铁电陶瓷材料的应用以及生产工艺之七
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铁电陶瓷材料实验研究及应用
铁电陶瓷和铁磁体一样与磁畴组成相似， 铁电 体由电畴组成， 电畴间界为电畴壁。电滞回线是电 场中电畴运动的宏观表现， 如图 " 所示， 施加电场前 （点 "） 铁电体的偶极子或畴电矩 （图中的小箭头所 示） 为任意取向。在电场作用下， 电畴开始沿电场方 向排列， 极化强度 # 由点 " 变往点 $。电场使全部 电畴排列一致时， 铁电体达到最大即饱和极化强度 （点 $） 。此时取消电场， 由于电畴之间发生耦合， #% 铁电体将 保留剩余极化 强度 #% （点 & ） 获得 永久极 化， 当电场为逆向时， 电畴随之后向， 为了使极化消 失和电畴随机取向， 必须对铁电体施加矫顽电场 ’( （点 )） 。进一步加大反向电场， 则发生相反方向的 上饱和极化 （点 *） ， 然后相继取消反向电场 和加上 原向电场， 即出现极化强度与电场关系的电滞回线。 回线所包围的面积为极化改变所需要的能量， 为铁 电体的介质损耗。电 滞回线是铁电体 最本质的特 征。铁电体只存在于一定温度范围， 并且往往随后 有一个临界温度， 图 ! 为典型铁电陶瓷的介电常 与温度的关系， 在常温条件下， 介电常 变化平稳。
孟凡志， 等： 铁电陶瓷材料实验研究及应用
"< 但温度的升高有利于电畴的转动， 使矫顽电场和饱 和电场强度降低， 因而所需极化电压下降， 电滞回线 变为比较狭长的形式， 温度升高到某临界点即居里 点 +( 附近时介电常数剧增 ， 电滞回线逐渐 闭合成 一直线。在居里温度以上， 晶体发生结构变化， 转变 为顺电体， 自发极化消失， 铁电性不复存在。居里点 为顺电— — —铁电转变温度。发生这种转变时， 晶体 的介电性、 弹性、 压电性、 热学性能、 光学性能等发生 强烈的反常变化， 此 为临界现象， 有重要的实 际应 用。
铁电材料的特性与应用
铁电材料的特性与应用随着科技的不断进步，人们对材料的性能和应用的要求越来越高，铁电材料作为一种特殊的功能材料，因其特殊的性质内在吸引着越来越多的科学家和工程师的关注。
铁电材料具有很多的特点和应用，本文将从以下几个方面进行探讨。
一、铁电材料的概述铁电材料是一种能够在外加电场的作用下，产生永久电极化或瞬时电极化，并能在无电场的作用下保持这种电极化状态的材料。
铁电材料的特殊性质有以下特点：1、储存强电场：铁电材料能够在强电场的作用下产生强电极化，并且能够在不加电场的情况下保持这种极化状态。
2、非线性介电性：铁电材料的介电常数随电场强度的变化不是线性的，而是具有一定的非线性。
铁电材料的非线性介电性具有在光通讯、信息传输等方面的应用前景。
3、电光效应：铁电材料在外界电场的作用下，其晶体结构出现对称性破缺，从而导致光学性能出现改变，这种现象即为电光效应。
4、压电效应：铁电材料在外界力的作用下，会产生电势差，形成电场分布而产生的现象就是压电效应。
二、铁电材料的应用铁电材料由于其具有特殊的性质，在各个行业中有着广泛的应用。
下面简述一下铁电材料在各个行业中的应用。
1、电子电器领域：铁电材料可用于存储器件、传感器、高频陶瓷器等方面。
石英陶瓷是一种常用的高频陶瓷，如果在其表面形成压电陶瓷层，就能够提高其机械振动的效率，达到提高声波频率和集中能量的目的。
2、光电子领域：铁电材料由于具备优异的光电性能，使其非常适用于薄膜反射镜、光阀、空间光学器件等方面。
3、声学领域：铁电材料由于具有压电效应，使其在锂电池、面板电池、防爆弹等方面有着广泛的应用。
4、航空领域：铁电材料由于其性质稳定，可在高温、高压等恶劣环境下使用，所以在火箭发动机、超音速飞行器等方面被广泛应用。
三、未来发展前景随着科技不断发展，人们对材料的性能和应用的要求越来越高，铁电材料作为一种特殊的功能材料，在绿色环保、节能减排、信息传输、生物医药等领域发挥着越来越大的作用，有着广泛的应用前景。
关于铁电新型材料的开发及应用
铁电新型材料的开发及应用摘要铁电阴极材料是一种在脉冲电压或脉冲激光鼓励下从铁电材料外表获得脉冲强流电子发射的新型功能材料，同传统的热电子阴极相比具有许多独特的优点，因而在高物理、电子学、真空微电子等领域有可能取代普通热阴极及场发射阴极。
目前,它作为一种极有前途的阴极材料,己引起各国科学家的高度重视"本文初步探讨了PZT 铁电陶瓷阴极的制作工艺和LiNbO3铁电单晶阴极上下电极的制作工艺，并实际制备了PZT 铁电陶瓷阴极和LiNbO3铁电单晶阴极。
