《先进陶瓷材料及进展》第8章铁电压电陶瓷

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先进陶瓷材料制备研究进展

图1溶胶-凝胶法制备BGs 的工艺流程图1前言先进陶瓷具有精细的结构，其化学键为离子键和共价键，键合能大，因而具有金属和高分子材料所不具备的高模量、高硬度、耐腐蚀等性能以及光、声、电等优异功能特性。

先进陶瓷优良的综合特性促使其广泛应用于电子、机械、计算机、医学工程、化工等各个领域。

近年来，先进陶瓷广泛受到材料科学工作者的关注。

随着先进陶瓷各种功能的开发，其市场规模将不断扩大，早在几年前先进陶瓷材料及其产品的销售总额就已超过500亿美元，年增长率达8%[1]。

随着高新科技的不断发展，先进陶瓷在某些高技术领域已成为关键材料和瓶颈材料，因而传统的经验技术已不能满足先进陶瓷的制备要求。

国内外学者对先进陶瓷材料的制备技术进行了大量研究[2-3]。

目前，先进陶瓷材料的制备不再是沿用传统的方法，而是采用与现代科技相结合的高新技术。

与传统的经验技术相比，高新技术制备的先进陶瓷尺寸精度高、结构均匀、致密度高、机加工量少，由此取代传统技术成为目前先进陶瓷材料制备的主流技术。

鉴于此，有必要对该材料的先进制备方法进行归纳分析，以期为先进陶瓷的制备、研究和生产提供参考。

2先进陶瓷素坯的制备技术事实上，与传统固相反应法相比，溶胶-凝胶工艺的反应温度低，粉体高度均匀，纯度可达化学纯[4-5]，并且可在溶液中对陶瓷薄膜或纤维的形状进行修饰[6-7]，具有优越的控制能力。

采用溶胶-凝胶法制备氧化铝陶瓷晶粒,可以缩短反应时间，并使各晶面产生各向异性，有效控制晶粒的形状。

按照工序，将氧化铝粉体配制成具有流动性的液态流体，在装有透射式X 射线测厚仪的流延机上进行流延成型，可制得厚度仅为10um，误差不超过1um 的高质量超薄型氧化铝陶瓷基片。

BGs 是一种多孔陶瓷材料，能够与骨等软硬组织结合，对宿主的伤害小[8-11]。

Eshsan Vafa 等[12]从苹果当中提取自制醋为催化剂，用溶胶-凝胶法合成了BGs，其流程如图1所示。

以往的研究表明，商业BGs 颗粒的粗糙度、孔隙率和均匀度都小于用溶胶-凝胶法制备的BGs 颗粒[13-14]。

功能陶瓷材料研究进展概述

功能陶瓷材料研究进展概述作者：朱守金倪江利孙权海边健来源：《科技创新与应用》2019年第23期摘; 要：功能陶瓷材料因具有磁、电、声、光、力、热等方面的优异性能，在微电子技术、激光技术、自动化技术、光电子技术、通信、环保、能源和生物医药等领域得到广泛应用，在生活生产和科学技术发展中起到重要作用。

文章重点介绍了功能陶瓷材料在我国的发展现状，阐述了功能陶瓷材料的种类、基本性质、应用、发展趋势及对策。

关键词：功能陶瓷;应用;趋势中图分类号：TQ174; ; ; ; 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）23-0089-02Abstract： Functional ceramic materials are widely used in microelectronic technology， laser technology， automation technology， optoelectronic technology， communications，environmental protection， energy and biomedicine because of their excellent magnetic，electrical， acoustic， optical， mechanical and thermal properties， thus playing an important role in life， work and the development of science and technology. This paper focuses on the development of functional ceramics in China， and expounds the types， basic properties， applications，development trends and countermeasures of functional ceramics.Keywords： functional ceramics; application; trend引言功能陶瓷是利用光、热、力、声、磁、电等直接效应及耦合效应的一种先进材料。

