第四章电容器介质陶瓷反铁电体
04强介铁电陶瓷
180°夹角，即电畴的排列方式分为180度电畴（反平 行）和90度电畴。因而不加电场时，整个晶体总电 矩为零，此时为最稳定状态。 180 °电畴 §4-2介绍 90 °电畴
第四章 强介铁电陶瓷
§4-1 概述 §4-2 陶瓷的铁电性与铁电陶瓷 §4-3 强介铁电瓷的改性机理 §4-4 铁电陶瓷的老化与疲劳现象 §4-5 铁电陶瓷材料确定原则
§ 4-1 概述
重点掌握的几个概念： 自发极化 剩余极化 矫顽场 铁电体 电滞回线 电畴 2 陶瓷的铁电性与铁电陶瓷
(4) ρ与T的关系：
0ex p E/(kT )
△E: 激活能 K：玻耳兹曼常数 T： 绝对温度
0 ：某一温度下的电阻率
§4-2 陶瓷的铁电性与铁电陶瓷
T↑ △E ↓ ρ↓
居里点处激活能有明显变化
§4-3 强介铁电瓷的改性机理
§4-3-1 对BaTiO3电容器的要求 §4-3-2 铁电瓷改性原理
§ 4-1 概述
(2) 按力学性质分为： A、软铁电体（水溶性铁电体）——熔点和分解 温度低，在水溶液中生长，如KDP。 B、硬铁电体——熔点和分解温度高，机械强度 高。一般都是在高温熔体或熔盐中生长，以氧 八面体为基本单元，并且氧离子间隙中填有高 价阳离子如BaTiO3 ，KNbO3，NaNbO3。
(2) 介电常数ε与电场的关系
• （2）ε与交变电场强度的关系：
• E弱时， ε≈1500 • E↑，ε↑ • E＝5kV/cm， ε＝5000趋于 饱和 • E继续增大， ε下降
§4-2 陶瓷的铁电性与铁电陶瓷
电容器陶瓷PPT课件
瓷也归为此类。下面主要讨论的就是其中的电容器陶瓷。
31.10.2020
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目 ▪ ▪ ▪
▪
录
一，电介质陶瓷 1，电介质陶瓷一般特性 2，电介质陶瓷的分类
二，电容器陶瓷 1，电容器陶瓷简介 2，电容器陶瓷性能要求 3，电容器陶瓷的分类
三，各类电容器陶瓷 1，非铁电电容器陶瓷 （1）温度补偿型电容器陶瓷 （2）温度稳定型电容器陶瓷 2，铁电电容器陶瓷 3，反铁电电容器陶瓷 4，半导体电容器陶瓷 5，新型电容器陶瓷（独石电容器陶
▪
电介质陶瓷在静电场或交变电场中使用，评价其
特性的主要参数为：体积电阻率、介电常数和介电损耗
角。根据这些参数的不同，可把电介质陶瓷分为电绝缘
陶瓷，也称装置陶瓷（mounting ceramics）和电容器
陶瓷（capacitor ceramics） 。此外某些具有特殊性能
陶瓷，如压电陶瓷、铁电陶瓷及热释电陶瓷等电介质陶
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（2）极化（polarization）：电介质陶瓷在外 电场的作用下会造成电荷的移动，致使其中的正负 电荷中心不重合，这样在电介质陶瓷内部会形成偶 极矩，产生极化。极化的结果是在外电场垂直的电 介质陶瓷表面会出现感应电荷Q，这种感应电荷不 能自由移动，被称为束缚电荷。束缚电荷的面密度 即为极化强度P（intensity of polarization）。
瓷） 四，总结
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二，电容器陶瓷
▪ 1，电容器陶瓷简介
电容器是一种“通交流、隔直流”的电子元器件， 接在交流电源上时电容器连续地充电、放电，电路中就 会流过与交流电变化规律一致的充电电流和放电电流， 因而在电子电路中电容器常被用来产生电磁振荡、改变 波形、耦合、旁路，充当滤波器来存储和释放电荷，平 滑输出脉动信号等。此外利用电容器充电后储藏的电能 在放电时产生的强大电流和火花可以用来熔焊金属等。