同时，还对这两种阴极进展了电子发射实验，对于PZT 铁电陶瓷阴极获得了64A/cm2的峰值发射电流，到达了国内外同期水平；对于LiNbO3铁电单晶阴极首次获得了58A/cm2的峰值发射电流。
关键词铁电材料极化反转外表等离子体空间电荷AbstractFerroelectric cathode materials is a pulse voltage or pulse laser pulse from the ferroelectric material surface by a strong flow electron emission of new functional materials, pared with the conventional thermionic cathode has many unique advantages, and high in areas such as physics, electronics, vacuum microelectronics could replace ordinary hot cathode and field emission cathode Ferroelectric cathode is one of the novel materials from which electrons can beemitted when voltage or laser pulse is applied。
电子陶瓷材料的制备与应用
电子陶瓷材料的制备与应用电子陶瓷材料是一种在现代电子科技中应用十分广泛的材料。
它主要是指以氧化物为主体，具有高温稳定性和特殊电性质的一种陶瓷材料。
电子陶瓷材料是一种非常重要的功能材料，在导电、绝缘、调节电阻和介质等方面都有着广泛的应用。
电子陶瓷材料制备的工艺十分繁琐，需要先将原料进行筛选、粉碎和干燥，然后进行配料、混合和成型。
在成型之后，需要进行烧结处理，以便使陶瓷材料具有较高的热稳定性和特殊的电性质。
在整个过程中，需要对材料的粉末分布、尺寸分布、结晶状态等进行严格控制，以保证电子陶瓷材料性能的稳定和可靠。
电子陶瓷材料的应用非常广泛。
它被广泛应用于电器、通信、电子计算机、汽车、医疗器械等领域。
在这些领域中，它通常被用作载波介质、滤波器、压电陶瓷、介电陶瓷、热敏电阻器、电容器、微波器件等。
电子陶瓷材料的载波介质应用是最广泛的。
在无线电等领域中，载波介质通常被用来制造衰减器、耦合器、分路器、合路器、变换器、功率分配器等。
电子陶瓷材料的载波介质具有介电性能稳定、色带宽、温度系数小、电容性能好等特点，因此在这些领域中应用非常广泛。
在汽车领域中，电子陶瓷材料应用于热敏电阻器。
热敏电阻器是指电阻值随温度变化的电阻器。
汽车中的热敏电阻器通常是用来检测车内温度、发动机温度等的电子元件。
这些电子元件需要具有稳定的电性能和较高的工作温度，而电子陶瓷材料正是一个非常好的材料选择。
它具有良好的温度系数、高温稳定性和稳定的电性能，因此在汽车领域中应用非常广泛。
在医疗器械领域中，电子陶瓷材料应用于压电陶瓷。
压电陶瓷是一种具有压电效应的陶瓷材料。
它能够在外加电压的作用下产生形变，或在外加力的作用下产生电荷。
压电陶瓷在医疗器械中的应用非常广泛，比如用于制造超声波探头、骨固定器、心脏调节器等。
总之，电子陶瓷材料是一种非常重要的功能材料，在现代电子科技中应用非常广泛。
在未来的发展中，它必将继续发挥重要的作用，推动着现代电子科技的发展。
铁电陶瓷的应用
铁电陶瓷的应用铁电陶瓷是一种特殊的陶瓷材料，具有铁电性质，能够在电场的作用下产生电极化，因此在许多领域都有广泛的应用。
下面将就铁电陶瓷在电子产品、医疗领域、能源行业和航空航天领域的应用进行详细介绍。
一、电子产品领域铁电陶瓷可用于电子产品中的压电元件、传感器和微机电系统等方面。
在压电元件中，铁电陶瓷能够在电场的作用下产生变形，因此可用于制造压电换能器，如压电陶瓷谐振器、压电陶瓷声波传感器等，广泛应用于手机、电脑、无线通信设备等电子产品中。
铁电陶瓷的压电性质也使其成为一种优秀的传感器材料，可用于制造加速度传感器、压力传感器等，应用于汽车、航空航天等领域。
在微机电系统中，铁电陶瓷可以作为微型压电马达、微型压电致动器等微型机电设备的材料，有望在微机电系统领域发挥重要作用。
二、医疗领域铁电陶瓷在医疗领域的应用主要体现在超声诊断设备和超声治疗设备中。
铁电陶瓷通过其压电效应可以将电能转化为机械能，被应用于超声探头中，用于超声成像、超声检查等医学诊断手段。
在超声治疗设备中，铁电陶瓷也可用于制造超声振荡器、超声换能器等设备，用于进行超声治疗、超声碎石等医学治疗手段。
