PZT压电陶瓷制备.doc

材料科学基础课程设计 题 目 Pb0.95Sr0.05(Zr0.5Ti0.5)O3＋0.5 %Cr2O3＋0.3 %Fe2O3学生姓名 指导教师 专 业 二 年 1.PZT压电陶瓷简介 2 1.1 PZT发展史 2 1.1.1 PZT的实际应用 2 1.2 PZT晶体结构 3 1.3 PZT相图 3 1.4 PZT陶瓷烧结机理 4 1.4.1固相烧结法合成PZT 4 1.4.2PZT压电陶瓷的中低温烧结技术 5 2. PZT制备过程 6 2.1 PZT的坯式计算 6 2.2 PZT的预烧 7 2.3. PZT的烧成 8 2.4 PZT的极化 8 3． PZT陶瓷的性能 9 3.1掺杂的影响 9 3.1.1 软性掺杂 9 3.1.2 硬性掺杂 9 3.1.3 变价离子掺杂 10 4. 问题探讨 10 参考文献 11 1.PZT压电陶瓷简介 1.1 PZT发展史 1942年发现了BaTiO3的压电性，由于其介电常数较高，很快用于发展，直到今天仍用于制作声呐装置的振子和声学计测装置以及滤波器等、但由于存在频率温度稳定性欠佳等缺陷，所以1954年美国公布了压电体Pb(ZrTi)O3，即锆钛酸铅，现在统称为PZT型陶瓷，PZT的出现使压电陶瓷有了更多的应用，例如压电点火装置和滤波器等。如果把BaTiO3作为单元系压电陶瓷的代表，那么PZT可作为二元系压电陶瓷的代表。PZT压电陶瓷由于它的性能参数多样性、振动模式的研究与开发利用以及器件制作技术的进步等因素，促使它在近十年来发展甚为迅速，应用日趋广泛，对整个国民经济的发展有着一定的影响。 1.1.1 PZT的实际应用 PZT陶瓷材料的应用概况可用“PZT树”表示于下图 PZT树（图一） 1.2 PZT晶体结构 PbZrO3和PbTiO3的结构特点比较： PbTiO3 PbZrO3 结构 钙钛矿结构 钙钛矿结构 Tc (立方顺电) 230℃（正交晶系） 490℃ 类别 反铁电体 铁电体 Tc c/a1(0.981, 正交) c/a1(1.063) Tc 立方顺电相 PbZrO3和PbTiO3的结构相同，都属于钙钛矿结构，晶胞的B位置可以是Ti4+也可以是Zr4+,由于r Ti4+=0.64A和r Zr4+=0.77A相近且两种离子的化学性质相似，故两者可形成无限固溶体，可表示为Pb(ZrxTi1-x)O3，简称PZT瓷。 PZT的晶体结构（图二） PbTiO3是一种高居里点（490℃）的钙钛矿型结构的铁电体，在居里点以上为立方顺电相，在居里点以下为四方铁电相，其晶体结构属C4v ------4mm点群，室温时四方晶胞的轴比为c/a=1.063,各向异性比BaTiO3要大。 1.3 PZT相图 PbZrO3属钙钛型结构，在居里点(232℃)以上属立方晶系，在居里点以下却属正交晶系反铁电相PbTiO3和PbZrO3互溶后，其结构和性质都发生显著的变化，其熔融温度又在1300℃以上，由图三可见，有一条横贯相图的Tc线把顺电立方相Pc，铁电三角相FR和铁电四方相Ft分开，这条Tc线表示了在锆钛比不同处，居里点不同，在居里点以上，对任何锆钛比，其晶体结构都为立方顺电相Pc，在居里点以下，在Zr/Ti = 53/47附近，在三角相区，还存在着铁电相界,低温铁电相FR(L)、与高温铁电相FR(HT)的差别是氧八面体的取向不同，低温相中存在氧八面体的旋转且相邻的氧八 面体旋转的方向相反。x = 0.53 附近是三角一四方相界,称为准同型相界。最近研究表明:准同型相界实际上有一定的宽度范围，在此范围内四方铁电相和三角铁电相共存，相界线的位置可以认为是对应于四方铁电相与三角铁电相数最相等的区域。 Pc—顺电立方相 Ar—反铁电立方相 Ao—反铁电正交相 FR(H)—高温铁电三角相 FR(L)—低温铁电三角相 Ft—铁电四方相 PZT低温相平衡图