锆钛酸铅镧(PLZT)陶瓷材料的显微结构和性能

PLZT材料(陶瓷和薄膜)具有优良的电光效应,透明度较好,通过改变组分能获得具有不同特性的制品。本文综述了近年来国内外在PLZT陶瓷的显微结构、介电性能和光学性能等方面的研究进展。对不同理论进行了比较,并将理论研究与科学实验和生产制备过程相联系,结合掺杂改性,指出了一些影响PLZT结构、性能和应用的因素,提出了一些尚需解决的问题。

锆钛酸铅镧陶瓷光致微位移的闭环伺服控制

利用锆钛酸铅镧(PLZT)陶瓷的光致形变效应,提出了一种光控微位移伺服系统,并通过实验对其闭环伺服控制特性进行研究。建立PLZT陶瓷光致微位移闭环伺服系统的多物理场耦合数学模型,通过静态实验对光照与光停阶段PLZT陶瓷光致形变表达式进行了参数识别。搭建了PLZT陶瓷光致微位移闭环伺服控制实验平台,基于ON-OFF控制策略,在不同光照强度下对PLZT陶瓷的光致微位移进行了闭环伺服控制实验。结果表明,通过对紫外光源施加ONOFF控制,能够实现PLZT陶瓷输出位移的闭环伺服控制。PLZT陶瓷输出位移曲线在伺服控制阶段出现超调量之后,围绕目标值上下波动。光致微位移伺服系统的响应速度、超调量与波高随着光照强度的增强而增加;在400mW/cm2光照强度下,PLZT陶瓷输出位移到达目标值的时间仅为100mW/cm2光照强度下的20%。实验结果为PLZT陶瓷在微驱动方面的工程应用奠定了基础。

锆钛酸铅镧陶瓷裂尖处由电场诱发90°铁电畴变的实验研究

用传统陶瓷工艺合成制备了（Ｐｂ０．９６Ｌａ０．０４）（Ｚｒ０．４０Ｔｉ０．６０）０．９９Ｏ３（ＰＬＺＴ）铁电陶瓷，并用Ｘ射线衍射对其结构进行了测定，表明室温下ＰＬＺＴ陶瓷为铁电四方相结构：ａ＝ｂ＝０．４０５５ｎｍ，ｃ＝０．４１０９ｎｍ，ｃ／ａ＝１．０１３．将ＰＬＺＴ陶瓷极化后，在抛光面进行压力为４９Ｎ的Ｖｉｃｋｅｒｓ压痕，并施加强度为０．４Ｅｃ，０．５Ｅｃ，０．６Ｅｃ（Ｅｃ＝１１００Ｖ／ｍｍ）的侧向电场．用场发射扫描电镜研究观察ＰＬＺＴ试样极化前、极化后以及在侧向电场作用下压痕裂纹附近铁电畴结构的形态及其变化．结果表明在０．６Ｅｃ的侧向电场作用下，压痕裂纹附近发生了９０°铁电畴变，在扫描电镜的铁电畴结构形貌图上再次出现了平直的９０°铁电畴界．探讨了９０°铁电畴变的形成及促发机制．

锆钛酸铅镧陶瓷微结构和介电性能研究

研究了Ｚｒ／Ｔｉ比为６５／３５、掺Ｌａ分别为８、９、１２、１６．７％（ｍｏｌ％）的锆钛酸铅镧（ＰＬＺＴ８／６５／３５、９／６５／３５、１２／６５／３５、１６．７／６５／３５）陶瓷的微结构和介电性能。ＸＲＤ研究表明，ＰＬＺＴ中存在着｛ｈ＋１２，ｋ＋１２，ｌ｝型超结构；随着Ｌａ含量的增加，有序度增加，当Ｌａ含量为１２％时达到最大，继之下降。提出了Ａ位离子有序的体心立方超结构模型。介电常数与温度关系研究表明，随着Ｌａ含量的增加，弥散相变度参数δ单调上升，而频率色散度参数ΔＴ０先是增加，然后下降。表明其介电弛豫行为与Ｌａ含量密切相关。

掺镧的锆钛酸铅透明陶瓷材料在平板显示器上的应用

介绍了近年来平板显示技术的发展及 4种平板显示器主要的优缺点 ,着重阐述利用掺镧的锆钛酸铅 (PLZT)透明陶瓷材料铁电发射性能在场致发射平板显示器上的应用和它的电光效应在大型投影平板显示器件方面的应用 。

四方相锆钛酸铅陶瓷制备及温度稳定性研究

采用传统固相法制备了Pb(Zr_(1-x)Ti_(x))O_(3)陶瓷,通过调节锆钛摩尔比将其定位于四方区域以改善温度稳定性,并通过优化烧结温度改善电学性能。实验结果表明,当x=0.52时,体系处于四方区域,此时陶瓷的温度稳定性有所提升,在室温~300℃时,d33变化率为±14.7%。在1250℃下烧结的Pb(Zr_(0.48)Ti_(0.52))O_(3)陶瓷具有最佳的电学性能:压电常数d_(33)=183 pC/N,居里温度TC=402℃,相对介电常数ε_(r)=1209。