三、能源行业在能源行业中，铁电陶瓷可以用于制造压电发电装置、压电储能装置等设备。
通过铁电陶瓷的压电效应，可以将机械能转化为电能，因此可以应用于压电发电装置中，例如压电陶瓷发电装置、压电陶瓷振动发电装置等，用于收集环境中的振动能量、压力能量、声波能量等，实现能源的收集和转化。
铁电陶瓷也可以作为储能装置的材料，用于制造高效的压电式储能装置，可以在电能较少的地方储存能量，为一些特殊场合提供电能支持。
四、航空航天领域在航空航天领域，铁电陶瓷的应用主要体现在航空航天制导系统、主动噪音控制系统等方面。
通过铁电陶瓷的压电效应，可以实现超高精度的航空制导系统，例如利用压电陶瓷制造的压电陶瓷马达、压电陶瓷致动器等机电装置，可以实现航空器舵面的微小调整和控制。
铁电陶瓷也可以用于制造主动噪音控制系统中的压电换能器、压电陶瓷传感器等，通过其压电特性调整和控制飞机、航天器的噪音和振动，提高航空航天器的舒适性和性能稳定性。
铁电陶瓷材料的研究现状和应用
铁电陶瓷材料的研究现状和应用1、层状铁电陶瓷（1）Bi系目前，研究较多、并且用于制备铁电陶瓷材料的是钙钛矿结构的锆钛酸铅（简称PZT）系列。
此系列的突出优点是剩余极化较大Pr（10~35 μC/cm 2）、热处理温度较低（600℃左右）。
但是随着研究的深入，人们发现，在经过累计的极化反转之后PZT系列性能退化，主要表现在出现高的漏电流和较严重的疲劳问题，另外，铅的挥发对人体也有害。
因此研究和开发性能优良且无铅的铁电陶瓷具有重要的现实意义。
而铋系层状钙钛矿结构材料属于铁电材料类且性能较好又不含铅，因此受到人们的广泛关注。
（2）(Pb,Ba)(Zr,Ti)O3系(Pb,Ba)(Zr,Ti)O3（简称PBZT）系陶瓷与Pb(Zr,Ti)O3(PZT)同属于ABO3型钙钛矿结构，具有较大的电致伸缩应变，在电子微位移动领域已得到广泛应用。
但在使用过程中发现这类铁电陶瓷因其脆性和较低的强度影响了其产品的耐久性和使用寿命，因此改善其机械性能已引起人们的重视。
2、弛豫型铁电陶瓷弛豫型铁电体（relaxation ferroelectrics，简称RF）是指顺电—铁电转变属于弥散相变的一类铁电材料，它同时具有铁电现象和弛豫现象。
与典型铁电体相比，弛豫型铁电体的一个典型特征是复介电常数（ε*(ω) =ε'(ω) −ε"(ω)，ω为角频率）的实部ε'(ω)随温度变化呈现相对宽且变化平缓的峰，其最大ε'(ω)值对应的温度Tm随ω的增加而向高温移动。
该特征与结构玻璃（structureglass）化转变、自旋玻璃（spin glass）化转变的特征极为相似。
所以，弛豫型铁电体又被称为极性玻璃（polar glass），相应的弛豫铁电相变又被称为极性玻璃化转变。
迄今为止，虽然人们对弛豫铁电相变进行了大量的实验测量和理论探索，但是仍然没有被普遍接受的弛豫铁电相变模型，所以对弛豫铁电相变机制的研究一直是该领域研究的热点问题之一。
铁电陶瓷材料的应用
4 欧阳伟 黄尚宇 ,电磁成形技术及其在功能陶瓷行业,Vol,NO.27,2006,237242
２铁电陶瓷及薄膜的制备
３ 铁电陶瓷平板显示技术的特点
2 铁电陶瓷及铁电发射
用于铁电发射的铁电陶瓷材料主要是一些锆 钛酸铅透明陶瓷(PZT)和掺镧的锆钛酸铅透明陶瓷 (PLZT)等,这类陶瓷内部的电畴(即极性分子)经极 化后趋向一致,表现出铁电性能。
铁电发射平板显示器由铁电陶瓷板(膜)、背 电极、栅电极、荧光粉层和电路控制系统等组成 (图1)。铁电陶瓷(膜)可以是经预先极化的铁电陶 瓷,也可以是未经极化的PZT、PLZT陶瓷[2]。
电磁成形技术作为高能、高效率技术用在粉末近终成形方面有着传统成形方法 不能比拟的优越性，在功能陶瓷行业有巨大的
应用价值。本文阐述了电磁成形的基本原理和电磁粉末压制，介绍了电磁成形 技术在功能陶瓷行业的应用及前景。
近年来, 欧美及日本等国科学界都在日益关注和 研究一种新型的平板显示技术——铁电陶瓷平板显示 器。它较好地解决了(FED)技术中的阴极制作工艺复 杂的问题, 同时, 在许多性能上也有所改善。
摘要
1 铁电陶瓷平板显示技术就是利用一些铁电陶 瓷材料所拥有的铁电发射性能制成电子发射 阴极, 代替场致发射平板显示器中的微尖端 场发射阵列, 较好地解决了(FED)技术中的阴 极制作工艺复杂的问题．
摘 要 本文评述了各类显示器件的现的发展作了预测。
铁电陶瓷材料的应用以及生产工艺之七
铁电陶瓷材料的应用以及生产工艺之七铁电陶瓷材料，是指具有铁电效应的一类功能性陶瓷材料，它是热释电材料的一个分支。
可用于大容量的电容器、高频用微型电容器、高压电容器、叠层电容器和半导体陶瓷电容器等，可以制作介质放大器和相移器等。