功能陶瓷材料及应用(铁电陶瓷篇)(1)

• 类钙钛矿层：(An-1BnO3n+1)2-
• 铋层：(Bi2O2)2+
• 层面与氧八面体的四重轴垂
h
直，每隔n个2类9 钙钛矿氧八
• A=Bi, B=Mo, n=1Bi2MoO6 • A=Sr, B=Ta, n=2 SrBi2Ta2O9 • A=Bi, B=Ti, n=3 Bi4Ti3O12 • A=Ba,B=Ti, n=4 BaBi4Ti4O15
如K6Li4Nb10O30
h
25
• 钨青铜结构铁电体一般为四方对称型4mm • 有些呈正交对称性，如Pb5-xBaxNb10O30在x>1.9时属四方对称型
4mm, x<1.9时属正交对称型mm2。 • 钨青铜型铁电体自发极化也起因于离子的相对位移，处于氧八面
体中心和A1、A2位置上的金属离子，相对于附近氧离子平面发生位移，
• 对于四方钨青铜结构，Ps沿c轴。
h
26
• 有相当数量的晶体属于钨青铜结构,如:
偏铌酸铅（PbNb2O6）、铌酸钡钠、铌酸锶钡、铌酸锂钾、铌酸锶钾、铌酸锶钠、铌酸锶钠、铌酸钡钾、铌酸锶锂钾、铌酸锶锂钠、铌酸钡锶钾、铌酸钡锶锂等
• 重要的高介微波介质陶瓷：如BaO-Ln2O3-TiO2
h
27
Pb(Ni1/3Nb2/3)O3和Pb(Sc1/2Ta1/2)O3（分别简称PMN、PZN、PNN和 PST）等
h
2
Typical Relaxor Ferroelectrics
• Relaxor
Tm (oC) m Firing temperature (oC)
• Pb(Fe1/2Nb1/2)O3 112 • Pb(Fe2/3W1/3)O3 -90 • Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 -12 • Pb(Ni1/3Nb2/3)O3 -150 • Pb(Zn1/3Nb2/3)O3 140 • Pb(Sc1/2Ta1/2)O3 26

功能陶瓷材料的制备与研究进展

功能陶瓷材料的制备与研究进展摘要：该文重点介绍了三种功能陶瓷的发展和制备情况，并针对我国功能陶瓷的研究存在的问题提出应对方法，以期为我国未来功能陶瓷的研究提供参考。

关键词：功能陶瓷制备研究功能陶瓷自20世纪30年代发展以来，经历了电介质陶瓷到高温超导陶瓷的发展历程，目前功能陶瓷在计算机技术、微电子技术、光电子技术等领域应用广泛，成为推动我国科技发展的重要功能性材料。

1 功能陶瓷情况介绍1.1 微波介质陶瓷微波介质陶瓷主要应用于现代通讯设备中，尤其在介质天线、滤波器、谐振器等设备中发挥着至关重要的作用。

在现代通讯技术影响下，我国十分重视微波介质陶瓷的研究和发展。

微波介质陶瓷研究对其基本要求如下。

为了实现微波元器件小型化发展要求，在使用的微波波段中微波介质陶瓷介电常数ε应尽可能的大；为了保证较好的通讯质量和良好的滤波性质，微波介质陶瓷的品质因数Q应尽可能的小；应保证谐振频率的温度系数可调节或者最大限度的小。

除此之外，还应充分分析微波介质陶瓷的绝缘电阻、传热系数等参数。

目前对微波介质陶瓷的研究、开发主要集中在以下方面。

首先，高品质因数和低介电常数的微波介质陶瓷，这类材料主要以BaO-ZnO-Nb2O5、BaO-ZnO-Ta2O5、BaO-MgO-Ta2O5或者它们之间的复合材料为代表。

