压电陶瓷性能及PZT制备工艺
6.3压电陶瓷教程
本章主要内容： 1 相关概念 （1）极化；（2）压电效应；（3）压电陶瓷。 2 压电陶瓷的性能参数 （1）弹性常数；（2）机械品质因素； （3）压电性、压电常数与压电方程；（4）机电耦
合系数。 3 压电陶瓷的生产工艺（以PZT陶瓷为例） 4 压电陶瓷的应用 5 压电超声换能器的应用与发展
（3）压电陶瓷：经过人工极化处理具有压电效应的陶 瓷制品。
人工极化：是指在压电陶瓷上施加直流强电场进行极 化，使陶瓷的各个晶粒内的自发极化方向将平均地取 向于电场方向，使之具有近似于单晶的极性，并呈现 出明显的压电效应。
2 压电陶瓷的性能参数
（1）弹性常数(elastic coefficient)
❖ 烧结过程中PbO的挥发对产品质量影响很大。由于 PbO挥发，破坏了配方的化学组成，工艺上为了防止 PbO挥发，通常采用密封法、埋入法、加气氛片法等 措施加以解决。
（5）上电极
烧成的陶瓷经精修、清洁后，就可以被覆上电极。 一般来说是将含银涂料（银浆）涂于制品表面， 并在600~800℃下烧结，使银浆中的氧化银还原为 银，并烧渗到陶瓷表面，形成牢固结合层。对于 薄片，可以通过溅射或蒸发镀上一层镍铬或金作 为电极。被上电极的产品便可进行人工极化处理。
信号转换 振荡器，音叉，送话器，蜂鸣器，超声换能器
发射接收 超声探测，声纳，水下导航，无损检测，医疗
信号处理 滤波器，放大器，振荡器，混频器
Байду номын сангаас
传感计测 加速度计，压力计，角速度计，红外探测器
存贮显示 电光、声光调制器，光存贮器，声光显示器
其 它 非线性元件，压电继电器等
压电陶瓷应用（一）
压电陶瓷应用（二）
（2）机械品质因素(mechanical quality factor) 它表示在振动转换时，材料内部能量消耗的程度。机械 品质因素越大，能量的损耗越小。
pzt压电陶瓷泡沫
pzt压电陶瓷泡沫压电陶瓷泡沫是一种新兴的多功能材料，其具有压电和吸声性能，可广泛应用于声学、能量收集与转换、传感器等领域。
本文将从压电陶瓷泡沫的制备方法、性能及应用展开讨论。
一、制备方法：压电陶瓷泡沫的制备方法多种多样，下面介绍几种常见的方法：1. 模板法：将陶瓷颗粒与模板混合后进行成型和烧结得到泡沫状压电陶瓷。
2. 多组份发泡法：利用多种原料进行反应，产生气体从而形成泡沫状压电陶瓷。
3. 水煅法：将陶瓷粉末与添加剂混合，经过水煅处理后得到泡沫状压电陶瓷。
4. 泡沫法：将含有陶瓷粉末和发泡剂的溶胶涂布在基体上，经干燥后得到泡沫状压电陶瓷。
二、性能：压电陶瓷泡沫具有以下主要性能：1. 压电性能：压电陶瓷泡沫具有较高的压电响应和灵敏度，可以将机械能转化为电能。
2. 吸声性能：压电陶瓷泡沫中的气孔结构可以有效吸收声波，降低噪声。
3. 绝缘性能：压电陶瓷泡沫具有良好的绝缘性能，具有较高的绝缘阻抗。
4. 热稳定性：压电陶瓷泡沫具有较好的耐高温性能，可以在高温环境中使用。
三、应用：压电陶瓷泡沫在以下领域具有广泛的应用前景：1. 声学领域：压电陶瓷泡沫可用作声波传感器、声吸收材料等。
2. 能源收集与转换：压电陶瓷泡沫可应用于能量收集和转换领域，将机械能转化为电能。
3. 传感器：利用压电陶瓷泡沫的压电性能，可以制备压力传感器、加速度传感器等。
4. 智能结构：压电陶瓷泡沫可用于制备智能结构，如智能阻尼器、智能隔振器等。
综上所述，压电陶瓷泡沫是一种多功能材料，具有压电和吸声性能，能在声学、能量收集与转换、传感器等领域发挥重要作用。
通过不同的制备方法，可以得到具有不同性能的压电陶瓷泡沫，拓宽了其应用范围。
未来，随着对压电陶瓷泡沫性能的深入研究，其应用领域将会进一步拓展。
PZN_PZT压电陶瓷及其PVDF压电复合材料的制备和性能
文章编号:100023851(2002)0320070205收稿日期:2001210217;收修改稿日期:2001211223基金项目:国家自然科学基金资助项目(50072001)作者介绍:李小兵(1974),男,博士,主要从事压电复合材料方面的研究。
田 莳(1938),男,教授,主要从事压电复合材料研究。
PZN -PZT 压电陶瓷及其PV D F 压电复合材料的制备和性能李小兵,田 莳,李宏波(北京航空航天大学材料科学与工程学院,北京100083)摘 要: 采用固相烧结法合成了PZ N 2PZT (铌锌锆钛酸铅)三元系压电陶瓷烧结块材和粉末,并采用XRD 、SE M 等测试方法对其结构和性能进行了分析。
PZ N 2PZT 常压烧结陶瓷具有优良的压电性能,PZ N 2PZT 颗粒粒径在0.5～4Λm 之间,颗粒形态不太规整。
采用溶液共混法将PZ N 2PZT 粒子均匀分散于PVD F 基体中,制备了PZ N 2PZT PVD F 023型压电复合材料。
研究了PZ N 2PZT 质量分数、极化电场等因素对该压电复合材料压电和介电性能的影响。
实验结果表明,选用压电活性更高的压电陶瓷粉末进行复合,可有效提高压电复合材料的压电性能。
增加PZ N 2PZT 质量分数、提高极化电压均有利于复合材料压电性能的提高。
关键词: PZ N 2PZT ;固相烧结法;压电复合材料;溶液共混法中图分类号: TB 39 文献标识码:APREPARATI ON AND PR OPERTI ES OF PZN -PZT P I EZ OE L ECTR I C CERA M I CSAND PZN -PZT PV D F P I EZ OE L ECTR I C COM POSI TESL I X iao 2bing ,T I A N Sh i ,L I Hong 2bo(School of M aterials Science and Engineering ,Beijing U niversity of A eronautics and A stronautics ,Beijing 100083,Ch ina )Abstract : T ernary syste m p iezoelectric cera m ic m aterials PZ N 2PZT [Pb 0.955L a 0.03(Zn 13N b 2 3)0.3Zr 0.37T i 0.33O 3]and their pow dersw ere fabricated using s olid state sintered technol ogy .T heir structure and p roperties w ere studied by XRD and SE M .PZ N 2PZT cera m ics synthesized by the traditi onal