利用其热释电性，可制作红外探测器等。
也用于制造光阀、光调制器、激光防护镜和热电探测器等。
广泛应用于航天、军工、新能源产品。
这里介绍，主要是参考它的加工工艺，比如为固体电解质的加工提供一定的参考。
另一方面是顺便了解一下这特种陶瓷的用途。
室温研磨法固相反应制备铁电陶瓷粉末：――机械合金化制备的铁电体：锆钛酸铅锆钛酸铅(Pb(ZrxTi1－X)O，或PZT)是PT和锆酸铅(PbZrO3或PZ)的固溶体，具有杰出的铁电、压电、热电和光电性能，广泛应用于传感器、声纳、微动台、旋转式激励器和热电传感器中。
有专家研究了用具有碳化钨筒和球的行星高能球磨机对(PbO、ZrO2和TiO2)混合物球磨不同时间后PZT相的形成情况。
球磨4h没有形成PZT，但PbO衍射峰大大变宽并弱化，球磨15和24h后，PZT成为主要相。
球磨过程中，相变会导致不同程度的体积膨胀。
研究表明，延长球磨时间，体积膨胀程度减小，意味着未反应的氧化物数量减少。
球磨24 h的混合物反应完全，故几乎没有观察到体积膨胀。
有专家通过行星球磨机对PbO、ZrO2、TiO2氧化物强化粉碎(高的球磨速度和大的球料比)5—480min后发现，球磨lh便得到PZT相及少量未反应的ZrO2，球磨2h时后相组成相同，未反应的ZrO2量达到最少。
对球磨粉末做比表面积测试后发现，球磨30min后其比表面积达到最大，并促进了初始氧化物间的反应，以致球磨1h后几乎得到纯PZT相，进一步延长球磨时间，粉末开始团聚，比表面积减小。
该成果表明通过增加球磨速度和球料比可减少消耗的时间并提高生产量。
――机械合金化制备的铁电体：铌镁酸铅轻巧的铌镁酸铅(Pb(Mg1／3Nb2／3)O3或PMN)弛豫铁电体广泛用于电容器、致动器和超声传感器等中。
铁电材料的制备和应用
铁电材料的制备和应用铁电材料是一种具有电介质结构的材料，对外加电场呈现出一定的极化现象。
它在现代电子科学等领域中有着广泛的应用，如高频滤波器、非易失性存储器、瞬态电压抑制器等。
在这篇文章中，我们将介绍铁电材料的制备方法和应用。
制备方法铁电材料的制备主要分为两类，一类是化学制备方法，包括水热法、溶胶凝胶法、减压干燥法等；另一类是物理制备方法，包括溅射法、磁控溅射法、蒸发法、分子束外延法等。
其中，水热法是目前比较流行的制备铁电材料的方法之一。
这种方法通过在高压高温下，将金属离子、氧化物离子、水和有机配体等混合，使它们在水热环境下通过化学反应生成铁电材料，如钛酸钡、钛酸锶、钛酸铅等。
由于水热法不仅可以控制反应的条件，还可以控制材料的晶体结构和形貌，所以其得到的铁电材料通常具有良好的形貌和较高的铁电性能。
应用铁电材料具有很多独特的物理和化学性质，可以应用于很多领域。
以下是几个典型的应用举例。
1. 非易失性存储器与随机存储器（RAM）存储数据需要不断刷新电路不同，非易失性存储器（NVM）可以在断电后保留存储信息。
铁电材料具有良好的记忆性能，因此可以作为NVM的存储单元。
此外，铁电材料还有很强的抗辐射性能，因此被广泛应用于高辐射环境的电子设备中。
2. 功率电子器件在高压、高功率电子器件中，铁电材料可以作为电容器、薄膜电容器等元件的极板材料。
这些元器件具有较高的介电常数、较低的损耗、较强的耐压能力和快速响应速度等优点，并且可以实现高温下的稳定性。
3. 传感器由于铁电材料在电场作用下可以呈现出极化现象，所以可以利用这种性能设计并制作出许多传感器，如力传感器、温度传感器、荷电传感器等。
这些传感器可以用于测量和监测各种物理量，并且具有较高的准确性和响应速度。
4. 光学器件铁电材料具有良好的光学性能，如非线性光学特性，因此可以用于制作光学器件，如光电调制器、光学开关、光波导等。
这些器件在光通信、光伏等领域得到了广泛的应用。
铁电陶瓷材料工艺
样品的制备及测试仪器(钛酸锶钡)本实验采用传统的固相反应法制备铁电陶瓷材料，具体工艺流程如下：1 原料选择与处理实验所用的原料纯度和特性如下表所示。
其中BaCO3、TiO2在配方中所占的比例较大，Na2CO3吸湿性较强，为保证化学计量比精确，称量前将这些粉料应先放在烘箱中烘干。
表2-1 原料的相关特性这些原料有如下特性[29][30]在1450 ℃时，BaCO3分解为BaO，CO2，在TiO2参与下，BaCO3在650 ℃时就开始分解，至1020 -1060℃时分解结束。
TiO2俗称钛白粉，是细分散的白色到浅黄色粉末，它有三种晶型：四方晶系（650℃以下）、斜方晶系（650-915℃）、三方晶系（915℃以上）。
Na2CO3俗称苏打、纯碱，稳定性较强，在高温下分解成氧化钠和二氧化碳。