当满足f≥10?GHz，Q=(1-3)×104，ε=25-30，谐振温度系数几乎为零时，可广泛应用于毫米、厘米波段的卫星直播通信系统中。

其次，中等的Q和ε微波介质陶瓷，其组成材料主要有Ba2TiO20、(Zr，Sn)TiO4以及BaTi4O9等。

当满足f≤3-4?GHz，Q=(6-9)×104，ε≈40，谐振温度系数小于等于5×10-6/℃，可作为微波军用雷达通信系统的重要器件。

最后，低Q和高ε微波介质陶瓷，以BaO、TiO2、Ln2O3为主要组成材料，该类陶瓷在目前微波介质陶瓷研究中受到人们的广泛关注。

先进陶瓷材料-功能陶瓷

➢ 化学计量比偏离 ➢ 掺杂
使得晶粒具有优良的导电性，而晶界具有高的势垒层，形成绝缘体。
2.1 电功能陶瓷
2.1.5 热敏陶瓷
2）陶瓷热敏电阻材料 ① BaTiO3 PTC陶瓷； ➢ 化学计量比偏离
BaTiO3的化学计量比偏离半导化采用在真空、惰性气体或还原性气体中加热BaTiO3。
由于失氧，BaTiO3内产生氧缺位，为了保持电中性，部分Ti4+将俘获电子成为Ti3+。在强制还原以后，需要在氧化气氛下重新热处理，才能得到较好的PTC特性，电阻率为 1--103cm。
2.1 电功能陶瓷
2.1.4 气敏陶瓷和湿敏陶瓷
SnO2系气敏陶瓷制造的气敏元件有如下特点： A: 灵敏度高，出现最高灵敏度的温度较低，约在300℃； B: 元件阻值变化与气体浓度成指数关系，在低浓度范围，这种变化十分明显，非常适用于对低浓度气体的检测； C: 对气体的检测是可逆的，而且吸附、解吸时间短； D: 气体检测不需复杂设备，待测气体可通过气敏元件电阻值的变化直接转化为信号，且阻值变化大，可用简单电路实现自动测量； E: 物理化学稳定性好，耐腐蚀，寿命长； F: 结构简单，成本低，可靠性高，耐振动和抗冲击性能好。
2.1 电功能陶瓷
2.1.4 气敏陶瓷和湿敏陶瓷 1) 气敏陶瓷
① 气敏陶瓷的定义：
✓ 吸收某种气体后电阻率发生变化的一种功能陶瓷。
② 气敏陶瓷的分类：
✓ 气敏陶瓷大致可分为半导体式、固体电解质式及接触燃烧式三种。
2.1 电功能陶瓷
2.1.4 气敏陶瓷和湿敏陶瓷 1) 气敏陶瓷
✓ 半导体式气敏陶瓷：按照主要原料成分来分类，如SnO2型、ZnO 型、-Fe2O3型、-Fe2O3型、钙钛矿化合物型、TiO2型等。

压电陶瓷——信息时代的新型材料

压电陶瓷——信息时代的新型材料压电陶瓷是功能陶瓷中应用极广的一种。

日常生活中很多人使用的“电子打火机”和煤气灶上的电子点火器，就是压电陶瓷的一种应用。

点火器就是利用压电陶瓷的压电特性，向其上施加力，使之产生十几kV的高电压，从而产生火花放电，达到点火的目的。

压电陶瓷实际上是一种经过极化处理的、具有压电效应的铁电陶瓷。

它是在1946年当有人证实了钛酸钡陶瓷有铁电性之后开始问世的：差不多十年之后，贾菲（Jaffe）等又发现了PbTi03-PbZrO2系（即所谓PZT系）及后来又发现的mPZT为基的三元系压电陶瓷和铌酸盐系压电陶瓷。

