷是一种重要的功能材料,具有压电、热释电、介电、光学等多种性质,在制造传感器、换能器、共振器、滤波器等电子元器件上具有广泛应用。
现有的压电陶瓷主要以PZT(铅锆钛)为主,但在其应用过程中也暴露出以下问题:1)难以实现高性能和低成本的平衡;2)较高的制备温度限制了其在一些特殊应用领域的应用;3)存在大量的有害物质,对人体和环境都带来一定的风险。
因此,压电陶瓷的改性及烧成研究具有重要的现实意义和科学价值,可以带来更高性能、更低成本、更安全可靠的材料,进一步推动压电陶瓷在工业、医疗、军事等领域的应用。
二、研究内容和方法本研究将以PZT基陶瓷为研究对象,采用掺杂改性的方法来优化其性能,并探究不同掺杂元素对其微波烧成行为的影响。
具体研究内容包括:1.设计制备一系列PZT基掺杂陶瓷样品,其中包括Fe、Mn、Co、Ni、Cu等过渡金属元素的单一掺杂和复合掺杂,并通过XRD、SEM等材料性能测试手段,检测其物理性质和微观结构变化。
2.针对不同掺杂材料的物理性质差异,探究其在PZT基陶瓷微波烧结过程中的变化趋势及微观结构演变原因。
3.分析掺杂改性后的PZT基陶瓷样品与现有的高性能压电陶瓷材料的性能差异,如介电常数、压电常数、热稳定性等。
4.对制备优良的PZT基压电陶瓷材料进行模型模拟,探究其内部微观结构和制备过程对性能的影响机理。
本研究将采用球磨、干式制粉、压制、微波烧结等一系列方法,通过性质测试和模拟仿真手段,对掺杂改性后的PZT基压电陶瓷样品进行综合分析。
三、研究预期成果1.探究掺杂改性对PZT基压电陶瓷微观结构和物理性质的影响,为开发高性能、低成本的PZT基压电陶瓷提供实验基础和理论支撑。
2.对不同掺杂元素的微波烧结行为进行分析,揭示其对终产物之间微观结构和压电性能的影响规律。
3.通过对优良样品进行模型模拟,揭示压电陶瓷材料性能与内部微观结构和制备工艺之间的关系,为打造更为优良的压电陶瓷材料提供基础理论研究和实验支撑。
压电陶瓷性能的老化与改善途径1 压电陶瓷性能老化的定义、规律及重要性极化处理后的压电陶瓷性能随存放时间的延长而变化的现象,称为其性能的老化(ageing)。
压电陶瓷放置的时间越长,总的变化量越大,但变化的速度会逐渐减缓。
这个变化是不可逆的,除非其受到新的激励和干扰(如重新人工极化处理等),否则不会再具有原来水平的性能。
一般规律是:介电常数、介电损耗、压电常数、弹性柔顺系数都变小;而频率常数、机械品质因数值变大。
而发现这些性能参数的变化基本上与时间的对数呈线性关系,即111()()lg ()y t y t t A y t t -= (1) 式中y 代表陶瓷材料的性能参数,y(t 1)是极化处理以后单位时间t 1(例如1天等)测得的该参数的值,y(t)是极化以后经过t 时间(例如100天等)后测得的值;t 1及t 以天数或小时数表示。
A 为常数,称为老化率。
若取以10为底的对数,求得的A 称为十倍时间老化率。
显然,∣A ∣越小,材料的稳定性就越好。
图1表示了BaTiO 3压电陶瓷性能参数的老化情况(以时间对数作横坐标的半对数作图)。
可以看出随着时间的延长,变化趋缓。
A 代表图线的斜率。
A >0,表示该参数随时间变大;A <0,表示该参数随时间变小。
图1 典型的BaTiO 3压电陶瓷性能参数的经时变化实验研究表明,A 的典型数值,对于谐振频率常数,在0.05%至1.5%之间,对于压电耦合系数与介电系数,A 值在-0.5%至-5%范围内。
介电损耗的A 为高负值,机械品质因数的A 为较高的正值。
必须指出,式(1)只是一个近似公式。
事实上,A 不是常数,否则按(1)式的变化规律,在足够长的时间以后,参数值趋向零或无穷大,而实际情况并不是这样。
图2为代表性PZT 压电陶瓷性能参数的老化情况。
可以看出,各项参数的老化率A 随时间有小的变化,半对数坐标作图的结果不是直线。