本实验反应方程式为：2x )1(x )1(325223CO )21(Nb Ti Na Ba CO Na 2O Nb 2TiO )1(BaCO )1(xx x x x x x -+→++-+--- （2-1）2．配料按化学计量式计算出配方中的各个物质所需的质量，再用德国A210P 电子天平仪(精度为0.1mg)称量原料。
先称量量较多的BaCO 3，再称量微量原料Na 2CO 3和Nb 2O 5，最后称量量较多的TiO 2，按顺序依次加入球磨罐中。
这样，可以防止微量原料沾在罐壁或玛瑙球上，造成坯料混合不均匀，影响实验精确度。
3. 混合球磨采用XQM-L 变频行星球磨机进行混合球磨。
加入相当于总粉料质量60%的超纯水湿磨混合，这样分散性、均匀性都较好。
球磨机的转速为200转/分钟，球磨时间为4h4. 预 烧用蒸馏水将球磨后粉料洗出，放入干燥箱中烘干，并将烘干后的粉末放入玛瑙钵中研磨均匀，再倒入坩埚，压紧，置于预烧炉中，进行预烧，预烧气氛为空气。
预烧结束后粉末随炉温自然冷却。
依据主要原料的分解温度和相关文献的报道，以及烧结炉的条件，本实验的预烧温度设定为1050-1100℃，升温速率为200℃/h ，保温2小时。
功能陶瓷材料及应用铁电陶瓷篇
§1.5 铁电陶瓷的应用
• 铁电陶瓷一般具有如下特性： ）higher dielectric constants (K = 200-10000) than ordinary insulating substances ( K= 5-100), making them useful as capacitor and energy storage materials. ）relatively low dielectric loss (0.1%-5%) ）high specific electrical resistivity ( > 1013 -cm) ）moderate dielectric breakdown strengths (100-120KV/cm for bulk and 500-800kV/cm for thin films) ）nonlinear electrical behavior (hysteresis loop) which results in an electrically variable dielectric constant ）electromechanical and electrooptic properties
U
+22 to -56
V
+22 to -82
III 类: 半导型陶瓷电容器--晶界层电容器 • 半导化SrTiO3, BaTiO3等陶瓷材料
陶瓷电容器的种类:
• 薄膜电容器 (Thin-Film Capacitors) • 厚膜电容器 (Thick-Film Capacitors) • 园片电容器 (Single-Layer Discrete Capacitors) • 多层电容器（Multilayer Ceramic Capacitors, MLCC） • 阻挡层电容器 （Barrier-Layer Capacitors）
铁电陶瓷的特性,介绍其潜在应用
多层电容 压电变换器
压电马达 压电驱动器 电致伸缩驱
动器
块材
介电电容器 红外探测器
压电传感和 驱动器 电光快门
电光显示器
膜材
非易失随 机存储器
阻挡层 集成光学 抗反射膜
14
非易失随机存储器
普及型室内幕帘式被动红 外线移动探测器，尤其适 合于小区防盗使用，外形 时尚精致，线条流畅
压电陶瓷马达
高介电型陶瓷 电容器常数
图4 不同应力下的电滞回线
12
2.4 软硬性铁电陶瓷的比较
比较两条曲线[2]
相同点：包括初始近似线性段,曲
线斜率先从递减向递增转化的非线 性段,以及在应力增加到一定值时, 又变成曲线斜率较大的近似线性段. 并且,非线性曲线上从斜率递减向 递增转化的拐点G处应力值． 不同点：对于硬PZT4大约为 125MPa,软PZT4在70MPa左右.这 表明PZT铁电陶瓷在载荷作用下的
4
1、铁电陶瓷的电畴理论 900
↑ ↑ ↑ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ →→→
图中 小方格代表晶胞 箭头代表电矩方向
↑ ↑ ↑ ↓ ↓ ↓ ↓ → →→→ ↑ ↑ ↑ ↓ ↓ ↓ →→ →→→ ↑ ↑ ↑ ↓ ↓ →→→ →→→
↑ ↑ ↑ ↓ →→→→ →→→
1800 图1 BaTiO3电畴结构示意图
5
在同一晶粒内具有相同取向的自发极化和自发 应变的晶胞团称为电畴[4].