sin 2tered m ethod contain w ell p iezoelectric p roperties.T he dia m eters of PZ N 2PZT pow ders are betw een 0.5～4Λm ,and the shape is irregular .PZ N 2PZT particles w ere incorporated into PVD F polym er m a 2trix homogeneously th rough s oluti on blended p rocess to fo r m PZ N 2PZT PVD F 023composite th in fil m s.T he effects of the cera m ic m ass fracti on and po ling electric field on the p iezoelectric and dielec 2tric p roperties of the p iezoelectric composites w ere studied .T he results show that the p iezoelectric p roperties of the composites could be i m p roved effectively th rough choosing the cera m ics containing better p iezoelectric p roperties as the filler .T he sa m e effects can be m ade w ith the increasing of PZ N 2PZT m ass fracti on and poling field .Key words : PZ N 2PZT ;s o lid state sin tered technol ogy ;p iezoelectric composites ;s oluti on blended p rocess 将具有强压电效应的压电陶瓷与柔性良好的压电聚合物按一定的连通方式、一定的体积或质量比例、一定的空间几何分布进行复合,可以使两种材料优势互补,获得既具有较强压电性又具有良好韧性的综合性能优异的压电复合材料。
压电陶瓷的生产工艺
压电陶瓷的生产工艺压电陶瓷的生产工艺大致与普通陶瓷的生产工艺相似，但压电陶瓷的生产工艺有自己的特点，所以，在此以PZT即Pb（Zr,Ti）03系陶瓮为主，介绍压电陶瓷的必要工序及制作方法。
压电陶瓷的主要工艺流程：配料——球磨——过滤、干燥——预烧——二次球磨——过滤、干燥——过筛——成型——排塑——烧结——精修——上电极——烧银——极化——测试。
Ol原料处理首先，根据化学反应式配料。
所用的原料大多为金属氧化物，少数也可用碳酸盐（预烧时便分解为氧化物）。
为使生成压电陶瓷的化学反应顺利进行，要求原料细度一不超过2μm（平均直径）。
提高原料纯度，有利于提高产品质量，但这个问题不是绝对的，使用纯度较低廉的原料,选择适当的工艺条件，同样可以生产出性能优良的产品。
通常使用转动球磨机或振动球磨机进行原料混合及粉碎。
另外，在生产中往往还使用气流粉碎法，用高压气流的强力破碎作用，使粉料形成雾状，由于不用球石，可以避免杂质混入，而且效率提高。
预烧中的反应过程：预烧过程一般须经过四个阶段：线性膨胀(室温〜400℃),固相反应(400~750o C),收缩(750~850。
C)和晶粒生长(800~900°C以上)o02成型和排塑原料经预烧后，就合成了固溶体化合物。
再经一次粉碎，便可成型。
成型可根据不同的要求采用轧膜、压型或等静压等方式。
成型之前需加入粘合剂。
对轧膜的情况，粘合剂一般是粉料质量的15%~20%,对压型的情况只需加5%左右。
过多的粘合剂会使制品的致密度降低。
成型后生坯中的粘合剂、水分等必须加温排去，称为排塑或排胶。
03烧结排塑后的生坯重新装炉烧结。
影响烧结的因素很多，首先是配方的化学组成，当配方组成中有足够的活动离子时，烧结容易进行。
例如，PZT中错离子活动性差，所以PZT中错含量增加，烧结温度升高，烧结困难。
添加物对改善压电陶瓷性能和压电陶瓷的烧结起很大作用。
"软性〃添加物的共同特点是可以使陶瓷性能往〃软”的方面变化，也就是提高弹性柔顺系数，降低机械品质因子Qm值，提高介电常数，增大介电损耗。
PZT陶瓷制备
PZT陶瓷制备一、PZT陶瓷制备的工艺流程压电陶瓷生产的工艺流程（以传统固相烧结为例）为：配料→球磨→过滤、干燥→预烧→二次球磨→过滤、干燥→过筛→成型→排塑→烧结→精修→上电极→烧银→极化→测试。
1、原料处理首先，根据化学反应式配料。
所用的原料大多数是金属氧化物，少数也可以是碳酸盐（预烧时可分解为氧化物）。
为使生成压电陶瓷的化学反应顺利进行，要求原料细度一般不超过2μm（平均直径）。
提高原料纯度有利于提高产品质量。
通常使用转动球磨机或震动球磨机进行原料混合及粉碎。
另外，在生产中往往还使用气流粉碎法，用高压气流的强力破碎作用，使粉料形成雾状，由于不用球石，可以避免杂质混入，且效率高。
2、预烧中的反应过程预烧过程一般需要经过四个阶段：线性膨胀（室温—400℃）固相反应（400—750℃）收缩（750—850℃）晶粒生长（800-900℃以上）在固相反应过程中，反应可分为四个区域，如图1[1]所示，分别对应于如下的化学过程：区域Ⅰ：未反应；区域Ⅱ：Pb+TiO2→PbTiO3；区域Ⅲ：PbTiO3+PbO+ZrO2→Pb(Zr1-x Ti x)O3；区域Ⅳ：Pb(Zr1-x Ti x)O3系统的反应区域+PbTiO3→Pb(Zr1-x’Ti x’)O3(x＜x’)。
图1 2PbO-TiO2-ZrO2系统的反应区域●—X射线测得点；○化学分析测得点，旁边数字代表已反应的PbO的百分数，烧结时间为零指刚到炉温的时刻；P—正交PbO；Z—单斜ZrO2；T—四方TiO2；PT—四方PbTiO3；PZT—Pb(Zr1-x Ti x)O3固定保温时间2h，改变预烧温度，随着温度的升高，在540℃左右，进入区域Ⅱ，形成PbTiO3；在650℃左右，进入区域Ⅲ，TiO2消失，Pb（Zr,Ti）O3形成；在710℃左右，进入区域Ⅳ，PbO和ZrO2消失；到1200℃时，PbTiO3消失，成为单相的Pb（Zr，Ti）O3。
压电陶瓷的制备工艺
压电陶瓷的制备工艺压电陶瓷是一种具有压电效应的陶瓷材料，具有较高的压电效能和稳定的性能，在压电设备和传感器等领域有广泛应用。
下面将详细介绍压电陶瓷的制备工艺。
压电陶瓷制备工艺主要包括粉体制备、成型、烧结和后处理等步骤。