使压电陶瓷的性能和可应用性有了极大的提高。

特别是三元系压电陶瓷的出现，使压电陶瓷在选择一定耦合系数、温度特性方面有了较大的余地，能满足多种电子仪器的要求，从而使压电陶瓷的应用范围大大增加了。

例如陶瓷滤波器和陶瓷鉴频器，电声换能器，水声换能器，声表的波器件，电光器件，红外探测器件和压电陀螺等，都是压电陶瓷在现代电子技术中的应用。

什么是压电陶瓷呢？其实它是一能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料。

所谓压电效应是指某些介质在受到机械压力时，哪怕这种压力微小得像声波振动那样小，都会产生压缩或伸长等形状变化，引起介质表面带电，这是正压电效应。

反之，施加激励电场，介质将产生机械变形，称逆压电效应。

1880年法国人居里兄弟发现了“压电效应”。

1942年，第一个压电陶瓷材料——钛酸钡先后在美国、前苏联和日本制成。

1947年，钛酸钡拾音器——第一个压电陶瓷器件诞生了。

50年代初，又一种性能大大优于钛酸钡的压电陶瓷材料--锆钛酸铅研制成功。

从此，压电陶瓷的发展进入了新的阶段。

60年代到70年代，压电陶瓷不断改进，逐趋完美。

如用多种元素改进的锆钛酸铅二元系压电陶瓷，以锆钛酸铅为基础的三元系、四元系压电陶瓷也都应运而生。

这些材料性能优异，制造简单，成本低廉，应用广泛。

利用压电陶瓷将外力转换成电能的特性，可以制造出压电点火器、移动X光电源、炮弹引爆装置。

压电陶瓷的种类

压电陶瓷的种类1 铁电陶瓷ferroelecteic ceramics具有重铁电性的陶瓷称为铁电陶瓷。

从晶体结构来看,铁电陶瓷的晶体的主晶相具有钙钛矿结构,钨青铜结构,铋层状结构和焦绿石结构等。

2 反铁电陶瓷antiferroelectric ceramics具有反铁电性的陶瓷称为反铁电陶瓷。

3 压电陶瓷piezoelectric ceramics具有压电效应的陶瓷称为压电陶瓷,由于末经过极化处理的铁电陶瓷的自发极化随机取向,故没有压电性。

极化处理使其自发极化沿极化方向择优取向。

在撤去电场后,陶瓷体仍保留着一定的总体剩余极化,故使陶瓷体有了压电性,成为压电陶瓷。

在高温的高温度梯度场中定向析晶的非铁电极性玻璃陶瓷也具有压电性。

4 钛酸钡陶瓷barium titanate ceramics钛酸钡陶瓷是一种具有典型钙钛矿结构的铁电陶瓷。

它通常是以碳酸钡和二氧化钛为主要原料,预先合成后再在高温下烧结而成的。

5 钛酸铅陶瓷lead titanate ceramics钛酸铅陶瓷是具有钙钛矿性结构的铁电陶瓷。

它通常是由四氧化三铅{或氧化铅}和二氧化钛以及少量添加物预先合成后再在高温下烧结而成的。

6 二元系陶瓷binary system ceramies二元系压电陶瓷是俩种化学通式ABO3型结构的化学物所形成的固溶体,其中A 代表二价的正离子Pb2+,Ba2+,Mg2+,Ca2+,Sr2+,等或一价正离子K+,Na+等,B代表四价的正离子Zr4+,Ti4+或五价的Nb5+等。