应力应变非线性响应与压电材料微 观电畴偏转密切相关．
图５ 软硬铁电陶瓷的应力－电位移曲线
根据两者对应力的敏感性不同，可以在应用在不同的领域．
13
ห้องสมุดไป่ตู้
3、铁电陶瓷的特性及其应用
以上介绍了电滞回线的变化规律及其原因，我们深刻的认识到 电畴翻转是铁电陶瓷产生非线性曲线的原因，也正是有了这一 理论，使我们对铁电陶瓷产生了浓厚的兴趣，在对它的认识过 程中挖掘出了许多有利于人们生活的应用[3]。
铁电陶瓷
铁电陶瓷编辑铁电陶瓷(ferroelectric ceramics)，主晶相为铁电体的陶瓷材料。
目录1简介2原理3用途4铁电陶瓷材料确定原则5三大效应1简介编辑它的主要特性为：(1)在一定温度范围内存在自发极化，当高于某一居里温度时，自发极化消失，铁电相变为顺电相；(2)存在电畴；(3)发生极化状态改变时，其介电常数-温度特性发生显著变化，出现峰值，并服从Curie-Weiss 定律；(4)极化强度随外加电场强度而变化，形成电滞回线；(5)介电常数随外加电场呈非线性变化；(6)在电场作用下产生电致伸缩或电致应变。
其电性能：高的抗电压强度和介电常数。
低的老化率。
在一定温度范围内(-55～+85℃)介电常数变化率较小。
介电常数或介质的电容量随交流电场或直流电场的变化率小。
常见的铁电陶瓷多属钙钛矿型结构，如钛酸钡陶瓷(BaTiO3)及其固溶体，也有钨青铜型、含铋层状化合物和烧绿石型等结构。
利用铁电陶瓷的高介电常数可制作大容量的陶瓷电容器；利用其压电性可制作各种压电器件；利用其热释电性可制作红外探测器；通过适当工艺制成的透明铁电陶瓷具有电控光特性，利用它可制作存贮，显示或开关用的电控光特性。
通过物理或化学方法制备的PZT、PLZT等铁电薄膜，在电光器件、非挥发性铁电存储器件等有重要用途。
2原理编辑某些电介质可自发极化，在外电场作用下自发极化能重新取向的现象称铁电效应。
具有这种性能的陶瓷称铁电陶瓷。
铁电陶瓷具有电滞回线和居里温度。
在居里温度点，晶体由铁电相转变为非铁电相，其电学、光学、弹性和热学等性质均出现反常现象，如介电常数出现极大值。
1941年美国首先制成介电常数高达1100的钛酸钡铁电陶瓷。
主要的铁电陶瓷系统有钛酸钡-锡酸钙和钛酸钡-锆酸钡系高介电常数铁电陶瓷,钛酸钡-锡酸铋系介电常数变化率低的铁电陶瓷，钛酸钡-锆酸钙-铌锆酸铋和钛酸钡－锡酸钡系高压铁电陶瓷以及多钛酸铋及其与钛酸锶等组成的固溶体系低损耗铁电陶瓷等。
铁电陶瓷
(3) 薄膜材料制备工艺。
（三）透明铁电陶瓷
一、透明铁电陶瓷的组成和相图
由于气孔相、晶界和杂质相的散射，一般多晶体陶瓷是不透 明的，通过适当的工艺，可以控制其显微结构和晶界性质，使
之成为透明陶瓷，一般 Al2O3 、 Y2O3 、 MgO、 BeO、 ThO等都
可制成透明陶瓷。 PLZT 既有透明性，又有铁电和压电性，其光学性质与铁电
•压电陶瓷超声波焊接
压电超声马达
世界上最小的马达（电机）：重36mg，长5mm，直径 1mm，可作为人造心脏的驱动器。
压电喇叭应用实例
N506i V501T
•压电陶瓷超声清洗
•压电陶瓷探伤仪
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的电场时，那些取向和电场方向一致的畴生长变大，而
其它方向的畴收缩变小，随后产生净极化强度。
铁电陶瓷与其它的电介质陶瓷不同，它的极化强度 不与施加电场成线性关系，并具有明显的滞后效应。
饱和极化强度Ps
剩余极化强度Pr 矫顽电场强度Ec
饱和电场强度Esat
铁电体的电滞回线
主要内容
一、 压电陶瓷
二、 热释电陶瓷
•压电陶瓷内部结构（电畴形成）
由于压电陶瓷极化后具有压电性，因此，构成陶瓷
的晶体必须是铁电体。铁电体从顺电相转变为铁电 相时具有自发极化，自发极化方向一致的区域成为 电畤。铁电畴之间的界面称为电畤壁。两电畤平行 排列的边界称为180°畴壁，两电畤互相垂直的边界
称为90°畴壁。
相邻两个畴中自发极化方向只能成90°角或180°角， 相应电畴交界面就分别称为90°畴壁和180°畴壁。
铁电陶瓷材料介绍及其应用
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Interrelationship of piezoelectric and subgroups on the basis of symmetry
书山有路勤为径， 学海无涯苦作舟
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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