不同的压电陶瓷材料具有不同的制备工艺，下面将以铅锆钛酸钡（PZT）陶瓷为例进行介绍。
粉体制备是制备压电陶瓷的第一步，其目的是制备出具有良好压电性能的粉体。
一般来说，将过程原料中的铁氧体、碳酸钡、氧化钛和氧化铅等按一定比例混合，然后进行球磨或者其他研磨方法，使其成为微米级的均匀混合物。
成型是将粉体按照设计要求的形状和尺寸进行成型的过程。
常见的成型方法有压制和注射成型两种。
压制方法一般采用球形粉末和模具来制备成型，通过施加足够的压力使其形成所需形状。
注射成型是将粉料和有机胶进行混合，然后将该混合物注入到模具中，并通过脱模焙烧使其成型。
烧结是将成型后的陶瓷坯体加热到一定温度下，使其形成致密的陶瓷体的过程。
具体的烧结温度和时间需要根据不同的陶瓷材料来确定。
在烧结过程中，陶瓷体会发生晶粒长大和析出等变化，从而使其压电性能得到增强。
烧结后的陶瓷体需要进行后处理，主要是为了获得更好的性能。
常见的后处理方法包括水热处理、陶瓷体极化和金属电极附着等。
水热处理是将烧结后的陶瓷体放置在水中进行一定时间的处理，可以进一步提高其致密性和机械性能。
陶瓷体极化是将陶瓷体置于磁场中进行极化处理，通过改变材料的电极化方向来改善其压电性能。
金属电极附着是在陶瓷体上涂覆金属电极，以增加电极附近的压电效应。
除了以上步骤，压电陶瓷的制备还需要控制制备条件、优化配方和选择合适的烧结工艺等。
这些因素都会影响到压电陶瓷的性能和制备效果。
总结起来，压电陶瓷的制备工艺主要包括粉体制备、成型、烧结和后处理等步骤。
在制备过程中需要考虑到原材料的选择和比例、成型和烧结参数的控制以及后处理的优化等因素。
通过合理的制备工艺，可以获得具有良好压电性能和稳定性能的压电陶瓷材料。
压电陶瓷的生产工艺
压电陶瓷的生产工艺压电陶瓷是一种以铅锆酸钛（PZT）为主要成分的陶瓷材料，具有压电效应、热电效应和相应的机械、光学效应等多种特性。
压电陶瓷广泛应用于传感器、换能器、机电一体化、微机械系统、高压电子器件、光学器件等领域。
下面将分别介绍压电陶瓷的生产工艺。
1. 压制压制是压电陶瓷生产的第一步。
将制备好的陶瓷粉末与有机粘结剂混合，通过压力将其压制成绿体（未经烧结的陶瓷坯体）。
压制的方法有手压和机械压制两种。
（1）手压：将混合好的陶瓷粉末捏制成坯体，放在压模中，使用手动压制机将陶瓷粉末压制成绿体。
（2）机械压制：将混合好的陶瓷粉末填充在压模中，使用机械压制机进行压制，制成规整的绿体。
2. 烧结绿体需要烧结成精密的陶瓷陶器。
陶瓷部件在烧结时，需要控制温度、时间、气氛及烧结过程中的形变收缩等因素。
（1）烧结温度：绿体的烧结温度通常高于纯物质的熔点，同时也要考虑到不超过材料的化学变化温度。
对於不同种类压电陶瓷材料，其烧结温度也不相同。
（2）烧结时间：烧结时间与温度、材料和形态有关。
时间相对较长可以获得优异的性能，但会消耗较多的能量和时间。
（3）烧结气氛：烧结气氛有空气、氮气、氢气、氧化物及还原性气氛等不同气氛。
3. 切割加工切割是生产压电陶瓷过程中必不可少的工艺之一。
常见的切割方式有钻孔、铣削和线切割。
（1）钻孔：压电陶瓷良好的穿透性使其成为电性元件的理想选择。
通过钻孔可为电容器提供双极电导和电阻刻度。
（2）铣削：通过CNC磨床、CNC雕铣机等设备，使切割好的陶瓷达到所需的尺寸和形状。
（3）线切割：线切割一般适应于压电陶瓷制品较小的情况，使用锥形砂轮配合尺寸精度高的线切割机。
4. 清洁在生产过程中，压电陶瓷会受到氧化、粉末结块和油污等因素的影响，因此对于生产各个环节的工具、设备和瓷件本身都需要进行清洗处理。
（1）氧化：压电陶瓷易受氧化影响，在生产过程中需采取措施保持瓷件清洁。
（2）粉末结块：陶瓷粉末在储存、运输过程中易生成结块，需要采取防潮、除湿等措施。
叠堆压电陶瓷
叠堆压电陶瓷叠堆压电陶瓷是一种重要的功能材料，具有广泛的应用前景。
它以其独特的压电效应，被广泛应用于传感器、电器设备和医疗领域等。
在本文中，将介绍叠堆压电陶瓷的基本原理、制备方法和应用领域，并探讨其未来的发展潜力。
叠堆压电陶瓷是一种由铅酸锆钛（PZT）等压电材料制成的薄片，每个薄片都可以发生压电效应。
叠堆压电陶瓷的主要原理是由于材料内部存在的极化电荷和压力的相互作用。
当叠堆陶瓷收到外部压力时，其中的压电材料会发生变形，导致内部的极化电荷重新排列，从而产生电荷积累和电场变化，最终产生压电效应。
这种效应可以用于传感器的敏感元件，通过测量电荷和电场的变化来确定外界的压力、温度或应变等。
制备叠堆压电陶瓷的方法有几种。
最常用的方法是通过固相反应制备PZT陶瓷粉末，然后将其压制成薄片。
制备PZT粉末的方法包括湿法、干法和溶胶凝胶法等。
湿法方法将金属盐溶解在溶剂中，然后加入反应剂使其发生反应。
干法方法则是在高温下将金属氧化物混合，在氧化还原反应中生成PZT粉末。
溶胶凝胶法则是将金属酸盐与溶剂混合，制备胶体溶胶，然后通过干燥和烧结制备PZT陶瓷。
叠堆压电陶瓷具有许多广泛的应用领域。
其中最重要的是传感器领域，例如压力传感器、力传感器、加速度传感器和温度传感器等。
这些传感器使用叠堆压电陶瓷的压电效应来测量压力、力量、加速度和温度的变化，广泛应用于工业控制、航空航天和医疗仪器等领域。
此外，叠堆压电陶瓷还可以用于电子设备中的驱动器和振荡器，以及声学设备中的扬声器和麦克风等。
叠堆压电陶瓷还有许多其他的应用领域。
例如，它可以用于制作节能玻璃，通过电荷积累和电场变化控制玻璃的透明度，实现自动调节室内光照的功能。
此外，叠堆压电陶瓷还可以用于医疗领域，例如制作超声波传感器和声波手术刀等。
通过利用其压电效应，可以实现对病人的无创检测和治疗。
随着科技的进步，叠堆压电陶瓷的发展潜力仍然巨大。
首先，制备方法的改进将有助于提高陶瓷的性能和稳定性。
pzt压电陶瓷晶体结构
pzt压电陶瓷晶体结构
摘要：
1.PZT压电陶瓷简介
2.PZT压电陶瓷的晶体结构
3.PZT压电陶瓷的性能与应用
4.我国在PZT压电陶瓷领域的研究进展
正文：
一、PZT压电陶瓷简介
PZT（lead zirconate titanate，铅锌钛酸盐）压电陶瓷是一种具有优良压电性能的陶瓷材料。
在自然界中，PZT矿物稀少，因此，科学家们通过研究和合成，成功制备出了具有高精度、高性能的PZT压电陶瓷。
二、PZT压电陶瓷的晶体结构
PZT压电陶瓷的晶体结构属于四方对称结构，其化学式为PbZrO3-PbTiO3。
在这种结构中，钛酸铅（PbTiO3）和锆酸铅（PbZrO3）以固溶体的形式存在，共同赋予了PZT压电陶瓷优异的性能。
三、PZT压电陶瓷的性能与应用
1.压电性能：PZT压电陶瓷具有较高的压电常数、较低的介电常数和良好的疲劳稳定性，使其在声学、振动和能量转换等领域具有广泛的应用。