最常见的二元系压电陶瓷是PbZrxTi{1-x}O3。

通过调节两种ABO3型结构的克分子比,以及用取代元素和添加物改性的方法,可以获得各种不同用途的材料。

7 锆钛酸铅陶瓷Lead zirconate ceramic锆钛酸铅陶瓷通常简称为PZT陶瓷,这种压电陶瓷目前受到广泛应用。

它是PbZrO3和PbTiO3的固溶体,具有钙钛矿型结构,当锆钛比为53/47左右{即共晶相界附近}时,具有最强的压电性能。

先进陶瓷材料及进展复习资料-尹奇异

填空题1、陶瓷电容器可以分为：温度补偿型、半导体型、高介电常数型及高压型电容器。

2、纳米陶瓷的制备包括：纳米粉体、纳米薄膜和纳米块体材料的制备。

3、缺陷反应方程式的规则：质量关系——原子数平衡；位置关系——格点数成正确比例；电荷关系——电荷平衡。

4、半导体陶瓷电容器按其结构和工艺可分为三类：表面阻挡层型、表面还原－再氧化型、晶界层型。

5、磁性陶瓷按晶体结构及化学组成可分为：尖晶石型、石榴石型和磁铅石型。

6、半导体中的电子吸收光子能量后的跃迁形式有：本征吸收、激子吸收、自由载流子吸收、杂质吸收、晶格振动吸收。

7、湿敏半导体陶瓷按其工艺过程可分为：瓷粉膜型、烧结型和厚膜型。

8、居里区的相变扩张包括：热起伏相变扩张、应力起伏相变扩张、成分起伏相变扩张、结构起伏相变扩张。

8、陶瓷的缺陷种类有：瞬时缺陷、电子缺陷、点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷。

9、陶瓷的主要成型方法：可塑成型、注浆成型、压制成型。

名词解释1、热释电效应：晶体受热温度升高，由于温度的变化而导致自发极化的变化，在晶体的一定方向上产生表面电荷的现象。

2、抗热震性：材料承受温度的急剧变化而抵抗破坏的能力。

3、迈斯纳效应：在超导状态，外加磁场不能进入超导体的内部，原来处在外磁场中的正常态样品，变成超导体后，也会把原来在体内的磁场完全排出去，保持体内磁感应强度B=0，超导体的这一性质被称为迈斯纳效应。

4、纳米陶瓷：是指在陶瓷材料的显微结构中，晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、气孔尺寸、缺陷尺寸等都处于纳米水平的一类陶瓷材料。

5、量子尺寸效应：指当粒子尺寸下降到某一数值时，费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级或者能隙变宽的现象。

6、断裂韧性：表征材料阻止裂纹扩展的能力，是度量材料的韧性好坏的一个定量指标。

7、团聚体：初级粒子或聚集体以边或角相互连接而形成的集合体。

8、固体电解质：具有离子电导的固体物质称为固体电解质。

9、体积效应：黏胶基碳纤维的括拉强度随着测试长度或直径的增加而下降。

压电陶瓷ppt课件

其它几种重要的压电陶瓷包括
PbTiO3- PbZrO3；
Pb(Mg1/3Nb2/3)O3- PbTiO3- PbZrO3 ；
Pb(Co1/3Nb2/3)O3- PbTiO3- PbZrO3 ；
Na0.5K0.5NbO3 ；Pb0.6Ba0.4Nb2O6 ；
BNT(B0.5Na0.5TO3)、KNN(K0.5Na0.5NbO3）等。
还具有热电性；铁电体也是一种极性晶体，属于热电体，因而也是压电体。
2
3. 压电陶瓷
陶瓷—多晶体—各晶粒之间的压电效应会相互抵消；
人工极化：经直流强电场极化处理过的铁电陶瓷，使晶粒中的所有电畴都尽可能地转向了电场的方向，铁电晶体所固有的压电效应就会在陶瓷材料上呈现出来。因此，压电陶瓷实际上也就是经过直流强电场极化处理过的铁电、压电陶瓷。
3
表征参数
机电偶合系数K
or：
K
2
由压电效应转换的电能储入的机械能总量
K
2
由逆压电效应转换的机械能储入的电能总量
K值越大，材料的压电耦合效应越强。除此之外，还有压电系数d、机械品质因素Q、
弹性系数S和频率常数N等。
4
主晶相结构
钙钛矿型、钨青铜型、焦绿石型、含钛层状结构。
目前应用最广泛的是BaTiO3、PbTiO3、 PbZrO3等, 都属钙钛矿型晶胞结构。
§9.5 压电陶瓷
压电陶瓷（piezoelectric ceramics） ——具有压电效应的陶瓷材料，
即能进行机械能与电能相互转变的陶瓷；制备方便，成本低廉，发展迅速，一类重要的功能陶瓷材料；目前，压电陶瓷在工程方面的应用，甚至超过了压电晶体。
1
一、压电效应及陶瓷压电机制