老化率A 的测定方法:按照有关参数的测试方法,测出第101天、第102天、第103天的参数值,然后按式(1)便可算出A 值。
压电陶瓷应用的缺点
压电陶瓷应用的缺点主要有以下几个方面:
1.温度稳定性差:压电陶瓷的介电常数会随着温度的变化而变化,导致其性能不稳定。
2.机械强度低:压电陶瓷的机械强度相对较低,容易受到外力作用而损坏。
3.老化:长时间使用后,压电陶瓷的介电常数和压电系数可能会发生变化,导致其性能下降。
4.温度漂移:压电陶瓷的输出电压会随温度变化而变化,导致其输出不稳定。
5.非线性失真:在某些应用中,压电陶瓷的输出信号可能会出现非线性失真,影响其性能。
尽管存在这些缺点,但压电陶瓷在许多领域中仍然得到了广泛应用,如声学、医学、军事、环境科学等。
在特定应用场景下,可以通过优化设计、选择合适的材料和制造工艺以及采取补偿措施等方法来克服或减轻这些缺点。
PZT压电陶瓷国内外发展现状及趋势摘要:PZT压电陶瓷是目前最有效地实现机械能与电能的转换的陶瓷,所以在现代工业上有着广泛的应用。
本文对压电陶瓷的发展现状及制作流程进行了介绍,以及对复合、无铅压电陶瓷发展趋势作出简要的预测。
关键词:压电陶瓷,发展状况,制作流程,趋势,复合材料,无铅前言压电陶瓷作为功能陶瓷的重要组成部分,在19世纪80年代,居里兄弟发现压电效应后,得到了迅速的研究及发展。
目前具有压电效应的研究在三个方面:压电陶瓷、压电高分子、压电晶体,最具有压电效应的是压电陶瓷。
压电陶瓷作为一种重要的力、热、电、光敏感性强的功能材料,已经在传感器、超声换能器、微位移器和其它电子元器件等方面得到了广泛的应用。
并且因其低成本、高压电转换的优点,随着加工工艺的进步及优化,它在航空航天、电子、信息等高科技方面有着很高的研究及应用价值。
1、压电陶瓷的基本原理及概念压电效应,顾名思义是压电陶瓷所特有的性质,在某些电介质上加载负荷后,使其电荷产生极化现象,在其表面正负电荷分离;当去除外力后,极化现象不消失,称为正压电效应;相反,当在电介质的极化方向上施加电场,电介质也会发生变形,电场去掉后,电介质的变形随之消失,这种现象称为逆压电效应,或称为电致伸缩现象。
晶体构造上不存在对称中心是产生压电效应的必要条件。
当没有外力作用时晶体的正反电荷中心重合,晶体对外不显极化,单位体积中的电偶极矩为零,因而表面净电荷为零。
但是当晶体沿某一方向加载机械力时,晶体发生形变时,正负电荷中心分离,晶体就对外呈现极化。
对于有对称中心的电介质无论有无外力作用都不可能发生压电效应。
在压电陶瓷中,综合性能最好的为1954年美国贾菲等人发现的PbZrO3—PbTiO3(PZT)系固溶体系统,占压电陶瓷总产量的70%。
纯的PbZrO3和PbTiO3的熔融温度均在1573K以上,但含杂质的PbZrO3与PbTiO3的熔融温度远比纯的低。
由液相冷却可形成Pb(Ti,Zr)O3。
PZT压电陶瓷由于具有居里温度高、压电性强、易掺杂改性、稳定性好等特点,自20世纪60年代以来,一直是人们关注和研究的热点,在压电陶瓷领域中占主导地位。
就PZT压电陶瓷的制备工艺而言,PZT粉体合成和致密化烧结对PZT制品质量影响最大。
PZT粉体具有粒度细、比表面积大、反应活性高等优点,可降低烧结温度,减少铅挥发,保证准确的化学计量,提高PZT制品性能,因而超微PZT粉体的制备已成为PZT压电陶瓷研究的重点。
近年来对超微PZT粉体制备的研究开发了许多新的方法。
固相法除传统固相法外,还包括微波辐射法、机械化学法、反应烧结法等。
液相法具有合成温度低、设备简单、易操作、成本低等优点,纷纷被用于PZT粉体的制备,如溶胶-凝胶法、水热法、沉淀法等。
但对PZT压电陶瓷的制备及性能研究仍存在许多不足,主要包括:粉体团聚、化学计量及制品性能易老化等。
1. 粉体团聚:一般包括软团聚和硬团聚。
