铁电材料

PMN 陶瓷
PMN-PT固溶体相图
铁电薄膜
铁电薄膜是一类重要的功能性薄膜 材料，具有介电性，铁电开关效应， 压电效应，热释电效应，电光效应， 声光效应，光折射效应，非线性光学 效应。
铁电薄膜
铁电薄膜
薄膜是单晶或是晶粒择优取向的多晶
实现择优取向的方法主要是采用特定成 分和特定取向的单晶作为基片，选择适 当的基片温度或辅之以随后的热处理 高度择优取向的薄膜已具有接近优质材 料的自发极化和热释电系效，但矫顽场 较大，光的传播损耗较严重
热压
高致密化，高透过率
PLZT烧结条件：1250℃，16小时， 14兆帕
薄膜
设备更好，技术更先进、更成熟 膜厚：0.1μm，22μm
薄膜 沉积方法
物理气相 沉积
真 空
化学气相 沉积、化 学液相沉 积
薄膜
真空法的优点：干燥过程，高纯， 薄膜外延生长 缺点：沉积速率慢，多组分系统 中化学计量控制难，沉积后需要 退火，价格高
薄膜 化学法的优点：沉积速率高，化学计 量好控制，面积大，无孔，成本低
薄膜
薄膜 基板：硅，镀铂的硅,蓝宝石,镁, 钛酸锶,银箔,铌酸锂, 砷化镓，熔 融石英，氧化锆和玻璃
（1）高机电耦合系数 （2）Tc高，可以高温操作 （3）容易极化 （4）介电常数范围广 （5）容易在低温烧结
（6）可以与多种不同成份固溶
PZT、PLZT 陶瓷
PZT, PLZT也常用一些掺杂剂、改性剂来优化 其在一些特定方面的应用。 例如：Nb5+替换Zr4+ , La3+替换Pb2+，高价替换 低价，可以将材料的电阻率提高至少3个数量级。 等价替换、低价替换高价
BaTiO3 陶瓷
传感器的添加剂：Sr2+、Pb2+、Ca2+、
Co2+
电容器的添加剂是不同于传感器的，因为要抑 制铁电性和压电性，提高介电性。
PZT、PLZT 陶瓷
压电应用的铁电陶瓷： BaTiO3, PZT, PLZT, PbN2O6,NaNbO3, PT
PZT、PLZT 陶瓷
PZT, PLZT：
PZT、PLZT 陶瓷
PZT、PLZT固溶体相图
PZT、PLZT 陶瓷
1 电光行为分区 (1) 二次电光效应区：处于铁电和顺电的相界，在 SFE 区，组成有8.8/65/35、9/65/35、8/70/30
(2)记忆效应区：具有电驱动光开关效应，处于FERh斜
方铁电相区，组成有7/65/35和8/65/35 (3) 一 次 电 光 效 应 区 ： 处 于 FEtet 四 方 铁 电 相 区 ， 12/40/60和8/10/90
PZT、PLZT 陶瓷
4 电光性能 最常用的电光模式有： ①非记忆、二次双折射 ②非记忆、二次去极化 ③记忆、线性双折射 ④记忆双折射 ⑤记忆散射 前2种用的是纤细回线(SFE)材料 后3种用的是记忆性材料（有电滞回线 ）
PMN 陶瓷
铌镁酸铅（PMN）是典型的弛豫铁电体，居里点在—17℃，室 温下为三方结构，可与正常铁电体钛酸铅PT形成固溶体。 当PT含量为32%—35%时，二者之间形成一个准同型相界。
PZT、PLZT 陶瓷
2 电性能 具有铁电体(或反铁电体)的特性 PLZT陶瓷的介电性能
①具有高的介电常数 (500 一 800) ；②低到中等的介电损
耗；③高的电阻率；④中等的耐击穿强度(约100kv／cm)； ⑤不同的组成具有不同特性(FE、AFE、SFE)的电滞回线
PZT、PLZT 陶瓷
3 光性能 突出的特点是高透明 度，透明度的高低除 了工艺因素外．与组 成中 La 的含量和 x(Zr) ／x(Ti)的比值有关． 沿 着 FE( 铁 电 相 )— PE相界的组成具有最 大透明度 材料对紫外光具有极大的吸收能 力,对可见光及红外线是透明的 PLZT陶瓷的折射率很高n=2.5， 具有高达31％的表面反射损失
Ferroelectric Ceramics: History and Technology
——Materials & Processing
Materials
BaTiO3 陶瓷 PZT、PLZT 陶瓷 PMN 陶瓷
铁电薄膜
BaTiO3 陶瓷
压电传感陶瓷
高介电常数电容器
BaTiO3 陶瓷
（1）Tc=120℃，相对较低； （2）机电耦合系数较低。
CP法：原材料溶液互混，产生沉 淀。得到的粉更细、更有活性。
成型、致密化
成型：冷压、注浆成型、流延成 型、辊压、注塑等
成型、致密化
致密化：烧结、热压、热等静压、 真空烧结、两步法
成型、致密化
烧结
在氧气气氛下，烧结PZT、PLZT， 致密度达99%； 空气中烧结，致密度达96%。
PZT烧结条件：氧气气氛，1250℃，5小时
铁电薄膜
铁电薄膜主要有这么几个应用： 用于铁电存储器，利用其自发极 化性。 用做大容量随机进入存储器的电 容介电材料。 用于微波器件。
Processing
粉体制备
成型、致密化
彩虹处理 ？
薄膜

粉体制备
铁电陶瓷：氧化物法 电光材料：化学共沉淀法，水热法 压电材料：混合氧化物法
粉体制备
MO法：湿磨氧化物，或碳酸盐、硝 酸盐等在烧结过程中能分解成氧化 物的化合物