电容器陶瓷-低频(铁电)
长，a，b轴略有缩短，c/a ≈1.01。该温度
范围沿c轴出现自发极化呈现铁电性。
钛酸钡晶胞与自发极化图
四方相BaTiO3
四方相十分重要，因为它存在的温度区 间（0～120℃）正是材料的使用温度。
铁 电 陶 瓷
立方相转变为四方相 时，a、b轴收缩，c轴 伸长，使c轴的O2－和 Ti4＋发生位移，产生 极化，形成偶极子。
基本概念1. 铁电体
介电晶体在某温度范围内可以自发极化（介电常数很
高），而且极化强度可以随外电场反向而反向。同铁磁体具有
磁滞回线一样，把具有电滞回线的晶体称为铁电体。 虽然叫铁电体，但这些晶体并不含有铁。 铁电性(ferroelectricity)是指在一定温度范围内具有
自发极化，在外电场作用下,自发极化能重新取向,而且电位移
铁电陶瓷的特性决定了它的用途:
• 利用其高介电常数，可以制作大容量的电容器、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，电容量可高达0.45µF/cm2。 • 利用其介电常数随外电场呈非线性变化的特性，可 以制作介质放大器和相移器等。 • 利用其热释电性，可以制作红外探测器等。 • 利用其压电性可制作各种压电器件。 • 此外，还有一种透明铁电陶瓷，其光学效应可用于 制造光阀、光调制器、激光防护镜和热电探测器等。
钛离子处于氧八面体中，
两个氧离子间的空隙为：4.01－2× 1.32= 1.37
钛离子的直径：2× 0.64= 1.28
结果分析：
氧八面体空腔体积大于钛离子体积，给钛离子位 移的余地。
较高温度时，热振动能比较大，钛离子难于在偏 离中心的某一个位臵上固定下来，接近六个氧离子的 几率相等，晶体保持高的对称性，自发极化为零。
4-2陶瓷的铁电性与铁电陶瓷教程
Ps=0
Ps （001)
（011) Ps
（111) Ps T< -90℃
三 角 三 晶 方 系
-90℃ <T<5 ℃
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§4-2 陶瓷的铁电性与铁电陶瓷
外加机械力的作用，将使BaTiO3的转变温度变化。 P
P
P
P
单晶 BaTiO3
Tc=TC0-5.71×10-8H
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§4-2 陶瓷的铁电性与铁电陶瓷
等静压的压缩力，有利于保留 小体积。体积膨胀型相变温度 升高，体积收缩型相变温度降 低。 120℃：四方→立方， V↓，Tc ↓ -90℃：三角→正交，V↑，T ↑ 0℃：正交→四方转变例外，V ↑T↓
BaTiO3单晶转变温度与等静压的关系
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§4-2 陶瓷的铁电性与铁电陶瓷
与单晶一样，压力增大， 居里温度降低
•利用铁电晶体的铁电效应实现数 据的存储：中心Ti4+的两个可能位 置保存“1”和“0”
•无电场作用下，可保持中心Ti4+ 位置不变，因此FRAM保存数据 不需要电压
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§4-2 陶瓷的铁电性与铁电陶瓷
(4) 电畴结构及其运动方式
A2 A3 B1
A1 A4
E＝0
B2 E≠0
四方BaTiO3中的180°与90°畴壁
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§4-2 陶瓷的铁电性与铁电陶瓷
氧八面体空隙越大，中心阳离子半径越小，电价越高， 晶体越容易产生自发极化。 但并不是所有含氧八面体的晶体都会出现自发极化。 氧八面体以共顶方式连接构成氧-高价阳离子直线（B-OB）是非常重要的条件。 如金红石晶体中没有 Ti-O-Ti离子直线，极化无法产生 连锁反应向前扩展而形成电畴，故不能产生自发极化。