软团聚是由于随着粉体颗粒尺寸的减小,颗粒之间的范德华力、静电吸引力和毛细管力等增强并相互作用形成;硬团聚是由于化学结合的OH—基团间的氢键作用[2OH H2O(g) +O2-]形成桥氧键,颗粒之间的桥氧键相互作用而形成。
团聚问题超微PZT粉体优异性能得以体现的最主要因素,也极大地影响PZT 制品的质量。
这是由于PZT材料属于功能材料,该材料对合成粉体的基本要求是:高纯、超细、粒度分布均匀、分散性好、化学计量准确以及掺杂均匀等。
另外,PZT粉体合成中团聚的出现将导致堆积密度的下降和形态的不均匀,并将引入大量的气孔而导致微观结构的不均匀,严重影响低PZT制品的压电、热电性能。
故减少或避免超微PZT粉体合成中的团聚是制备高性能PZT压电陶瓷的前提。
PZT粉体制备中的团聚包括软、硬团聚2种形式。
对于不同的粉体制备方法,团聚机理也不尽相同。
传统固相法合成PZT粉体,其工艺特点是需反复球磨及煅烧温度高,反复球磨不仅易引入杂质,且过粉磨易导致团聚的形成,特别是近年来发展的机械化学法主要是利用机械能完成;煅烧温度过高也可能导致粉体团聚。
PZT压电陶瓷由于具有居里温度高、压电性强、易掺杂改性、稳定性好等特点,自20世纪60年代以来,一直是人们关注和研究的热点,在压电陶瓷领域中占主导地位。
就PZT压电陶瓷的制备工艺而言,PZT粉体合成和致密化烧结对PZT制品质量影响最大。
PZT粉体具有粒度细、比表面积大、反应活性高等优点,可降低烧结温度,减少铅挥发,保证准确的化学计量,提高PZT制品性能,因而超微PZT粉体的制备已成为PZT压电陶瓷研究的重点。
近年来对超微PZT粉体制备的研究开发了许多新的方法。
固相法除传统固相法外,还包括微波辐射法、机械化学法、反应烧结法等。
液相法具有合成温度低、设备简单、易操作、成本低等优点,纷纷被用于PZT粉体的制备,如溶胶-凝胶法、水热法、沉淀法等。
但对PZT压电陶瓷的制备及性能研究仍存在许多不足,主要包括:粉体团聚、化学计量及制品性能易老化等。
1. 粉体团聚:一般包括软团聚和硬团聚。
软团聚是由于随着粉体颗粒尺寸的减小,颗粒之间的范德华力、静电吸引力和毛细管力等增强并相互作用形成;硬团聚是由于化学结合的OH—基团间的氢键作用[2OH H2O(g) +O2-]形成桥氧键,颗粒之间的桥氧键相互作用而形成。
团聚问题超微PZT粉体优异性能得以体现的最主要因素,也极大地影响PZT 制品的质量。
这是由于PZT材料属于功能材料,该材料对合成粉体的基本要求是:高纯、超细、粒度分布均匀、分散性好、化学计量准确以及掺杂均匀等。
另外,PZT粉体合成中团聚的出现将导致堆积密度的下降和形态的不均匀,并将引入大量的气孔而导致微观结构的不均匀,严重影响低PZT制品的压电、热电性能。
故减少或避免超微PZT粉体合成中的团聚是制备高性能PZT压电陶瓷的前提。
PZT粉体制备中的团聚包括软、硬团聚2种形式。
对于不同的粉体制备方法,团聚机理也不尽相同。
传统固相法合成PZT粉体,其工艺特点是需反复球磨及煅烧温度高,反复球磨不仅易引入杂质,且过粉磨易导致团聚的形成,特别是近年来发展的机械化学法主要是利用机械能完成;煅烧温度过高也可能导致粉体团聚。
采用液相法合成PZT粉体,由于液相中生成固相微粒一般要经过成核、生长、聚结、团聚等过程。
因而其团聚结构可能形成于:一是液相中生成固相微粒时,由于在Brown运动的作用下,微粒互相接近,当微粒之间的动能大于形成团聚体的势垒时,微粒之间在Brown运动的作用下而相互团聚;二是在固液分离过程中,随着最后部分液相的排除,由于表面张力的作用使固相颗粒相互靠近而聚集在一起。
尤其以水为溶剂合成PZT粉体,最终残留在颗粒间的微量水将通过氢键使颗粒和颗粒紧紧地粘连在一起。
此外,制备的PZT粉体前驱物一般在500~700℃内煅烧,也可能导致粉体团聚,还可能使已形成的团聚体由于局部烧结而加重团聚结构的形成。
