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。

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。