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书山有路勤为径， 学海无涯苦作舟
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• 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
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书山有路勤为径， 学海无涯苦作舟
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•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
铁电、压电陶瓷及其应用
铁电、压电陶瓷及其应用在天然水晶（α石英晶体）的晶片上，若沿一定方向施加压力后，它的相应的两个面上就会带电（图1），这就是把机械能（压力）转变成了电能；相反，若将晶片放入交变电场中，晶片就会产生相应的形变而引起振动，也就是说把电能转变成了机械能。
这种机械能与电能相互转换的现象就叫压电效应，机械能转变为电能为正压电效应，电能转变为机械能为逆压电效应。
压电效应这种现象是1880年由法国的P-居里和J－居里兄弟首先发现的。
具有这种效应的晶体叫做压电晶体。
1894年，科学家沃伊特(Voigt)根据压电晶体的结构特征提出，在32种点群的晶体中，只有20种非中心对称点群的晶体才有压电效应。
在正压电效应中，单位面积产生的电荷数与应力成正比；在逆压电效应中，应变与电场强度成正比。
由图1可知，水晶晶体在不受力时，其正电荷中心与负电荷中心重合，整个晶体的总电矩为零，晶体表面不带电（图1a）.当晶体受力时,由于形变而导致正负电荷中心不再重合,晶体两端表面就带电了(图1b为受压,图1c为受拉),这种正负电荷中心不重合的现象叫做极化.也有少数压电晶体由于本身内部的特殊结构,在没有外电场的情况下就存在着极化现象,这样的极化为自发极化.这种具有自发极化的晶体中存在一些自发极化取向一致的微小区域,称为电畴.当其被放入电场中后,原来随机混乱取向的电畴就会沿电场方向取向,若电场再反向,自发极化单元也会跟着反向,其极化与电场的关系见图２,是一根回线,称之为电滞回线 ,与铁磁体的磁滞回线形状类似,所以人们把这类晶体称为铁电体(其实晶体中并不含有铁),这个回线就是铁电体的标志.显然 ,铁电体是压电体中的一种。
自然界中具有压电效应的压电晶体很多 ,但往往成为陶瓷材料以后不呈现压电性能,这主要是因为陶瓷是一种多晶体,由于其中各细小晶粒的紊乱取向,因而各晶粒间压电效应会互相抵消,宏观不呈现压电效应。
铁电陶瓷中虽存在自发极化，但各晶粒间自发极化方向杂乱因此宏观无极性。
金属陶瓷材料的制备和应用研究
金属陶瓷材料的制备和应用研究金属陶瓷材料是一种新型材料，是由金属基体和陶瓷相组成的混合物。
金属陶瓷材料具有金属和陶瓷的双重优点，既有金属的强韧、可塑性和导电性能，也有陶瓷的高温耐久性、抗腐蚀性和硬度等特点。
金属陶瓷材料的制备和应用研究是当今材料科学和工程领域的热点和难点之一。
一、金属陶瓷材料的制备（一）金属基体的选择金属陶瓷材料的基体通常选用铜、铝、镍等金属，因其具有良好的导电性和可塑性。
在实际应用中，选择金属基体时需要考虑其化学性能、电学性能和机械性能等因素。
（二）陶瓷相的选取陶瓷相是金属陶瓷材料的重要组成部分，其功能主要体现在增强材料的硬度、强度、耐磨性、耐腐蚀性等方面。
当前常见的陶瓷相包括氧化物陶瓷、碳化物陶瓷和氮化物陶瓷等。
（三）制备工艺制备金属陶瓷材料的工艺流程通常包括材料配制、混合、成型、烧结和后处理等环节。
其中，烧结工艺是金属陶瓷材料制备的重要环节，其实质是将金属基体和陶瓷相结合成一体，使其达到理想的物理和化学性能。
目前烧结工艺主要有常压烧结、热压烧结和等离子烧结等。
二、金属陶瓷材料的应用研究（一）电子封装材料金属陶瓷材料具有良好的导电性和热传导性，可以作为电子封装材料使用。
在电子元器件中，金属陶瓷材料通常用于制作电子封装底座、散热器、导热板等。
（二）机械零部件金属陶瓷材料的优良机械性能也为其在机械零部件领域的应用提供了广阔的空间。
其可以用于制作轴承、齿轮、管道、气缸等部件，具有较高的耐磨性、耐腐蚀性和高温性能，为工程机械、汽车等行业提供了有力的支撑。
（三）生物医疗领域金属陶瓷材料的生物相容性好、耐腐蚀性强、尺寸稳定性好等特点使其成为生物医疗领域中的重要材料。
其广泛应用于医疗器械、假肢、种植体等方面，为人类健康事业做出了重要贡献。
三、金属陶瓷材料的研究前景金属陶瓷材料具有独特的物理、化学、电学和机械性能，具有广泛的应用前景。