可见,以共沉淀法制备PZT粉体,共沉淀、晶粒长大到沉淀的漂洗、干燥、煅烧的每一段均可能导致颗粒长大及团聚体的形成。
根据团聚的形成原因,减少或避免超微PZT粉体制备中的颗粒长大和团聚可从这以下几方面考虑:一是成核与生长过程的分离,促进成核,控制生长;保证成核速率大于生长速率,即保证PZT粉体前驱物在较大的过冷度或高的过饱和度下生成。
二是PZT粉体团聚的防止,包括粉体制备过程中的如何抑制团聚的方法包括:1)选择合理的反应条件(如pH值、反应浓度和温度等);2)粉体合成或干燥过程中的特殊处理。
包括粉体合成过程表面张力低,因而可获得团聚程度较轻的粉体驱物;在干燥过程中采用特殊的干燥工艺,主要有冷冻干燥、超临界干燥以及远红外干燥等,其基本原理是消除具有巨大表面张力的气-液界面,或使颗粒被固定而不能相互靠近,如冷冻干燥是利用低温、负压使冻成固相的原液相介质在负压下升华,由于固相颗粒被冻住在原液相介质中,且颗粒之间的毛细管内不存在具有巨大表面张力的气液界面,从而避免了因“液桥”引起的严重团聚问题;3)选择最佳的煅烧条件或采用特殊的工艺,如利用微波加热不需传热、能量利用率高等特点来取代传统高温电炉,在600℃获得了单一组分的PZT热体。
团集体形成后消除团聚的方法有:沉积或沉降、研磨和超声波处理、加入分散剂等。
如王西成以金属醇盐和硝酸盐为原料,严格控制共沉淀生成、洗涤、分散液的选配条件,采用冷冻干燥技术,再经合理煅烧工艺,合成了组分均匀、无硬团聚体、单一钙钛矿相、高烧结活性的压微米级PZT(52/48)微粉。
用冷等静压(CIP)技术成型,在800℃即可实现密化烧结,其相对密度达到98%。
2 化学计量: 对PZT 制品质量的影响主要包括2个方面:一是PZT压电陶瓷烧结过程中铅挥发导致组分偏离准确的化学计量而使制品性能降低;另一方面指组分中Zr/Ti的波动而影响PZT制品性能的稳定性。
铅挥发一般被认为是由于PZT压陶瓷的烧结温度较高,氧化铅在高温环境下具有相当高的饱和蒸汽压而导致铅挥发,饱和蒸汽压越高,铅越容易挥发,并且随着Zr/Ti的增加,PZT压电陶瓷的烧结温度增加,氧化铅的饱和蒸汽压逐渐增大,失铅将变得更为严重,故高Zr/Ti的PZT压电陶瓷更难烧结,同时烧结过程中氧分压过低也会导致铅挥发。
以传统固相法制备的PZT材料,由于合成粉体活性较低,烧结温度一般在1200℃左右,易造成铅大量挥发,制品性能不高,故固相法制备的PZT制品难以满足对性能要求高的应用领域。
目前,国内外材料研究者对铅挥发所采取的措施主要有:一是粉体合成中加入过量的铅。
过量铅的加入,在烧结初期,由于液相的形成,可增加反应物的接触面积,加速锆、钛和掺杂物的扩散速率,提高制品均匀性;形成的液相还可加速溶解和沉淀的扩散运动,有利于颗粒的重排和紧密堆积,加速制品致密化。
但加入铅的量过多时,过量的铅一方面将沉积于晶界,降低制品性能,另一方面易造成PZT组分中钛局部浓度过高,这是由于TiO2在液相氧化铅中的溶解度大于ZrO2的溶解度,因而导致烧结后的PZT制品局部钛含量偏高,尤其是晶界处,从而影响制品微观结构的均匀性及降低制品性能。
过量铅的加入,还影响PZT压电陶瓷元件的力学性能:当制品过量铅过多时,断裂模式为穿晶断裂;铅缺位则为晶界断裂。
二是在制品烧结过程中,根据铅的挥发机理制定合理的烧结制度和采取特殊的措施,被广泛使用的是加入烧结气氛片和采用双层坩埚技术烧结,且控制烧结气氛为氧化气氛。
这将减少铅挥发和防止制品还原发黑,在还原气氛下,Ti4+易被原为Ti3+而使制品变黑。
三是添加适量的掺杂物。
掺杂一方面减少铅挥发,另一方面提高PZT制品性能。
四是进一步研究高活性PZT粉体的合成,使PZT压电陶瓷在低于铅的挥发温度范围实现致密化烧结。
另外铅的挥发机理还有待于进一步研究。
