第3章铁电陶瓷4

1、3.4 弛豫型铁电陶瓷弛豫型铁电陶瓷 n复合钙钛矿结构复合钙钛矿结构：Pb(BB“)O3， B为为Mg2+、Zn2+、Ni2+、Fe3+和和Sc3+等较低等较低价阳离子价阳离子 B为为Nb5+、Ta5+、Ti4+和和W6+等高价阳离子等高价阳离子 nPb(Mg1/3Nb2/3)O3 、Pb(Zn1/3Nb2/3)O3、Pb(Ni1/3Nb2/3)O3、Pb(Sc1/2Ta1/2)O3 (1) 介电特性介电特性Typical Relaxor FerroelectricsnRelaxor Tm (oC) m Firing temperature (oC)nPb(Fe1/2Nb1/2)O3 112

2、24,000 1100nPb(Fe2/3W1/3)O3 -90 20,000 850nPb(Mg1/3Nb2/3)O3 -12 18,000 1150nPb(Ni1/3Nb2/3)O3 -150 4,000 1150nPb(Zn1/3Nb2/3)O3 140 22,000 Single crystalnPb(Sc1/2Ta1/2)O3 26 3,000 1300低温烧结高介电常数电容器介质材料低温烧结高介电常数电容器介质材料弛豫铁电体与普通铁电体对比弛豫铁电体与普通铁电体对比n主要特征主要特征 (a)扩散相变扩散相变, 介电峰宽化介电峰宽化 (b) 频率色散，频率色散，Tm随测试频率随测试频率

3、提高而升高提高而升高 (c) Ps在在Tm以上的一定温区以上的一定温区仍存在仍存在 (d) 不符合不符合Curie-Weiss定律定律, 满足二次方规律：满足二次方规律： 222)(11mmmTT 相变弥散的起因相变弥散的起因n扩散相变起因于微区成扩散相变起因于微区成分起伏（有序微区）分起伏（有序微区）Smolenskii成份起伏理论成份起伏理论 PMN的有序微畴的有序微畴(2) 结构稳定性和制备工艺结构稳定性和制备工艺 n通式为通式为ABO3钙钛矿结构稳定性的两个基钙钛矿结构稳定性的两个基本要求是：本要求是：n（1）正离子半径应该在适当的限度内）正离子半径应该在适当的限度内n（2）正负离子相

4、互间应该有强的离子）正负离子相互间应该有强的离子键键 n第一个要求关系到钙钛矿单胞的尺寸第一个要求关系到钙钛矿单胞的尺寸 容差因子容差因子n第二个要求关系到离子键的强弱第二个要求关系到离子键的强弱, 离子键的强弱正比离子键的强弱正比于负正离子于负正离子电负性之差电负性之差 n铅系化合物形成钙钛矿的难易趋势为：铅系化合物形成钙钛矿的难易趋势为：PZN PCN PIN PSN PNN PMN PFN PFW PZ PT 提高稳定性的措施提高稳定性的措施n热力学上热力学上: 提高容差因子和电负性差的途径提高钙钛矿结提高容差因子和电负性差的途径提高钙钛矿结构的稳定性构的稳定性 n动力学上动力学上: :

5、n多次反复预烧；多次反复预烧；n加过量加过量MgOMgO和和 PbOPbO；n用溶胶凝胶法制备高活性粉体用溶胶凝胶法制备高活性粉体 n两步预产物合成法两步预产物合成法 MgO + Nb2O5 MgNb2O5 MgNb2O5 + 3PbO 3Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 (3) 物理性能及应用物理性能及应用 n介电性能介电性能 n压电性能压电性能弛豫铁电体的物理性能弛豫铁电体的物理性能n高介电常数高介电常数 如弛豫铁电单晶如弛豫铁电单晶Pb(Zn1/3Nb2/3)O3的峰值介电的峰值介电常数可达常数可达50000，弛豫铁电陶瓷一般在，弛豫铁电陶瓷一般在20000左右左右n高介电常数一般认为与

6、无序结构有关高介电常数一般认为与无序结构有关高介电常数的起因高介电常数的起因n弛豫型铁电体的弛豫型铁电体的高介电常数起因高介电常数起因于组成宏观无序于组成宏观无序化化弛豫型铁电体的电滞回线与电致伸缩特性弛豫型铁电体的电滞回线与电致伸缩特性 (A) PZT (B) PMNn大的电致伸缩应变和小的应变滞后大的电致伸缩应变和小的应变滞后PZT压电陶瓷压电陶瓷(a)与与PMN弛豫铁电陶瓷弛豫铁电陶瓷(b)的电致伸缩应变的电致伸缩应变n弛豫铁电体具有优异的压电性能弛豫铁电体具有优异的压电性能nPZNPT在准同型相界（约在准同型相界（约10mol%PbTiO3）附近）附近的单晶，在的单晶，在001方向上方

7、向上d33高达高达2500pC/N，k33达达到到94，应变达到，应变达到0.16%左右左右nPMNPT在准同型相界（约在准同型相界（约33mol%PbTiO3）的单）的单晶其晶其d33也高达也高达1500pC/NnMPB-InPZT, Z/Ti = 53/47nMPB-IIn(1-x)PMN-xPT, x=0.33n(1-x)PZN-xPT, x=0.09n(1-x)PNN-xPT, x=0.36nMPB-IIIn在在MBP处，四方相与三方相共存处，四方相与三方相共存n在赝立方（三方，在赝立方（三方，菱方）相，呈现典菱方）相，呈现典型的弛豫铁电特性型的弛豫铁电特性n在四方相区，呈现在四方相区