电容器陶瓷-低频(铁电)资料
•目前得到广泛使用的铁电陶瓷材料，几乎都是以钙 钛矿结构为主的固溶体陶瓷。 •BaTiO3和以BaTiO3基固溶体为主晶相的陶瓷，是铁 电陶瓷的代表性陶瓷材料。
§2.4 低频高介电容器陶瓷-铁电陶瓷
• 被称为“强介”的陶瓷介质，ε可高达4000～8000，在滤 波，旁路，稳压，整流及交流断路器中广泛使用。这类瓷 料不仅要求ε值高，而且要求温度稳定性好，居里点在工 作温度范围内，且能方便地被调整。与高频(1型) 介电陶 瓷比较，其tanδ值较大，适用于低频频段(1KHz或以下)。
由于压电陶瓷在其相变点附近时各种性能是不 稳定的，作为压电体使用时，这种现象造成各压电 常数的不稳定。
加入百分之几摩尔ABO3型化合物形成固溶体，使 相变点向低温方向移动；同时造成居里温度点上升 和矫顽场增加，可得到稳定的压电体。
铁电体的自发极化在一定温度范围内呈现，当温度高于 某一临界温度Tc时，自发极化消失（P＝0），铁电晶体从铁 电相转变为非铁电相（又称顺电相），这一临界温度称为居 里温度（居里点）。
如果晶体有两个或两个以上自发极化相（铁电相），则 在不同温度下可能发生好几次相变，通常只把温度最高的相 变点称为居里点，其他相变点为转变点。
绝缘电阻ρv: 0 exp( E / kT) T↑→ρv↓
特别是工作在高温（≥85℃），高湿，长期在直流电场 下 （ 1000 小 时 ） ， Ti4 ＋ → Ti3+ ， 造 成 ρv↓↓ ， 故 要 求 室 温 ρv≥1012Ω.cm 抗电强度Eb：尽可能提高Eb。（因为铁电瓷抗电强度本 来低，分散性又大）。
四、BaTiO3陶瓷改性
（1）置换改性
当添加元素的电价与Ti4＋或Ba2＋相等，半径 与其相近时，离子能大量溶入BaTiO3中，形成置 换固溶体，这叫置换改性。常置换Ba2＋的有： Ca2+、Sr2+、Pb2+等；置换Ti4＋的有Zr4+、Sn4+等。
介质陶瓷PPT课件
类
电常数、温度系数值范 锆酸盐瓷和钛锶铋
设备的电路中
围宽，电性能稳定
瓷
介电常数比I类电介
用于对Q值及静
Ⅱ
质陶瓷高，介电系数随 铁电陶瓷(钛酸钡) 温度和电场变化呈非线
电容量稳定性要求 不高的电子仪器设
类
性，具有电滞回线，电
备中，作旁路和藕
致伸缩和压电效应等
合等电路中的电容
器．
以晶粒为半导体，利
小型、大容量的晶
4.半导体系(Ⅳ型)，
其各自的特征如下表所示：
类型
特
征
Ⅰ
温度补偿
Ⅱ
温度稳定
介电常数的温度系数在+10-4／℃到-4.7X 10-3／℃之 间随意获得；
具有高的Q值； 绝缘电阻高，适用于高频
介电常数的温度系数接近零； 具有高的Q值，适用于高频； 如果介电常数尽可能高些，在几GHz带宽内Q值很高， 则可用于制造微波滤波器，称微波电介质陶瓷
P
无外电场作用时，晶 体的正负电荷中心不
重合而呈现电偶极矩
的现象
Spontaneous polarization
依赖于外加电场
E
直线性关系
不依赖于外加电 场，且外加电场 能使极化反转
E
非线性关系
OA：电场弱，P与E呈线性关系
AB：P迅速增大，电畴反转
Pr
B point：极化饱和，单畴
Ⅲ
用陶瓷的表面及晶粒间 界层型，阻挡层型
广泛用于收录机
类
形成绝缘层作为介质， 单位面积的电容量很大
及还原再氧化型半 导体陶瓷电容器(钛
、电子计算机、汽 车等电子产品
酸钡基、钛酸锶基)
根据陶瓷电容器所采用陶瓷材料的 特点，电容器分为：
第四章 铁电陶瓷
第四章铁电陶瓷一、教学内容及要求掌握铁电体的基本概念，理解电滞回线的形成，理解BaTiO3的结构与自发极化特性以及其介电性能的特点，掌握电畴的基本概念，电畴的成核与生长过程，180°畴和90°畴的异同。