随着科技水平的不断提高和工业化的不断发展，金属陶瓷材料在新能源、信息技术、新材料等领域的应用将会越来越广泛，成为未来科技和工程领域的研究热点。
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铁电陶瓷材料的应用以及生产工艺之七
铁电陶瓷材料，是指具有铁电效应的一类功能性陶瓷材料，它是热释电材料的一个分支。
可用于大容量的电容器、高频用微型电容器、高压电容器、叠层电容器和半导体陶瓷电容器等，可以制作介质放大器和相移器等。
利用其热释电性，可制作红外探测器等。
也用于制造光阀、光调制器、激光防护镜和热电探测器等。
广泛应用于航天、军工、新能源产品。
这里介绍，主要是参考它的加工工艺，比如为固体电解质的加工提供一定的参考。
另一方面是顺便了解一下这特种陶瓷的用途。
室温研磨法固相反应制备铁电陶瓷粉末：
――机械合金化制备的铁电体：锆钛酸铅
锆钛酸铅(Pb(ZrxTi1－X)O，或PZT)是PT和锆酸铅(PbZrO3或PZ)的固溶体，具有杰出的铁电、压电、热电和光电性能，广泛应用于传感器、声纳、微动台、旋转式激励器和热电传感器中。
有专家研究了用具有碳化钨筒和球的行星高能球磨机对(PbO、
ZrO2和TiO2)混合物球磨不同时间后PZT相的形成情况。
球磨4h没有形成PZT，但PbO衍射峰大大变宽并弱化，球磨15和24h后，PZT成为主要相。
球磨过程中，相变会导致不同程度的体积膨胀。
研究表明，延长球磨时间，体积膨胀程度减小，意味着未反应的氧化物数量减少。
球磨24 h的混合物反应完全，故几乎没有观察到体积膨胀。
有专家通过行星球磨机对PbO、ZrO2、TiO2氧化物强化粉碎(高的球磨速度和大的球料比)5—480min后发现，球磨lh便得到PZT相及少量未反应的ZrO2，球磨2h时后相组成相同，未反应的ZrO2量达到最少。
对球磨粉末做比表面积测试后发现，球磨30min后其比表面积达到最大，并促进了初始氧化物间的反应，以致球磨1h后几乎得到纯PZT相，
进一步延长球磨时间，粉末开始团聚，比表面积减小。
该成果表明通过增加球磨速度和球料比可减少消耗的时间并提高生产量。
――机械合金化制备的铁电体：铌镁酸铅
轻巧的铌镁酸铅(Pb(Mg1／3Nb2／3)O3或PMN)弛豫铁电体广泛用于
电容器、致动器和超声传感器等中。
通过SPEX振动粉碎机(不锈钢)和行星高能球磨机(碳化钨)可从PbO、MgO和Nb2O5粉末混合物中直接合成无焦绿石的纳米PMN粉末。
纳米PMN粉也可由氧化物前驱体或用共沉淀法获得的非晶前驱体制得。
也有专家报道了PbO、MgO和Nb2O5混合物在行星高能球磨机中球磨不同时间后的相形成情况。
球磨9h后出现PMN相，球磨20h后很容易获得单相PMN，进一步球磨，相组成不发生变化。
球磨超过9h，粉末具有类似的颗粒形态和晶粒度，在900℃烧结可得到致密的PMN陶瓷。
不同烧结温度下得到的PMN陶瓷的介电和铁电参数与文献中的值很一致。
有专家研究了不同球磨时间对PbO和前驱体MgNb206制备PMN的影响。
前驱体MgNb206是由MgO和Nb2O5粉末在1100 oC烧结而成，再以乙醇和氧化锆为球磨介质对Nb2O5和PbO混合物分别球磨24、48、72、96h，并分别在650、700、750℃煅烧2h。
结果表明，随着球磨时间的延长，晶粒尺寸由4．26μm(球磨24h)降低到1．05μm(球磨96h)。
球磨24h 的样品在650℃煅烧2h后便生成了PMN相，但仍含有PbO、MgNb2O6及
Pb2Nb207。
研究表明，在给定煅烧温度下，延长球磨时间，试样的PMN 钙钛矿相含量增多，杂质减少，最佳的球磨时间为72h。
随着球磨时
间增加，晶粒细化，比表面积增大，PMN相形成所需激活能减少。
用传统固态工艺很难获得单相PMN。
然而，采用机械合金化工艺很容易解决这个问题。
机械合金化为球磨体系提供了足够高的能量来直接触发反应，避免了通常在高温下才能形成的焦绿石相的形成。
因此，控制球磨中PMN相形成的机制和固态反应的不一样。
结束语：
机械合金化是合成各种铁电陶瓷材料的可靠方法。
通过机械合金化可以直接从氧化物前驱体中合成一些具有纳米级晶粒的铅基铁电
体粉末，其烧结温度降低了并具有好的介电、铁电、热电和压电性能。
另一方面，虽然采用机械合金化制备铁电陶瓷粉末的研究已取得了重要进展，但由于其过程的复杂性，有关相演变机理描述尚未成熟。
此外对于机械合金化过程中的相转变方式及其规律的研究还缺乏一定
的深度。
因此，未来该领域的研究重点将集中在以下几个方面：(1)系统的研究各种工艺参数对铁电相形成规律的影响；(2)不同工艺条件下合成的铁电陶瓷粉及烧结后的最终产品的显微结构对其电学性能的
影响；(3)深入研究机械合金化方法制备的铁电化合物相演变的有关机理和模型。