先进陶瓷材料

功能陶瓷材料及其应用研究进展发布时间：2008-02-29 /多层压电变压器及其背光电源具有高功率密度、高转换效率、薄型化和低成本等特点。

基于缺陷化学原理和无晶粒长大的致密化烧结动力学，制备了亚微米/纳米晶钛酸钡基陶瓷及其薄层化*金属内电极mlcc。

研制了低烧铁氧体材料及其片式电感器。

介绍了压电陶瓷超声徽马达的结构与特性。

功能陶瓷是具有电、磁、声、光、热、力、化学或生物功能等的介质材料。

功能陶瓷材料种类繁多，用途广泛，主要包括铁电、压电、介电、热释电、半导体、电光和磁性等功能各异的新型陶瓷材料。

它是电子信息、集成电路、移动通信、能源技术和国防军工等现代高新技术领域的重要基础材料。

功能陶瓷及其新型电子元器件对信息产业的发展和综合国力的增强具有重要的战略意义。

电子信息技术的集成化和微型化的发展趋势，推动电子技术产品日益向微型、轻量、薄型、多功能和高可*的方向发展。

功能陶瓷元器件多层化、片式化、集成化、模块化和多功能化以及高性能低成本是其发展的总趋势。

本文着重介绍部分功能陶瓷及其片式元器件应用研究的新进展。

1.铁电陶瓷及其高性能片式元器件多层片式陶瓷电容器(mlcc)是一种量大面广的重要电子元器件，广泛用于电子信息产品的各种表面贴装电路中。

大容量、薄层化、低成本、高可*等是mlcc发展的主要方向。

mlcc是陶瓷介质材料、相关辅助材料以及精细制备工艺相结合的高技术产品。

陶瓷介质材料是影响mlcc诸多性能的关键因素。

钛酸钡铁电陶瓷是mlcc 的主流材料。

它在居里点附近虽然有较高的介电常数，但其温度变化率也较大。

温度稳定型x7r mlcc是一种有广泛而重要用途的片式元件。

如何保证高介电常数与低容温变化率兼优是一个技术难题。

研究结果表明:通过添加物复合掺杂，控制烧结过程以形成化学成分不均匀的“芯(铁电相)-壳(顺电相)”结构，所制备的钛酸钡基x7r502 mlcc材料的室温介电常数可达5000左右，室温介电损耗小于1%，电阻率为1011ω?m。

铁电陶瓷材料介绍及其应用

•
Interrelationship of piezoelectric and subgroups on the basis of symmetry
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
•
2 铁电体的分类
• 按结晶学分类
(a) 氢键晶体，如 KDP, RS 结构特征：[PO4]，软铁电体 (b) 双氧化物晶体，如 BT, PT, 结构特点：[TiO6], 硬铁电体
• 按极性轴数目分类
(a) 单轴铁电体，如 RS, KDP, LN, 自发极化强度平行或反平行于极化轴 (b) 多轴铁电体，如 BT, Cd2Nb2O7
• 按铁电相变时原子的运动特点分类：
(a) 有序－无序型 (b) 位移型
• 按Curie-Weiss常数C的大小分类：
第一类铁电体，C ~105 K ,大多属位移型第二类铁电体，C ~ 103 K, 多属有序－无序型第三类铁电体，C ~ 10K, 或称非本征铁电体，其铁电相起因于压电性与弹性不稳定性的耦合
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
•ro+rTi = 1.96Å
•O-Ti = 2.005Å
•
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
•
• 热释电体 (Pyroelectrics): 具有自发极化的晶体--极性晶体
• 热释电效应: dPi = pi dT (i = 1,2,3)
• pi ----热释电系数, 单位 : C/m2.K
•
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
•
•电畴运动
•电场/应力--极化反转
•极化(poling)过程:电场诱导自发极化定向排列--压电陶瓷的应用基础
•电场诱导极化反转-铁电存储/电光应用

