铁电陶瓷.doc

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。铁电陶瓷的制造工艺大致相同。例如，钛酸钡系陶瓷用超纯、超细的等摩尔碳酸钡和二氧化钛原料混合均匀，在1150C左右预烧成钛酸钡。加入少量为改善工艺和电性能所需要的附加剂，如产生阳离子缺位的三价镧、三价铋或五价铌离子附加剂，产生氧离子空位的三价铁、三价钪或三价铝离子，置换钡离子使晶格畸变的二价锶离子以及生成液相、降低烧成温度的氧化镁或二氧化锰等附加剂。经过粉磨或其他方法充分混合，用干压、辊压或挤压等方法成型，再在1350C左右的氧化气氛中烧成。还可采用热压烧结，高温等静压烧结等方法，以提高产品的质量。3用途编辑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0.45F/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。此外，还有一种透明铁电陶瓷，例如氧化铅（镧）、氧化锆（钛）系透明陶瓷,具有电光效应（即其电畴状态的变化,伴随有光学性质的改变）。通过外加电场对其电畴状态的控制、产生电控双折射、电控光散射、电诱相变和电控表面变形等特性。可用于制造光阀、光调制器、光存贮器、光显示器、光电传感器、光谱滤波器、激光防护镜和热电探测器等。4铁电陶瓷材料确定原则编辑铁电陶瓷配方的确定原则：先移后展，有所侧重；单独考虑，综合调整。5三大效应编辑展宽效应、移动效应和重叠效应是铁电陶瓷改性的三大效应。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，P0。 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。铁电陶瓷浏览次数：约1179次 铁电陶瓷就是能产生铁电现象的陶瓷。主晶相多为钨钛矿型，还有钨青铜型，含铋层状化合物及烧绿石型等。用于制造电容器电光器件、红外探测器件、压电器件、介质放大器和移相器等 目录 铁电陶瓷的特性 铁电陶瓷的作用 铁电陶瓷的效应 铁电陶瓷的疲劳与老化现象铁电陶瓷的特性 （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-温度特性发生显着变化，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。铁电陶瓷的作用 常见的铁电陶瓷多属钙钛矿型结构，如钛酸钡（BaTiO3）陶瓷及其固溶体，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。 铁电陶瓷的效应 （1） 铁电陶瓷居里峰的展宽效应什么是展宽效应：指铁电陶瓷的与温度关系中的峰值扩张得尽可能的宽旷，平坦，即不仅使居里峰压低，而且要使峰的肩部上举，从而使材料既具有较小的温度系数，又具有较大的 值。展宽效应的获得：前面介绍过相变扩散可使居里区展宽，但这不是唯一的展宽效应，虽然成分起伏和结构起伏引起的相变扩散作用较明显，但要使居里峰能大幅展宽，又能具有较大的数值，还必须考虑其他效应。固溶缓冲型展宽效应：引入展宽剂粒界缓冲型展宽效应：铁电陶瓷多晶结构的微粒化，也能起到明显的展宽效应。（2） 铁电陶瓷居里峰移动效应铁电体居里点及其他转变点，随着组成成分的变化，作有规律地移动现象。（3） 铁电陶瓷重叠效应当两个转变点相互靠近时，不仅两峰值的高度本身有所提高，且两峰之间的区段也提高，类似于两分立峰的叠加，因而又叫重叠效应。铁电陶瓷的疲劳与老化现