2.铁电性能：PZT压电陶瓷具有较高的铁电储能密度，使其在电磁屏蔽、存储器和传感器等领域具有重要应用。
3.机电转换性能：PZT压电陶瓷具有良好的机电转换效率，广泛应用于超
声波换能器、马达、致动器和机器人等领域。
4.我国在PZT压电陶瓷领域的研究进展：近年来，我国在PZT压电陶瓷材料的研究取得了显著成果，包括制备工艺的优化、性能的提高和新材料的研发。
这些成果为我国在压电陶瓷领域的创新发展奠定了基础。
综上所述，PZT压电陶瓷作为一种高性能的陶瓷材料，在多个领域具有广泛的应用。
pzt压电陶瓷泡沫
PZT压电陶瓷泡沫概述PZT压电陶瓷泡沫是一种新型的材料，具有压电效应和泡沫材料的特点。
本文将从材料特性、制备方法、应用领域等方面对PZT压电陶瓷泡沫进行全面、详细、完整且深入地探讨。
材料特性PZT压电陶瓷泡沫具有以下特性： 1. 压电效应：PZT材料具有压电效应，能够在受到外力作用时产生电荷，从而实现能量转换。
2. 轻质高强度：PZT泡沫材料由于具有泡沫结构，重量轻而强度高，适用于一些需要轻质材料的领域。
3. 隔热性能：PZT泡沫材料具有较好的隔热性能，可以在高温环境下应用。
4. 吸音性能：PZT泡沫材料具有较好的吸音性能，可以在噪音控制领域应用。
制备方法PZT压电陶瓷泡沫的制备方法主要包括以下几个步骤： 1. 原料准备：根据配方比例准备PZT陶瓷粉末、发泡剂、粘结剂等原料。
2. 混合：将PZT陶瓷粉末、发泡剂、粘结剂等原料按照一定比例混合均匀。
3. 发泡：将混合后的原料放入发泡装置中，在一定温度条件下进行发泡处理，使材料形成泡沫结构。
4. 成型：将发泡后的材料进行成型，可以采用压制、注射等方法进行。
5. 烧结：将成型后的材料进行烧结处理，使其形成致密的陶瓷结构。
6. 表面处理：对烧结后的材料进行表面处理，以提高其性能和使用寿命。
应用领域PZT压电陶瓷泡沫在以下领域具有广泛的应用： 1. 声波传感器：PZT泡沫材料具有较好的压电效应和吸音性能，可以用于制造声波传感器，应用于声学领域。
2. 压电发电装置：由于PZT泡沫材料具有压电效应，可以将其应用于压电发电装置，实现能量转换。
3. 隔热材料：PZT泡沫材料具有较好的隔热性能，可以用于制造隔热材料，应用于高温环境中。
4. 噪音控制：PZT泡沫材料具有吸音性能，可以用于制造吸音材料，应用于噪音控制领域。
结论PZT压电陶瓷泡沫是一种具有压电效应和泡沫材料特性的新型材料。
它具有轻质高强度、隔热性能和吸音性能等特点，适用于声学、能源、隔热和噪音控制等领域。
（工艺技术）压电陶瓷的压电原理与制作工艺
（⼯艺技术）压电陶瓷的压电原理与制作⼯艺压电陶瓷的压电原理与制作⼯艺1. 压电陶瓷的⽤途随着⾼新技术的不断发展，对材料提出了⼀系列新的要求。
⽽压电陶瓷作为⼀种新型的功能材料占有重要的地位，其应⽤也⽇益⼴泛。
压电陶瓷的主要应⽤领域举例如表1所⽰。
表1压电陶瓷的主要应⽤领域举例2. 压电陶瓷的压电原理2.1压电现象与压电效应在压电陶瓷打⽕瓷柱垂直于电极⾯上施加压⼒，它会产⽣形变，同时还会产⽣⾼压放电。
在压电蜂鸣器电极上施加声频交变电压信号，它会产⽣形变，同时还会发出声响。
归纳这些类似现象，可得到正、逆压电效应的概念，即：压电陶瓷因受⼒形变⽽产⽣电的效应，称为正压电效应。
压电陶瓷因加电压⽽产⽣形变的效应，称为逆压电效应。
2.2压电陶瓷的内部结构材料学知识告诉我们，任何材料的性质是由其内部结构决定的，因⽽要了解压电陶瓷的压电原理，明⽩压电效应产⽣的原因，⾸先必须知道压电陶瓷的内部结构。
2.2.1压电陶瓷是多晶体⽤现代仪器分析表征压电陶瓷结构，可以得到以下⼏点认识：(1) 压电陶瓷由⼀颗颗⼩晶粒⽆规则镶嵌”⽽成，如图1所⽰。
图1 BSPT压电陶瓷样品断⾯SEM照⽚(2) 每个⼩晶粒微观上是由原⼦或离⼦有规则排列成晶格，可看为⼀粒⼩单晶, 如图2所⽰。
图2原⼦在空间规则排列⽽成晶格⽰意图(3) 每个⼩晶粒内还具有铁电畴组织，如图3所⽰。
图3 PZT陶瓷中电畴结构的电⼦显微镜照⽚（4）整体看来，晶粒与晶粒的晶格⽅向不⼀定相同，排列是混乱⽽⽆规则的，如图4所⽰。
这样的结构，我们称其为多晶体。
图4压电陶瓷晶粒的晶格取向⽰意图2.2.2压电陶瓷的晶胞结构与⾃发极化（1）晶胞结构⽬前应⽤最⼴泛的压电陶瓷是钙钛矿（CaTiO3）型结构，如PbTiO3、BaTiO3、K x Na i-x NbO3、Pb（Zr x Ti i-x）03等。
该类材料的化学通式为ABO3。
式中A的电价数为1或2，B的电价为4或5价。
其晶胞（晶格中的结构单元）结构如图5所⽰。
课程设计(PZT材料结构及制备原理)
2.2.2
Hale Waihona Puke 硬性取代所谓“硬性取代改性”是指加入这些添加物后能使矫顽场强 EC 增加，极化变难， 因而在电场或应力作用下，材料性质变“硬”。 （a） K+，Na+等取代 A 位 Pb2+离子（受主掺杂） ；
ABO 3 ' × K 2O → K Pb + K i• + O O
（b） Fe2+、Co2+、Mn2+(或 Fe3+、Co3+、Mn3+)、Ni2+、Mg2+、Al3+、Cr3+等取代
4
PZT 材料固相反应的方法和原理
所谓固相反应，从广义上来讲，凡是有固相参与的反应，都是固相反应。从狭
义上来说，固相反应是固体与固体发生化学反应，产生新的固体产物的过程。 目前, PZT粉体的合成方法主要可分为两大类,即固相反应法和湿化学合成法。 固相法是目前国内制备PZT 压电陶瓷粉体普遍采用的方法, 其工艺是多种氧化物
（b）Nb5+、Ta5+、Sb5+、W6+等取代 B 位的 Zr4+、Ti4+离子（施主掺杂） 。
ABO 3 • × Nb 2 O 5 → 2 Nb Zr + O i'' + 4 O o ABO 3 •• × WO 3 → W Zr + O i'' + 5 O o
经软性取代改性后的 PZT 瓷性能有如下变化： 矫顽场强 EC 减小，机械品质因数 Qm 减小； 介电常数ε增加，介电损耗 tanδ增加,机电耦合系数 KP 增加, 抗老化性增加，绝 缘电阻率ρ增加。 其原因是它们的加入导致形成 Pb2+缺位。如每两个 La3+置换 3 个 Pb2+，为了维 持电价平衡，使得在钙钛矿结构中 A 位置上的阳离子数减少，便产生一个 A 空位。 由于 Pb2+缺位的出现，使得电畴运动变得容易进行，甚至很小的电场强度或机械应 力便可以使畴壁发生移动。结果出现出介电常数、弹性柔顺系数的增加，同时介电 损耗和机械损耗增加，Qm 降低。又由于畴的转向容易，使得沿电场方向取向的畴的 数目增加，从而增加极化强度，使得压电效应大大增加，表现为 KP 值的上升。由 于畴的转向阻力变小， 所以用以克服阻力使极化反向的矫顽场很小， 回线近于矩形。 又由于 Pb2+缺位的存在，缓冲了 90 畴转向造成的内应力，使得剩余应变变小。或 者说，由于畴壁容易运动，使得畴的内应力容易得到释放，所以老化性能好。