通过铁电畴和晶粒功能基元序构提高大功率压电陶瓷

通过铁电畴和晶粒功能基元序构提高大功率压电陶瓷
压电陶瓷是一种具有压电效应的陶瓷材料，可以通过施加外部电场引起形变和逆压电效应，其在机械振动控制、传感、高精度运动控制等方面均有广泛应用。

但是，在其应用过程中，存在一些挑战，如大功率驱动、温度变化等因素对其性能的影响。

为了提高其性能，研究人员采用了铁电畴和晶粒功能基元序构等方法进行优化。

下面我将详细介绍这些方法及其优点。

首先，铁电畴是一种内部排列有序的结构单元，其相邻畴之间的壁称为铁电畴壁。

通过调控铁电畴结构的大小、形状、相互关系等参数，可以显著影响其压电性能。

在实际应用中，一般采用控制应力、温度等因素的方法来调控铁电畴。

利用这种方法可以明显提高陶瓷的应变大小、压电系数等性能指标，从而满足其更广泛的应用需求。

此外，铁电畴还可以通过添加外部化学添加物，如铁、钴、锰等来调控，这样可以进一步提高其性能。

其次，晶粒功能基元序构是一种通过控制晶粒的大小、形态和分布等因素来调节材料性能的方法。

在压电陶瓷中，通过控制晶粒功能基元序构的方法可以明显改善其疲劳性能、耐热性能等特性。

晶粒大小的控制可以通过添加晶粒控制剂、粉体研磨等方法来实现。

而进行晶粒分布调整的方法则包括添加陶瓷晶粒分散剂、减少添加水等。

这些方
法均可以有效地提高陶瓷的压电性能和稳定性。

综上所述，通过铁电畴和晶粒功能基元序构两种方法可以有效提高大功率压电陶瓷的性能。

这些方法都着重于控制材料的内部结构和排列方式以优化其物理性质和稳定性。

随着这些方法的应用和改进，压电陶瓷的性能将不断提高，为其广泛应用于机械、电子等领域奠定了坚实的基础。

陶瓷材料论文压电陶瓷

智能陶瓷材料——压电陶瓷段涛2009107204摘要：陶瓷材料分为普通陶瓷和特殊陶瓷两大类。

特殊材料中的智能材料是指能够接受外部环境的信息而自动改变自身状态的一种新型陶瓷，主要有压电陶瓷、形状记忆陶瓷和电流变陶瓷。

前言：陶瓷材料是国民经济和人民生活中不可缺少的重要组成部分。

随着科学技术的不断发展，对材料的性能提出了越来越高的要求。

陶瓷材料分为普通陶瓷和特殊陶瓷两大类。

由于陶瓷具有优良的耐热性、耐磨性、耐腐蚀性、以及高强度和高硬度等优点，因此在国防、机械、冶金、化工、建筑、电子、生物等领域得到了广泛的应用。

智能陶瓷是指能够接受外部环境的信息而自动改变自身状态的一种新型陶瓷，主要有压电陶瓷、形状记忆陶瓷和电流变陶瓷。

这里我想研究的是压电陶瓷的情况。

正文：所谓压电效应是指某些介质在力的作用下，产生形变，引起介质表面带电，这是正压电效应。

反之，施加激励电场，介质将产生机械变形，称逆压电效应。

这种奇妙的效应已经被科学家应用在与人们生活密切相关的许多领域，以实现能量转换、传感、驱动、频率控等功能。

在能量转换方面，利用压电陶瓷将机械能转换成电能的特性，可以制造出压电点火器、移动X光电源、炮弹引爆装置。

电子打火机中就有压电陶瓷制作的火石，打火次数可在100万次以上。

用压电陶瓷把电能转换成超声振动，可以用来探寻水下鱼群的位置和形状，对金属进行无损探伤，以及超声清洗、超声医疗，还可以做成各种超声切割器、焊接装置及烙铁，对塑料甚至金属进行加工。