国内的惠春等研究表明:水热合成PZT粉体的氧化铅挥发温度为944.71℃,而颗粒之间的反应温度为811.26℃;固相合成PZT粉末颗粒之间的反应温度为1243.47℃,氧化铅的挥发温度为1212.29℃;而PZT系统的最低共熔温度为838℃。
由此可见,必须根据铅的挥发机理和PZT粉体的制备方法采取合理的工艺措施,减少铅挥发,提高PZT制品性能。
3. 掺杂: 研究表明Zr/Ti与PZT制品性能密切相关,目前对PZT材料的研究,Zr/Ti主要集中于53/47和95/5组成范围。
但单纯依靠不同Zr/Ti来改善PZT制品性能,远远满足不了同领域对PZT制品性能的要求,还需要在选择Zr/Ti的基础上,通过选择一些适量的掺杂物来提高制品性能;同时降低Zr/Ti的波动对PZT 制品性能稳定性的影响。
添加物既能与主晶格互溶,又能以第二相的形式析出于晶界;互溶时,作为第二相析出于晶界,影响晶粒间的结合力或晶界性能。
掺杂的主要作用包括生成缺位、抑制晶粒长大、生成液相和扩大烧结温度范围等。
同时根据掺杂物在PZT 压电陶瓷中的作用,可分为施主掺杂、受主掺杂和变价离子化合物掺杂3种类型。
在PZT压电陶瓷的掺杂改性研究中,La3+、Mn2+和Nb5+等被大量研究。
M.Pereira等[26]对掺杂Nb2O5在固相法制备PZT65/35材料中的作用进行了研究,发现铌的添加明显促致密化烧结,抑制晶粒长大;随着铌含量的增加,由于NbO6八面体静电作用的加强,使PZT材料中的“溶解度”极限为7mol/%, 加入量小于7mol%时,铌与钙钛矿晶格完全互溶,此时产物完全为钙钛矿相,表现出施主杂质特性;加入量大于7mol%时,过量的铌将和铅或钛反应,导致第二相的产生,如萤石相,降低制品的介电性,压电性。
贺连重等研究了锰掺杂对PZT材料微结构及压电性能的影响,并用ESR确定了锰在PZT材料中的价态,结果表明,锰在PZT材料中主要以Mn2+和Mn3+方式存在;在PZT陶瓷中的“溶解度”约为1.5mol%,当锰含量<0.5mol%时,Mn 将以Mn2+和Mn3+的方式优先进入晶格中(Zr,Ti)位,此浓度范围内锰掺杂材料同时表现出“软性”和“硬性”材料的压电活性。
总之,对于不同类型的掺杂物,研究重点在于通过寻求适当的加入量,使之完全溶于PZT主晶相处积聚,提高制品性能。
另外,目前的掺杂改性研究,掺杂对象主要集中于固相法制备PZT材料,且以氧化物固相形掺杂,故难以保证组分的均匀性和准确的化学计量,如何实现均相掺杂将是PZT压电陶瓷今后研究的方向之一。
4. 老化: 是指PZT压电陶瓷属于ABO3型钙钛矿结构,包含立方、四方和菱方3种晶相,根据Zr/Ti的不同,可以产生不同的晶相,其活化阳离子是A型离子。
在居里温度以下,A型离子或B型离子进入一定的位置,产生自发极化并形成电畴,但相邻电畴之间的角度只能是90°或180°。
这是由于任一铁电体畴结构自发极化允许取向取决于铁电体原型结构中与铁电体极化轴等效的轴向,同时铁电体畴结构还受晶体自发应变的制约,即畴壁取相必须保证相邻电畴在壁各方向上所产生的自发应变制约,即畴壁取相容,故室温下邻电畴的角度只可能是是90°或180°。
同时,烧结成瓷的制品,须在强直流电场的作用下,使各电畴的自发极化被迫定向排列,从而产生剩余极化强度,即呈现出压电效应。
极化后的PZT制品,由于极化电场逼迫晶胞内无序排列的90°畴和180°畴转向,成为有序排列,且晶胞内的自发极化轴比非自发极化轴长一点,使90°畴转向时产生应变并形成较大的内应力。
在去除外电场后,这种内应力就促使晶胞内部处于力的不平衡状态,并存储较多的内能,从而导致已经转向90°新畴复到极化前的的无序排列,以逐渐释放内应力。
因此,剩余极化强度就随着这些90°的无序化是老机理的根本所在。
老化规律一般包括直线形、非直线和渐近直线形3种。
影响PZT制品老化的因素包括外在和内在因素。