PZT压电陶瓷的制备
制备分子式为PZT（Pb0.95Sr0.05(Zr0.5Ti0.5)O3＋0.5 %Cr2O3＋0.3 %Fe2O3）压电陶瓷
今采纳原料纯度如下的的配料进行配比
原料名称
纯度
原料名称
纯度
铅丹
Pb3O498.0
二氧化钛
TiO299.0
碳酸锶
SrCO397.0
三氧化铁
Fe2O398.9
二氧化锆
研究说明，研究者常采纳加入过量的氧化铅成份来弥补铅的损失，加入过量的氧化铅在烧结时呈现液相，有助于粉体的致密化行为，但却降低了烧结体的致密度，又由于在PbO液相中TiO2溶解度大于ZrO2的溶解度,过量的氧化铅有可能使烧结的PZT陶瓷中钛含量偏高，而铅的热损失机理有待于进一步研究。
2. PZT
压电陶瓷性能的好坏与它的制造工艺关系超级紧密。关于同一配方，工艺条件转变能够引发材料性能上的专门大不同.在生产中必需严格操纵工艺进程。PZT型压电陶瓷的生产进程一样包括以下几个步骤:配料、混合、预烧、粉碎、成型、排塑、烧结、被电极、极化、测试 其中预烧是关键工序之一，那个工序包括了4种物理学进程:粒子的线膨胀(室温～４００℃)，固相反映（４００℃到７５０℃）、样品收缩（７５０℃～８５０℃）、晶粒长大（８００℃以上）。其中固相反映是关键，由于生成PZT化学反映不是在熔融状态下进行的，而是在比熔点低的温度下。由固体颗粒间的扩散来完成的，故称为“固相反映”。
通过选取组成处于准同型相界(MPB)周围的PbZr0.52Ti0.48O3作为研究对象,结合传统固相烧结法制备PZT压电陶瓷的优缺点,改变传统的氧化物原料,提出两种低温制备PZT压电陶瓷的新方式。重点研究了以乙酸铅、偏钛酸、碳酸锆和草酸为原料的低温制备新工艺,讨论研磨时刻、Zr/Ti比、预烧温度和终烧温度四个因素对本工艺的阻碍。通过度析TG-DTA、XRD、SEM和样品的电性能,确信较佳的工艺条件是在Zr/Ti=0.40/0.60下,研磨12 h,在750°C预烧2h,在950°C下终烧2h,现在制备取得的PZT陶瓷的相对介电系数和压电系数均为最大值:εr=824,tanδ=0.986%, d33=372pC/N。研究说明,此新方式对制备PZT￡E电陶瓷是行之有效的,而且样品的电性能略高于传统固相法制备取得PZT压电陶瓷的性能,而且本钱低廉,工艺简单,烧结温度低,具有工业应用价值,是一种具有庞大进展潜力低碳绿色环保的新工艺。
压电陶瓷
一、压电材料与应用综述1、概述在1880年，居里兄弟首先在单晶上发现压电效应。
在1940年前，人们知道有两类铁电体：罗息盐和磷酸二氢钾盐，具有压电性。
在1940年后，发现了BaTiO3是一种铁电体，具有强的压电效应。
是压电材料发展的一个飞跃。
在1950年后，发现了压电PZT 体系，具有非常强和稳定的压电效应，具有重大实际意义的进展。
在1970年后，添加不同添加剂的二元系PZT 陶瓷具有优良的性能，已经用来制造滤波器、换能器、变压器等。
随着电子工业的发展，对压电材料与器件的要求就越来越高了，二元系PZT 已经满足不了使用要求，于是研究和开发性能更加优越的三元、四元甚至五元压电材料。
2、压电效应电效应产生的根源是晶体中离子电荷的位移，当不存在应变时电荷在晶格位置上分布是对称的，所以其内部电场为零。
但当给晶体施加应力则电荷发生位移，如果电荷分布不在保持对称就会出现净极化，并将伴随产生一个电场，这个电场就表现为压电效应。
压电陶瓷（piezoelectric ceramics ），是指经直流高压极化后，具有压电效应的铁电陶瓷材料。
晶体受到机械力的作用时，表面产生束缚电荷，其电荷密度大小与施加外力大小成线性关系，这种由机械效应转换成电效应的过程称为正压电效应（力→形变→电压）。
晶体在受到外电场激励下产生形变，且二者之间呈线性关系，这种由电效应转换成机械效应的过程称为逆压电效应（电压→形变）。
3、压电性能①压电常数d33压电常数是反映力学量（应力或应变）与电学量（电位移或电场）间相互耦合的线性响应系数。
当沿压电陶瓷的极化方向（z 轴）施加压应力T3时，在电极面上产生电荷，则有以下关系式：式中d33为压电常数，足标中第一个数字指电场方向或电极面的垂直方向，第二个数字指应力或应变方向；T3为应力；D3为电位移。
它是压电介质把机械能（或电能）转换为电能（或机械能）的比例常数，反映了应力（T ）、应变（S ）、电场（E ）或电位移（D ）之间的联系，直接反映了材料机电性能的耦合关系和压电效应的强弱，从而引出了压电方程。
PZT陶瓷的压电性能测试实验报告
行星球磨机
手动式粉末压片机
准静态d33测量 仪
3.PZT压电陶瓷的制备
3.2 PZT陶瓷的制备：
球磨 成型及增塑 预烧排塑及烧结
1.使各种原材 料分布均匀， 便于固相反应 的生成 2.使物料粉碎 达到一定的细 度，以利于降 低烧成温度
1.赋予材料可塑 性，便于成型， 使坯件具有较高 的致密度 2.增加瓷料的粘结 性，并减少与模壁 的摩擦力，便于脱 模
预烧温度800℃， 主要目的是排除 粘结剂，并使坯 体有一定的强度 烧结温度1200℃， 烧成好坏标准： 陶瓷收缩情况和 表面裂纹
3.PZT压电陶瓷的制备
3.3 极化：
硅油的作用： 1：保温； 2：绝缘。
温度：110℃ 电极：银浆
4. PZT压电陶瓷d33的测量
1. 实验目的
1.1 了解PZT压电陶瓷的制备过程及注意事项； 1.2 掌握用ZJ-3AN型准静态d33测量仪测量PZT压电陶瓷的d33。
“软”性材料
具有很高的灵 敏度和介电常 数，用于各种 传感器、低功 率电机式换能 器
1.压电材料的简介
1.3 压电材料的极化示意图
压电材料必须经过极化处理后才具有压电效应。对于压电陶瓷来
说，各个晶粒都有较强的压电效应。但由于晶粒和电畴分布无一定规则，各方向几率相同，使宏观 极化强度ΣP =0，因而不显示压电效应，故必须经过人工预极化处理，使ΣP ≠0，才能对外显示压 电效应。
PZT压电陶瓷的制备及其d33 的测试
实验类型：综合设计
1.压电材料的简介
1.1 压电效应
正压电效应
逆压电效应
正压电效应
机械能
逆压电效应
电能
1.压电材料的简介
1.2 压电材料
压电陶瓷环pzt的工作原理
压电陶瓷环pzt的工作原理
压电陶瓷环PZT的工作原理基于压电效应。
PZT（锆钛酸铅）是一种压电陶瓷材料，当施加外力或机械应力时，它会发生形变，从而产生电荷的极化现象，这种现象被称为正压电效应。