理解居里温区的相变扩张的机理，几种相变扩散的异同。
掌握展宽效应，移动效应，重叠效应的作用机制。
掌握铁电老化，铁电疲劳，去老化的概念。
二、基本内容概述4.1概述重点掌握的几个概念：自发极化、、剩余极化、、矫顽场、铁电体、电滞回线、电畴、铁电陶瓷1、感应式极化：离子晶体中最主要的极化形式是电子位移极化和离子位移极化，这两种极化都属于感应式极化，极化强度大小依赖于外施电场。
线性关系，E=0，P=0。
2、自发极化：铁电体所表现的自发极化，却是不依赖于外电场，并能随外电场反向而发生反转。
非线性关系，E=0，P≠0。
3、铁电体(ferroelectric)：具有自发极化，且自发极化方向能随外场改变的晶体。
它们最显著的特征，或者说宏观的表现就是具有电滞回线。
4、电滞回线(hysteresis curve)：铁电体在铁电态下极化对电场关系的典型回线。
5、电畴（domain）：在铁电体中，固有电偶极矩在一定的子区域内取向相同的这些区域就称为电畴或畴。
6、畴壁（domain wall）：畴的间界。
7、铁电相变：铁电相与顺电相之间的转变。
当温度超过某一值时，自发极化消失，铁电体变为顺电体。
8、居里温度（Curie temperature or Curie point）：铁电相变的温度。
9、铁电体的分类：1）按结晶化学；2）按力学性质；3）按相转变的微观机构；4）按极化轴多少。
10、铁电陶瓷：在一定温度范围内具有自发极化，且自发极化能为外电场所转向的陶瓷称为铁电陶瓷。
4.2陶瓷的铁电性与铁电陶瓷1、BaTiO3的结构与自发极化BaTiO3为钙钛矿结构，由Ba2+离子与O2-离子一起立方堆积，Ti4+处于氧八面体体心。
陶瓷介质电容
陶瓷介质电容陶瓷介质电容是一种常见的电子元件，具有许多优点和应用领域。
本文将从定义、特性、制造工艺和应用等方面详细介绍陶瓷介质电容的相关知识。
一、定义陶瓷介质电容是一种以陶瓷作为介质的电容器。
它的主要特点是体积小、重量轻、稳定性好、频率响应范围广等。
陶瓷介质电容根据其介质材料和结构形式的不同，可以分为多种类型，如片式电容、插件式电容、贴片式电容等。
二、特性1. 体积小：陶瓷介质电容相比其他介质电容器，体积更小巧，适合在空间有限的电路板上使用。
2. 重量轻：陶瓷介质电容的重量较轻，可以降低整个电路的重量，适用于便携式电子设备。
3. 稳定性好：陶瓷介质电容的电容值稳定性较高，能够在不同温度和频率下保持相对稳定的性能。
4. 高频响应好：陶瓷介质电容的响应频率范围广，适用于高频电路。
5. 绝缘性能优异：陶瓷介质电容的绝缘性能好，能够有效隔离电路中的信号，提高电路的稳定性和可靠性。
三、制造工艺陶瓷介质电容的制造工艺主要包括以下几个步骤：1. 选择陶瓷材料：根据电容器的要求，选择适合的陶瓷材料作为介质。
2. 制备陶瓷片：将陶瓷材料研磨成细粉，然后通过压制、干燥、烧结等工艺制备成陶瓷片。
3. 制作电极：在陶瓷片上制作电极，通常采用金属薄膜或导电胶浆进行涂覆和烧结。
4. 组装封装：将制作好的陶瓷片与电极通过焊接或粘接等方式组装封装成电容器。
四、应用领域陶瓷介质电容具有广泛的应用领域，常见的应用有：1. 通信设备：陶瓷介质电容可用于手机、电视、无线路由器等通信设备中，起到信号传输和滤波的作用。
2. 汽车电子：陶瓷介质电容可用于汽车电子设备中，如发动机控制单元(ECU)、制动系统、中央控制器等，提高汽车电子系统的性能和可靠性。
3. 工业控制：陶瓷介质电容可用于工业控制设备中，如机器人、PLC等，用于信号处理和电路保护。
4. 电源管理：陶瓷介质电容可用于电源管理电路中，如DC-DC变换器、稳压器等，提高电源的稳定性和效率。
电子陶瓷第四章第五讲