压电陶瓷材料的发现：某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。

1946年美国麻省理工学院绝缘研究室发现，去电场后仍能保持一定的剩余极化,使它具有压电效应，从此诞了压电陶瓷。

功能陶瓷材料及应用铁电陶瓷篇(2)

G”P =
2G P 2
= g2 + 3g4P2 +5g6P4 + …
由上式即可得出电场 E 中的平衡极化强度。
18
当E ＝ 0时，P → Ps，去高次项后，G’P可改写为： G’P = Ps (g2 + g4Ps2 + g6Ps4) = 0 Ps = 0 为上式的一个解，对应于θ > θc, 晶体不存在自发极化的情形
16
7 铁电体的相变热力学
• Devonshire 把Landau的相变热力学理论推广应用到铁电相变，序参量P
• 基本思路： (a) 将Gibbs自由能G(或弹性自由能G1)按P展开 G1= 1/2g2P2+1/4g4P4+1/6g6P6 (b) 相变平衡状态，G1取极小值 (c) 求解，并按指前项的符号分析G1随P的变化规律
1
2
Typical hysteresis loops from various ferroelectric ceramics
• (A) BaTiO3 capacitor • (B) soft PZT • (C) PLZT 8.6/65/35 • (D) PZST antiferroelectric
smaller grain size higher Ec • A high degree of loop squareness indicates better
homogeneity and uniformity of grain size
4
• Internal space charge/aging internal electric bias off-centered loop
若使括号内方程等于零，则:

压电陶瓷及其应用综述

压电陶瓷及其应用一. 概述压电陶瓷是一种具有压电效应的多晶体，由于它的生产工艺与陶瓷的生产工艺相似（原料粉碎、成型、高温烧结）因而得名。

某些各向异性的晶体，在机械力作用下，产生形变，使带电粒子发生相对位移，从而在晶体表面出现正负束缚电荷，这种现象称为压电效应。

晶体的这种性质称为压电性。

压电性是J·居里和P·居里兄弟于1880年发现的。

几个月后他们又用实验验证了逆压电效应、即给晶体施加电压时，晶体会产生几何形变。

1940年以前，只知道有两类铁电体（在某温度范围内不仅具有自发极化，而且自发极化强度的发向能因外场强作用而重新取向的晶体）：一类是罗息盐和某些关系密切的酒石酸盐；一类是磷酸二氢钾盐和它的同品型物。

前者在常温下有压电性，技术上有使用价值，但有易溶解的缺点；后者要在低温（低于—14 C）下才有压电性，工程使用价值不大。

1942-1945年间发现钛酸钡（BaTiO）具有异常高的介电常数，不久又发现它具有压电性，BaTi O压电陶瓷的发现是压电材料的一个飞跃。

这以前只有压电单晶材料，此后出现了压电多晶材料——压电陶瓷，并获得广泛应用。

1947年美国用BaTiO陶瓷制造留声机用拾音器，日本比美国晚用两年。

BaTiO存在压电性比罗息盐弱和压电性随温度变化比石英晶体大的缺点。

1954年美国B·贾菲等人发现了压电PbZrO-PbTiO(PZT)固溶体系统，这是一个划时代大事，使在BaTiO时代不能制作的器件成为可能。

此后又研制出PLZT透明压电陶瓷，使压电陶瓷的应用扩展到光学领域。

迄今，压电陶瓷的应用，上至宇宙开发，下至家庭生活极其广泛。

我国对压电陶瓷的研究始于五十年代末期，比国外晚10年左右，目前在压电陶瓷的试制、工业生产等方面都已有相当雄厚力量，有不少材料已达到或接近国际水平。

二. 压电陶瓷压电性的物理机制压电陶瓷是一种多晶体，它的压电性可由晶体的压电性来解释，晶体在机械力作用下，总的电偶极矩（极化）发生变化，从而呈现压电现象、因此压电性与极化，形变等有密切关系。