相反地，当在压电陶瓷材料上施加电场时，材料会发生形变，产生机械位移或力量，这被称为逆压电效应。
压电陶瓷环是一种管状的压电陶瓷，它的内径表面和外径表面印刷有导电电极（通常为银电极）。
除了内外表面外，内部材料均为PZT压电陶瓷。
当对内外电极施加电压时，压电陶瓷环会产生径向伸缩的位移，这是逆压电效应的表现。
利用这种特性，压电陶瓷环可以将电能转换为机械能，从而实现精密的机械运动或振动。
此外，压电陶瓷环也可以用于传感器应用，当外界施加机械力或压力时，压电陶瓷环会产生电荷输出，这是正压电效应的应用。
因此，压电陶瓷环被广泛应用于精密机械、声学、电子、通讯等领域。
需要注意的是，压电陶瓷材料在制造过程中需要严格控制成分和烧结工艺等因素，以确保其具有优良的压电性能和机械性能。
同时，在使用过程中也需要注意避免过高的电压或机械应力，以避免材料的损坏或失效。
PZT压电陶瓷元件制备工艺中的几个问题
摘要：介绍了pzt压电陶瓷元件制备工艺，采用喷雾塔造粒，干压成型，烧结后作机械加工，丝网印银，烧渗银，最后极化；本文对以上系列工艺作了分析和讨论，通过实验得出最佳工艺参数，制备出的压电陶瓷元件致密度高，压电性能优良，得到了客户认可。
关键词：pzt压电陶瓷元件、干压成型、喷雾造粒、丝网印银1、引言pzt压电陶瓷由于具有居里温度[1]高、压电性强、易掺杂改性[2]、稳定性好等特点，自20世纪60年代以来，一直是人们关注和研究的热点，在压电陶瓷领域中占主导地位。
目前，市场上需求的pzt压电陶瓷元件的型号规格越来越多样化，片状、管状、柱状、条状及梯形状等，大型元件长度或直径可至200mm以上，而小型元件厚度只有0.2mm，甚至0.1mm，对于超长超大或超小超薄等特殊规格的元件来说，必须有更加先进的制备工艺技术。
pzt压电陶瓷元件常用的坯件制备方式，如轧膜成型，操作简单且效率高，但也存在许多不足，密度低，均匀性差，压电性能低；如等静压成型，压制的样品均匀致密且压电性能好，但制作成本太高。
而干压成型，不仅制作成本相对低廉，而且各方面性能相对较优，一般软性材料，密度可达7.6×10-3kg/m3以上，平面机电耦合系数kp可达0.65左右。
采用干压成型制备pzt压电陶瓷坯件，后续的烧结和机械加工，以及上电极和极化工艺也是值得注意的环节，本文针对以上几个关键问题作了分析讨论，同时对pzt压电陶瓷元件制备工艺的改进方向提出了建议。
2、坯件制备采用干压成型的方式制备坯件，干压成型前应先将粉料造粒，即在粉料中加入占料中约5%的黏合剂，搅拌均匀并过粗筛（如40目筛），再以1t/cm2的压强进行预压块，最后将预压块研碎并过细筛（如30目筛）。
造粒的目的不仅使黏合剂更加均匀的分布在粉料中，而且由于颗粒本身已经压紧，压料中空气较少，并较易排出，因此利于成型，使成型样品的密度更加均匀。
如果采用喷雾干燥塔来造粒，与人工造粒相比，当然会得到更细更均匀的造粒料。
锆钛酸铅系压电陶瓷PZT课件
电子乐器
PZT也被用于制作各种电子乐 器，如电子琴和电子鼓。
PZT压电陶瓷的制造工艺
配料与混合
配料
按照所需的化学计量比，称取锆 酸铅（PbZrO3）、钛酸铅（ PbTiO3）和二氧化钛（TiO2） 等原料。
混合
将称取好的原料放入球磨机中， 加入适量的溶剂和磨球，进行长 时间球磨，使原料混合均匀并形 成均一的浆料。
表面金属化与极化
表面金属化
在陶瓷表面涂覆一层金属电极材料，如镍、银等，以便于与 外部电路连接。
极化
在陶瓷上施加直流电场，使其内部正负电荷中心发生相对位 移，从而获得压电效应。
PZT压电陶瓷的性能优化
掺杂改性
掺杂改性是通过在锆钛酸铅（PZT）中加入其他元素来改变其性能的一种方法。
常见的掺杂元素包括镧、锶、铯等，这些元素可以取代PZT中的部分锆或钛离子， 从而改变其电学、热学和机械性能。
掺杂改性有助于提高PZT的压电常数、机电耦合系数和机械品质因数等关键性能参数。
热处理与晶界工程
热处理是优化PZT性能的重要手段， 通过控制热处理温度和气氛，可以影 响PZT的相变、晶体结构和缺陷状态。
热处理与晶界工程结合使用，可以实 现PZT性能的综合优化，提高其稳定 性和可靠性。
晶界工程是通过优化晶界结构来改善 PZT性能的方法，例如通过控制晶粒 尺寸和晶界相组成，可以提高PZT的 抗疲劳性能和降低漏电流。
PZT压电陶瓷的市场与未 来发展
PZT的市场现状
全球PZT压电陶瓷市场规模持 续增长，应用领域不断扩大。
PZT压电陶瓷在智能传感器、 超声波仪器、电子陶瓷等领域 占据主导地位。
中国PZT压电陶瓷市场发展迅 速，成为全球最大的生产国和 出口国。
低温共烧PZT压电陶瓷材料的研制
低温共烧PZT压电陶瓷材料的研制引言：压电陶瓷是一种特殊的材料，具有压电、垂直电效应和弯曲电效应等特性，广泛应用于传感器、声学器件、电声器件等领域。
而PZT（铅钛锆）压电陶瓷是目前应用最广泛的一种压电材料，具有较高的压电系数和较低的耗电性能。
然而，传统的PZT压电陶瓷材料需要在高温下烧结，制备复杂，成本较高。
本文将介绍一种低温共烧PZT压电陶瓷材料的研制方法。
方法：1.材料准备：首先，准备所需的原料，包括铅酸钛、铅酸锆的粉末，以及一种合适的粘结剂。
这些粉料应该是高纯度的，以确保最终材料的性能。
2.混合：将铅酸钛和铅酸锆的粉末按照一定的比例混合在一起。
混合的过程中，需要精确控制比例，以保证最终材料具有所需的压电性能。
3.添加粘结剂：将合适的粘结剂添加到上一步的混合物中。
粘结剂的作用是将粉末颗粒结合在一起，形成均匀的绿胚。
4.成型：将上一步得到的绿胚进行成型，可以采用压制法、注塑法或挤出法等方法。
成型后的绿胚需要经过一定的固化处理，以增强其强度和稳定性。
5.低温共烧：将成型后的绿胚放入低温烧结炉中进行共烧。
低温共烧是一种在较低温度下进行的烧结方法，可以减少能源消耗和成本。
共烧的过程中，需要控制烧结温度和时间，以确保材料能够充分烧结而不发生失重或结构变化。
6.热处理：将共烧后的样品进行一定的热处理，以消除内部应力和改善材料的性能。
热处理的过程中，热处理温度和时间应该能够使材料获得最佳的微观结构和性能。
7.测试和分析：最后，对研制出的低温共烧PZT压电陶瓷进行测试和分析。
可以采用压电性能测试、结构分析等方法，评估材料的性能和应用范围。
结论：通过上述的方法，可以实现低温共烧PZT压电陶瓷材料的研制。
与传统的高温烧结方法相比，低温共烧降低了能源消耗和成本，并且可以得到具有良好压电性能的材料。
这种低温共烧PZT压电陶瓷材料在传感器、声学器件、电声器件等领域具有广阔的应用前景。
高性能锆钛酸铅(PZT)粉体的水热法合成及其压电陶瓷性能研究