0( B 0)
导纳性质为感性，电路为电感性电路。
三、阻抗与导纳的等效互换
由单口无源网络的阻抗Z和导纳Y的定义可 知，对于同一单口无源网络Z与Y互为倒数，即
1 Z Y
或
1 Y Z
1、极坐标形式Z、Y之间的等效互换 1 Z 1 Y 即： 若 Z Z 则 Z Y
εs 、ε∞分别为材料极低频和极高频介电常数 的实部，τ代表偶极子弛豫时间，它与偶极 子的惰性及基体的粘滞性有关。
第四章 电子陶瓷基本性质
Debye曾经提出一个模型，对于永久偶极矩 为μ的点偶极子，如果分布均匀，其复数介 电常数可写为：
s ( ) 1 i
上式称为Debye方程，遵从该方程的效应称 为Debye弛豫。
上式：
I Y U
称为导纳角，它是电流和电压的相位差。
i u
Y G jB （直角坐标形式） 实部G：电导分量 （ 正值） 虚部B：电纳分量 （可正可负）
YU GU jBU I I I （G jB)U G B
+
U
Z1 U1 U Z1 Z 2
Z2 U2 U Z1 Z 2
2、单口无源网络中各阻抗为并联时，等效 阻抗为： n个电阻并联： Z1 Z2 Zn
1 n 1 Z k 1 Z k
Z
或Y
Yk
k 1
n
Z1 Z 2 两个阻抗并联时，等效阻抗为： Z Z1 Z 2
+ R _U +
X U _
电压三角形
相量图 ( X 0)
串联等效电路
4、由于电路结构、参数或电源频率的不同阻抗 角 可能会出现以下三种情况：
2.3 高频反铁电
TiO2 [Ti
x Ti x o
1400 C
4 1 2 x
Ti ]O V O2
x 2 o
3 2x
2 x 2 x O
V 1 O2 ( g ) 2Ti O 2TiTi 2
c、高价（5价）杂质
Ti4+ 、Nb5+ 、Ta5+ 、Sb5+ 半径相近，5价离子取 代Ti4+→形成置换固溶体→多余一个价电子→
c) 温度对电子式极化影响不大。温度升高时介质略有膨胀， 单位体积内的分子数减少，引起介电系数下降.即有不大的负 温度系数。
-
+
E=0
-
+
E→
4 0 (r r ) a n 1
3
离子位移极化
n为电子层斥力指数，离子晶体n为7～11。
（a）形成极化所需时间极短，约为10-13s，故在 一般的频率范围内，可以认为与频率无关； (b) 属弹性极化，几乎没有能量损耗。 (c) 离子位移极化的影响，存在两个相反的因 素：温度升高时离子间的结合力降低，使极化 程度增加，但离子的密度随温度升高而减小， 使极化程度降低。通常，前一种因素影响较大， 故εr一般具有正的温度系数，即温度升高，而 出现极化程度增强趋势的特征。 N Ei r 1 0 E
3 含CO气氛中： TiO2 xCO [Ti142 xTi2 ]O22 xVOx xCO x
或： O 2Ti CO（g） 2TiTi V CO（g） 2
x o x Ti O
b、高温热分解
烧成温度过高，尤其在超过1400℃时， TiO2脱氧严重，即产生高温分解。
§ 3-3 高频电容器瓷的主要种类及原料
第四章 介电陶瓷 - 薄膜材料与技术实验室
电子陶瓷第四章介电陶瓷1第四章介电陶瓷一高介电容器瓷二强介铁电陶瓷三独石电容器瓷2二强介铁电陶瓷1铁电陶瓷发展历程2铁电陶瓷特征3 强介铁电陶瓷改性3二强介铁电陶瓷1 铁电陶瓷发展历程：铁电体与铁磁体在许多性质上具有相似性（如铁磁体具有磁滞回线；铁电体具有电滞回线），“铁电体”之名即由此而来，其实它的性质与“铁”毫无关系。
在欧洲（如法国、德国）常称“铁电体”为“薛格涅特电性”（Seignett-electricity）或“罗息尔电性”（Rochell-electricity）。
因为历史上铁电现象是首先于1920年在罗H4O6⋅4H2O）中发现的，而息盐（酒石酸钾钠，NaKC4罗息盐是在1665年被法国药剂师薛格涅特在罗息这个地方第一次制备出来。