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关 键 词 ：压 电 陶 瓷 ；ＰＺＴ；水 热 法 ：碱 度
中 图分 类 号 ：ＴＱ１７４ 文 献 标 志 码 ：Ａ
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－２３７５．２０１６．０２．００１
Ｈ ｙｄｒｏｔｈｅｒｍ ａｌ ｓｙｎｔｈｅｓｉபைடு நூலகம் ｏｆ ｈｉｇｈ—ｐｅｒｆｏｒｍ ａｎｃｅ ＰＺＴ ｐｏｗｄｅｒｓ ａｎｄ
周盈盈 ，高小琴 ，常钢 ，舒宏辉 ，尚勋忠 ，周桃 生 ，何云斌
（湖北大学材料科学与工程学院 ，功能材料 绿色制备与应用教育部重点实验 室（湖北大学 ），湖北 武汉 ４３００６２）
摘 要 ：以氧氯化锆 、钛 酸四丁酯 、硝酸铅为前驱物 ，采用两步水 热法 合成钙钛 矿结 构的 ＰｂＺｒ０ Ｔｉ。 Ｏ 粉 体并制 备 陶 瓷样 品．通过 ＸＲＤ、ＳＥＭ及 电学性 能等测试 ，系统研究 了矿化 剂浓度 对 ＰＺＴ粉体结 晶性 、形貌 以及最 终烧结 陶瓷样 品 电
第 ３８卷第 ２期 ２０１６年 ３月
湖北大学学报 （自然科学版 ） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｕｂｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ）
文 章 编 号 ：１０００—２３７５（２０１６）０２—００９１—０６
Ｖｏ１．３８ Ｎｏ．２
Ｍａｒ．，２０１６
高 性 能锆 钛 酸铅 （ＰＺＴ）粉 体 的水 热 法合 成 及 其 压 电 陶 瓷 性 能 研 究
目前广泛应用的传统固相合成法制备过程繁琐且需要经过高温预烧的过程才能得到陶瓷粉体此过程会造成铅元素在高温下大量挥发使得化学组成难以精确控制而降低最终陶瓷的电学性能同时通过该方法制备的粉体存在颗粒大小不匀易团聚预烧后的粉料在球磨过程中易受污染等诸多问溶胶凝胶法910共沉淀法等化学方法制备陶瓷粉体备受关注近几十年来发展的水热法可在较低温度下13直接合成结晶性良好的超微粉体使得粉体的化学配比能够精确控制且具有无需预烧结晶性好烧结活性高等特点在制备超细粉体中得到了广泛的研究与应利用水热法制备pzt粉体的已有报道主要集中于水热条件对于粉体粒径形貌和晶相的控制5814而水热法合成的pzt粉体对最终制备的pzt压电陶瓷性能有何影响水热制备的pzt粉体能否大幅提高陶瓷的压电性能的相关研究还较少1517和碱度1molkoh下制备了结晶性良好平均粒径为1左右的高性能pzt粉体并成功烧结压电陶瓷
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压电陶瓷性能及PZT制备工艺王幸福无机非金属材料工程 80308113摘要: 简单综述了压电陶瓷的性能及锆钛酸铅压电陶瓷制作方法,重点分析了锆钛酸铅压电陶瓷的掺杂改性的机理和作用。
以及压电陶瓷PZT未来发展的前景。
关键词: 锆钛酸铅;制作方法。
引言锆钛酸铅一Pb(Zr，Ti)03:(PZT)是一种具有多种应用功能的钙钦矿型ABO3结构铁电材料，是由铁电相PbTiO3(Tc=490℃)和反铁电相PbZrO3(Tc=230℃)组成的固溶体。
PbZrO3一PbTiO3:系固溶体(PZT)相图中，在x约为0.52一0.53附近存在一个铁电四方相(FT)和菱形相(FR)的交界区，就是我们通常称之为的准同型相界(MPB)。
在PZT的MPB上具有高的压电和介电特性，具有高的的居里温度，因此受到国内外相关研究者的广泛重视，使之成为迄今为止，应用最广的压电陶瓷材料。
一、PZT压电陶瓷结构特征及特点1.1钙钛矿结构特征PZT 陶瓷是指锆钛酸铅( PbZr x Ti1 - xO3 , PZT)陶瓷,它是ABO3 型钙钛矿(perovs kites) 结构,Zr ,Ti 处于氧八面体的中心,Pb 处于氧八面体的间隙。
单元结构如图1 所示[1]。
1.2锆钛酸铅(PZT)结构特点PZT压电陶瓷是属于钙钦矿结构的压电晶体。
向PbTIO3:中掺入Zr形成锆钛酸铅(PZT)陶瓷材料，用途广泛。
Ti与Zr在结构中呈完全类质同像，但Z/rTi比值不同使材料的结构也不同，在铁电四方和三方相界附近，PZT材料具有优良的压电、介电和热电性能。
锆钛酸铅固溶体相图如图1.4所示[2]，在相变温度以下，当错/钦比z/rTi=53/47时，存在一条准同型相界。
准同型相界的右边(富钦一边)为四方晶相，左边(富错一边)为三方晶相。
实际上，准同型相界有一定的宽度范围，在此范围内，两相共存，数量关系遵从“杠杆定理”。
A0:反铁电斜方相，AT:反铁电四方相，F以HT:)铁电菱形相(高温)RF(TL:)铁电菱形相(低温)，FT：铁电四方相，Pc:顺电立方相二、压电陶瓷的性能表征2.1介电常数介电常数反映材料的介电性质，或极化性质，通常用ε表示。
不同用途的压电元件对压电材料的介电常数要求不同。
介电常数ε与元件的电容C、电极面积A和电极间距离t之间的关系为：C=ε×A／t式中：电容C(F)；介电常数ε(F/m)；电极面积A(m2)；电极间距离t(m)。
2.2介质损耗介质损耗是包括压电陶瓷在内的任何电介质的重要品质指标之一。
在交变电场下，电介质所积蓄的电荷有两种分量：一种为有功部分(同相)，由电导过程引起的；一种为无功部分(异相)，是由介质弛豫过程所引起的。
介质损耗是异相分量与同相分量的比值。
通常用tanδ(δ为同相分量与总电流的夹角)来表示电介质的介质损耗，称为介质损耗角正切值或损耗因子。
介质损耗和交变电场的角频率，损耗电阻，介质电容之间的关系为：tanδ=1／(εCR)式中：ε为交变电场的角频率；R为损耗电阻；C为介质电容。
2.3机电耦合系数机电耦合系数k是综合反映压电材料性能的参数，它表示压电材料的机械能与电能的耦合效应，是生产上用得最多的一个参数。
机电耦合系数定义为：k=输入的机械能／通过正压电效应而转化的电能或k=输入的电能／通过逆压电效应而转化的电能由于压电元件的机械能与它的形状和振动方式有关，因此不同形状和不同方式所对应的机电耦合系数也不相同。
机电耦合系数无单位。
2.4压电常数压电常数是压电材料所特有的一种参数，它反映材料“压”与“电”之间的耦合效应。
所以，压电常数不仅与机械边界条件有关，而且与电学边界条件有关；或者说，不仅与应力T，应变S有关，而且与电场强度E、电位移D有关。
由于选择不同的自变量，或者说由于测量时所用的边界条件不同，可以得到四组压电常数d、g、e和h，其中用得最多的是压电常数d。