4二强介铁电陶瓷2 铁电陶瓷特征：¾铁电陶瓷概念是指具有自发极化，且自发极化方向为外电场所转向的一类陶瓷。
介电常数一般高达103~104，故又称为强介铁电陶瓷，适于制作小体积、大容量的低频电容器。
¾铁电陶瓷应用•高介电常数⇒大容量电容器•极化反转⇒铁电薄膜存储器•电光效应⇒电光器件•压电效应⇒压电器件（第五章压电陶瓷讲述）•PTC 效应⇒PTC热敏电阻•热释电效应⇒热释电传感器／探测器6钛酸钡结构相变8非对称性钛酸钡晶体的晶胞参数与温度的关系9畴壁铁电体中电畴结构12二强介铁电陶瓷2 铁电陶瓷特征：¾电畴铁电体中的高介电常数值是自发极化所产生的。
在BaTiO 3钙钛矿晶体顶角相连的三维[TiO 6]八面体族中，由于八面体内离子的位移形成电偶极子，通过其间的彼此传递、耦合乃至相互制约，最后形成了自发极化方向一致的若干小区域——电畴。
BaTiO 3BaTiO 3中的电畴（实验观测）Ti O Ba[TiO 6]八面体族钙钛矿13二强介铁电陶瓷2 铁电陶瓷特征：¾电滞回线电滞回线是铁电体的极化强度Ｐ随外加电场强度Ｅ的变化轨迹。
第四章电容器介质陶瓷反铁电体
反铁电介质陶瓷以PbZrO3或以 PbZrO3为基的固溶体为主晶相
一 反铁电体的晶体结构
线性介质的微观结构特征是没有自发极化； 铁电介质微观结构特征是具有很强的自发极化。
C1
B1
A1
反铁电体宏观特征：具有双电滞回线
低压时:P与E呈线性关系 高压时: P与E呈明显的非线性关系
线——强迫相变
2 反铁电介质陶瓷用途
（1）优良的储能材料，利用反铁电相-铁 电相的相变可作储能电容器应用；
（2） 以PbZrO3 为基的反铁电材料相变 场强较高，一般为40-100KV/cm可用于 制作高压陶瓷电容器 ；
（3） 反铁电相-铁电相的相变形变， 可作电-机换能器，不需要共振频率。
三 反铁电陶瓷的组成、性质和生产工艺
反铁电体微观结构特征：
居里温度以上为立方相 居里温度以下为反铁电相 PbZrO3Tc=230℃
反铁电体是这样一些晶体，晶体结构与同型铁
电体相近，但相邻离子沿反平行方向产生自发极
化 单位晶胞中总的自发极化为零
居里温度以上为立方相
（001）面投影 居里温度以下 转为反铁电相
反铁电体晶格特征：
1 离子有自发极化，以偶极子的形式存在； 2 偶极子成对的反平行排列，且两部分偶极
电滞回线斜率为介
电系数
反铁电体介电系数和电容量随电场强度
的变化规律：
E<E临:定值 E临<E<E饱和:先
逐渐增大Байду номын сангаас再逐 渐减低
E饱和<E:定值
反铁电体与铁电体的主要不同：
当外电场降至零时，反铁电体没有剩余极化， 而铁电体则有剩余极化。
反铁电介质陶瓷矩鞍环
反铁电介质陶瓷矩鞍环PbZr03晶体的温度低于230℃时为反铁电相，高于230℃时为立方钙铁矿结构。
反铁电体有四方对称结构和斜方对称结构，纯的PbZr03晶体在低子居里温度几个摄氏度的范围结构为四方结构反铁电相，低于该温度至室温的很宽温区属于斜方反铁电相。
该斜方反铁电相的。
轴和6轴沿着[110]方向取向，晶格常数为a＝0.588nm。
反铁电陶瓷矩鞍环的特征之一是具有双电滞回线，如图4—25所示。
该曲线显示了反铁电陶瓷的介电常数随电场强度变化的规律。
图中极化强度达到饱和时所对应的电场强度称为饱和场强E饱。
反铁电陶瓷矩鞍环介质材料是以PbZr03或PbZrO3为基的固溶体为主晶相组成的。
研究表明含La 的PbZrO3反铁电陶瓷具有较宽的四方反铁电相稳定区域。
反铁电陶瓷电容器的主要生产工艺为：配料→预合成→粉碎→成型→烧成→烧渗电极→焊接引线→包封→性能检测→产品包装等。
工艺中需要注意的是防止PbO的挥发，通常采取主晶相的预合成容器必须提前进行吸铅处理、加盖密封和低温合成，配料中加入适当过量的PbO等。
反铁电介质瓷是由反铁电体PbZrO3或以PbZrO3为基的固溶体(包括PLZT)组成。
反铁电体与铁电体不同之处在于：蜂窝陶瓷载体当外加作用电场强度降至零时，反铁电体没有剩余极化，而铁电体则有剩余极化Pr。
当作用于反铁电体的电场强度由弱逐渐增强，由线性特征转变为非线性时，反铁电体即相变为铁电体。
而当电场强度降低，由非曲线性特征转变为线性时，铁电体又相变为反铁电体。
所以当材料由反铁电体相变为铁电体时，材料的极化强度迅速增大，材料中几乎所有反铁电体都相变为铁电体时，极化强度趋于饱和Pmax，Pmax为相应于饱和场强Emax时的极化强度。
除了电场能强迫反铁电态与铁电态进行相变外，温度与压力也能使反铁电态与铁电态之间互相转变。
反铁电陶瓷矩鞍环具有的特性，使其成为比较优良的储能介质材料。
可用反铁电陶瓷制造储能电容器，该电容器具有储能密度高和储能释放充分地突出特点。
铁电磁体第四章(BiLa)FeO3(BiNd)FeO3
第四章 Bi1－x A x FeO3 (A= La, Nd; 0≤x<0.3)系列陶瓷通过对BiFeO3掺杂La，在~0.01≤x≤~0.2的范围内Bi1La x FeO3增强了电极化－x(P s>15µC/cm2)，在x≥~0.1时候，螺旋磁结构的反铁磁已经被破坏；因此，在~0.1≤x≤~0.2区域，同时具有较大的电极化和空间均匀的反铁磁，较大的磁电耦合效应可能出现。
在~0.2≤x≤~0.25区域，Bi1－x La x FeO3的P s忽然降到小于6µC/cm2，这说明此区域可能存在一个二级相变。
此外，我们发现Bi1Nd x FeO3和Bi1－x La x FeO3的性质类似。
－x§4.1 引言Ps明显增大的区域饱和极化 Ps反铁磁结构空间不均匀的反铁磁空间均匀的反铁磁La、Nd和Sm等A位掺杂元素的百分比较大的磁电耦合效应可能出现的局域图4-1 通过掺杂 La、Nd和Sm，可以增强电极化和破坏螺旋磁结构的反铁磁，存在一个区域，电极化被增大同时反铁磁空间均匀，这就是较大的磁电耦合效应可能存在的区域。
在典型的铁电存储材料中，Bi3.25La0.75Ti4O12、Bi3.15Nd0.85Ti4O12是最著名的两种，它们是通过掺杂抗疲劳性能不佳的Bi4Ti4O12后得到的。
研究人员受到前者的鼓舞，希望通过对BiFeO3掺杂La、Nd、Sm等获得优越的磁电性能[1-3]。
La3+、Nd3+和Sm3+三种离子103与Bi3+离子相近，容易掺入BiFeO3的晶格并在A位取代Bi3+，从而引起晶格常数的变化，是BiFeO3的A位掺杂材料中的最佳选择之一。
但是，当前最根本和最需要解决的问题不是选择哪一种掺杂材料，而是制备出高绝缘性，能够测到饱和P-V回线的材料。
因此，A x FeO3 (A=La, Nd; 0≤x<0.3)我们研究工作的重点在于制备条件。
我们成功制备了Bi1－x系列陶瓷，它们在室温至140o C的电阻率都能达到~109Ω⋅cm，击穿电场大于150kV/cm。
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三 反铁电陶瓷的组成、性质和生产工艺
•反铁电陶瓷由PbZrO3或以PbZrO3为基 的固溶体为主晶相而组成。
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反铁电体锆酸铅临界电场与温度的关系
KV
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• 目前反铁电储能陶瓷材料的组成是以
Pb（Zr，Ti，Sn）O3固溶体为基础的， 用La3+替代部分Pb2+，以及用Nb5+替代部 分（Zr，Ti，Sn）2+，获得两个系列的材 料，供实际应用。