再考虑到压电陶瓷材料的各向异性，即可以得到它的四组压电常数：(1)d33，d31=d32，d24=d15(2)g33，g31=g32，g24=g15(3)e33，e31=e32，e24=e15(4)h33，h31=h32，h24=h15应该指出，这四组压电常数并不是彼此独立的，只要知道其中一组，即可求出其他三组。
PZT压电陶瓷的掺杂改性由于PZT基压电陶瓷含有大量的铅,而氧化铅在烧结过程中易挥发,难以获得致密烧结体,同时又由于相界面附近体系的压电、热电性能依赖钛和锆的组成比,故较难保证性能的重复性,这给实际的制备与应用带来了一定的困难. 为了适应各种不同的用途和要求,国内外对PZT陶瓷进行了广泛的掺杂改性研究. PZT三、压电陶瓷的掺杂改性主要有以下几个方面:3.1软性掺杂这种掺杂是指La3 + 、Bi3 + 、Nb5 + 、W6 + 等高价离子分别置换Pb2 + 或(Zr ,Ti) 4 + 等离子,在晶格中形成一定量的正离子缺位(主要是A 位) ,由此导致晶粒内畴壁容易移动,结果使矫顽场降低,使陶瓷的极化变得容易,因而相应地提高了压电性能. 但空位的存在增加了陶瓷内部的弹性波的衰减,引起机械品质因数Qm和电气品质因数Qe 的降低,但其介电损耗增大,因而这类掺杂的PZT压电陶瓷通常称为“软性”PZT压电陶瓷,适于制备高灵敏度的传感器元件. 这类掺杂报道最多的是La3 + 和Nb5 + [3 ,4] .3.2硬性掺杂这类掺杂与高价离子软性掺杂的作用相反:离子置换后在晶格中形成一定量的负离子(氧位) 缺位,因而导致晶胞收缩,抑制畴壁运动,降低离子扩散速度,矫顽电场增加,从而使极化变得很困难,压电性能降低,Qm和Qe 变大,介电损耗减少. 具有这类掺杂物的PZT 压电陶瓷称为“硬性”PZT 压电陶瓷,适于制备高能转换器元件.3.3变价离子掺杂这类添加物是以含Cr 和U 等离子为代表的氧化物[5] . 它们在Pb(Ti. Zr)O3 固溶体晶格中出现一种以上的化合价态,因此能部分地起到产生A 缺位的施主杂质作用,部分地起到产生氧缺位的受主杂质作用,它们本身似乎能在两者之间自动补偿. 通过变价离子的掺杂使PZT陶瓷材料的性能介于“软性”陶瓷和“硬性”陶瓷材料之间,使其老化降低;体积电阻率稍有降低;机械品质因数稍有增加;机电偶合系数稍有降低;介质损耗稍有增大;但其温度的稳定性得到改善.3.4多元系压电陶瓷在对PZT进行掺杂改性的研究中发现,若在ABO3 钙钛矿结构化合物的B 晶位上有二种异价离子复合占位作为第三组元,这些新的三元系压电陶瓷不仅各有特色,而且陶瓷的烧结温度低,工艺重复性好. 通过对三元铁电陶瓷进行研究,三元系列材料的性能比二元系列材料的性能更为优异[4- 6] . 20 世纪80 年代以后,以PMN —PZ—PT为代表的三元压电陶瓷,以PMN —PNN —PZ—PT 为代表的四元压电陶瓷逐渐发展起来,并开始进入商品化生产阶段.3.5掺杂的均匀性掺杂对改变PZT压电陶瓷的性能有重大影响,而掺杂的均匀性尤其重要. 现多采用可溶性盐的离子代替固相的氧化物进行液相掺杂,以提高其均匀性. 例如用可溶于浓盐酸、硫酸,以及无水乙醇和乙醚等有机溶剂中的NbCl5 ,可代替Nb2O5 进行掺杂,能有效地提高掺杂的均匀性.四、PZT压电陶瓷的生产工艺PZT压电陶瓷生产工艺大致与普通陶瓷工艺相似，但其也有自己的特点，所以在此介绍ＰＺＴ{Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３系陶瓷的商品名称}必要工序及制作方法。
（近年来对PZT 粉体制备的研究开发了许多新方法, 如So l2Gel 法、水热法、分步沉淀法、共沉淀法及改进的共沉淀法PZT 粉体制备的各种方法[7]。
）压电陶瓷生产的工艺流程[1]：配料→球磨→过滤、干燥→二次球磨→过滤、干燥→过筛→成型→排塑→烧结→精修→上电极→烧银→极化→测试4.1原料的处理首先，根据化学反应式配料。
原料的纯度是制备优良压电陶瓷的首要条件。
通常说，希望原料的纯度要高一些特别是用量比较大的原料，如Pb3O4（或PbO）、ZrO2和TiO2等，若纯度低，引入杂质的总量就很大，所以纯度要高些。
小剂量的原料则纯度要求可相对低些。
以上原料经水洗去去除一些水溶性杂质后烘干，然后进行煅烧粉碎，通常希望颗粒度在2um以下。
4.2预烧经过煅烧粉碎的原料混合配料后腰进行预烧，其目的是为了使化学反应充分进行，预烧温度的选择有很重要的意义。
实验表明。
如果预烧温度恰当，烧结温度可以在很宽的范围内波动，对致密度无明显影响，预烧温度如果很低，烧成温度无论如何提高（或药厂保温时间），也不能得到很高的致密度。
此外，预烧温度和保温时间比较起来，预烧温度所以的作用更为重要。
4.3成型简单形状的制品通过模压法成型，不均匀截面的条形制品可以通过挤压法成型，薄板用流延法或轧膜法成型，大的圆环和更为复杂的形状用注浆法成型。
4.4烧结烧结温度范围主要是化学组成决定的，低于烧结范围，制品的气孔率高、致密度低，压电性能也较差。
如果超过烧结范围的上限，则由于出现过多液相，会发生粘连，或严重失铅，也会导致性能下降。
此外，烧结温度过高会使晶粒过大，机械强度变差。
由于压电陶瓷PZT含有较多的铅，在高温下挥发严重，为此烧结时应尽量争取封闭的方式。
4.5施电极在所有必要的机械加工或精加工完成之后，便可以对制品施加电极。
一般来说是将含银涂料（银浆）涂于制品表面，并在600-800℃下烧结；对于薄片，可以通过溅射或蒸发镀上一层镍铬或金作为电极。
4.6极化刚烧结好的压电陶瓷电畴无规取向，整天不显压电性，通过极化处理使电畴沿一定方向极化后才显出压电性。
同一个配方，极化条件不同，极化程度不同，材料的性能指标也就不同。
极化电场的选择主要取决于压电材料的矫顽场Ec以及饱和场强E B。
计划电场一定要大于矫顽场Ec，这样才能使电畴排列，但极化电场若太大，其效果亦是不明显的，所以通常要使其接近饱和电场E B，这样极化才会有较好的效果。
除此之外，温度和时间也是极化工艺的主要参数，提高极化温度和延长极化时间有利于极化的进行。
对于PZT，必须优先温度和电压以获得最大的压电系数，也可以进行放电极化，在放电极化时使用单针或排针，针尖离陶瓷表面几毫米距离，陶瓷背面接地，极化电压为104.放电极化的优点是消除了电击穿危险[7]。
五、展望PZT 压电陶瓷的研究已有40 多年的历史。
目前, 它是国内外最重要的功能材料之一, 已广泛应用于电子、雷达、微位移控制、航天技术及计算机技术等领域中。
由以上PZT 的制备方法可以看出, 不同的方法制备的粉体具有各自不同的优缺点, 其性能也不尽相同。
可以肯定, 要制备高性能(如同时有高的Kp 和Qm 值, 压电陶瓷大功率变压器等) 的PZT压电陶瓷, 必须同时要求粉体高性能。