• 1 离子有自发极化，以偶极子的形式存在； • 2 偶极子成对的反平行排列，且两部分偶极
子大小相等，方向相反（P1=-P2），单位晶 胞中总的自发极化为零。
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二 反铁电介质陶瓷的特性和用途
反铁电体的宏观 特征：具有双电 滞回线
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• 1 反铁电介质陶瓷特征：具有双电滞回线
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2 反铁电介质陶瓷用途
（1）优良的储能材料，利用反铁电相-铁 电相的相变可作储能电容器应用；
（2） 以PbZrO3 为基的反铁电材料相变场 强较高，一般为40-100KV/cm可用于制作 高压陶瓷电容器 ；
（3） 反铁电相-铁电相的相变形变，可 作电-机换能器，不需要共振频率。
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居里温度以上为立方相 居里温度以下为反铁电相 PbZrO3Tc=230℃
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•反铁电体是这样一些晶体，晶体结构与同型铁电 体相近，但相邻离子沿反平行方向产生自发极化
•单位晶胞中总的自发极化为零
居里温度以上为立方相
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（001）面投影 居里温度以下
转为反铁电相
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反铁电体晶格特征：
•E饱和<E:定值
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反铁电体与铁电体的主要不同：
当外电场降至零时，反铁电体没有剩余极化， 而铁电体则有剩余极化。
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反铁电体与铁电体
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• 注意：除外电场外，温度、压力也能诱导 反铁电相向铁电相转变，呈现双电滞回线
——强迫相变
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• E<E临:P与E呈线性关系
•E临<E< E饱和:电滞回线
E饱和 E临
E> E临反铁电相被迫转 变为铁电相—强迫相变
•E> E饱和:线性
•电滞回线斜率为介 电系数
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• 反铁电体介电系数和电容量随电场强度 的变化规律：
• E<E临:定值 •E临<E<E饱和:先 逐渐增大，再逐 渐减低
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一 反铁电体的晶体结构
• 线性介质的微观结构特征是没有自发极化； • 铁电介质微观结构特征是具有很强的自发极化 。
C1
B1
A1
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• 反铁电体宏观特征：具有双电滞回线
• 低压时:P与E呈线性关系
•高压时: P与E呈明显的非线性关系
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• 反铁电体微观结构特征：