(Pb,La)(Zr,Sn,Ti)O_3陶瓷、锆锡钛酸铅镧/聚偏氟乙烯三氟乙烯复合材料的介电性能(英文)

用固相烧结法,在1200℃烧结2.5h的条件下,制备了(Pb0.97La0.02)(Zr0.66Sn0.23Ti0.11)O3(PLZST)四方相陶瓷和陶瓷粉末,并将其与聚偏氟乙烯-三氟乙烯[polyvinylidenefluoridetrifluoroethylene,P(VDFTrFE)]相复合制备了70%(体积分数)PLZST/P(VDF TrFE)复合材料。用3～4MeV、剂量为60Mrad的电子束对PLZST陶瓷及其复合材料进行处理,测量其辐照前后的介电温谱,研究其弛豫性能的变化。结果表明:电子束辐照对PLZST陶瓷的介电温谱几乎没有影响,没有改变它的非弛豫特征;70%PLZST/P(VDFTrFE)复合材料由于两相界面间的耦合作用产生微畴而具有弛豫特征,而辐照处理对P(VDFTrFE)内部铁电宏畴的破坏使得其弛豫性能得到显著改善,从而获得了一种良好的弛豫型复合材料。

掺锰锆钛酸铅镧陶瓷的弛豫特性研究

文章通过水热法制备了Mn掺杂的Pb0.96La0.04(Zr0.55Ti0.45)0.99O3陶瓷。X射线衍射分析发现Mn掺杂可以使PLZT由菱方相向四方相转变;扫描电子显微镜观察到陶瓷是晶粒均匀的致密结构,Mn掺杂会使晶粒变小;介电性能测试发现Mn的掺入会增强陶瓷的弛豫特性;Vogel-Fulcher关系式拟合结果显示Mn掺杂的PLZT具有类似自旋玻璃的极化行为;铁电分析表明Mn掺杂量的增加会使铁电畴的背向反转率和矫顽场分别增大和减少,同时伴有频率色散现象,可能与黏滞力的减小有关。

Sb^(3+)和Ba^(2+)共掺杂锆钛酸铅压电陶瓷的制备与表征

以三氧化二锑、碳酸钡为掺杂原材料,采用固相烧结法制备了Sb^(3+)和Ba^(2+)共掺杂锆钛酸铅陶瓷。利用XRD、SEM、自动元件分析仪、准静态D33测量仪、精密阻抗分析仪等对介质的物相、微观形貌、机电性能进行了研究。实验结果表明,Sb^(3+)和Ba^(2+)共掺杂锆钛酸铅陶瓷具有更好的致密性,当掺杂质量分数为1%的Sb_(2)O_(3)和2%的BaO时,机电性能显著提升,相对介电常数为1854,压电系数为439.6 pC/N,机电耦合系数为66%,居里温度从398℃降至380℃。高的压电系数有利于提升锆钛酸铅所制备电子元器件的接收和发射的灵敏度。

锆钛酸铅镧纤维1-3压电复合材料的制备及性能

以锆钛酸铅镧[(Pb1–xLax)(Zr1–yTiy)O3,PLZT]压电陶瓷、聚乙烯醇[(C2H4O)n]和丙三醇(C3H7O3)为原料,用塑性聚合物法制备了PLZT陶瓷纤维。通过排列PLZT陶瓷纤维,灌注环氧树脂E–51的方法制备了陶瓷相体积分数为30%的PLZT/E–51型1–3压电复合材料。用扫描电子显微镜和X射线衍射分别进行显微结构和相结构分析。结果表明:排胶、烧结后PLZT陶瓷纤维横截面直径约250μm,为三方相钙钛矿结构。1–3压电复合材料的压电常数(d33)、相对介电常数(εr)、厚度机电耦合系数(kt)、径向机电耦合系数(kp)、各项异性(kt/kp)和声阻抗(Z)分别为500×10–12C/N,626,0.67,0.30,2.23和11.03×106kg/(m2·s)。该1–3压电复合材料的各向异性远远大于纯陶瓷的,Z显著减小,接近聚合物的水平,使1–3压电复合材料作为超声换能器材料使用时,其探测分辨率明显提高且更易找到与之匹配的背衬。

三方/四方相共存铌锑锆钛酸铅压电陶瓷极化的研究

研究了极化条件对三方 /四方相共存 (即准同型相界 ,简称MPB)的铌锑锆钛酸铅 (PNSZT)压电陶瓷性能和结构的影响 .利用XRD探讨了三方、四方相共存PNSZT压电陶瓷极化过程中畴转向、相变、晶格常数的变化、应变 ,分析讨论了极化作用机理 .XRD结果分析表明 :两相共存压电陶瓷极化过程中畴转向的同时伴随着相变 (四方相→三方相 )、应变、晶格常数变化 ;随着极化程度的提高 ,试样的应变量和 90°畴转向率不断增加 ;当达到极化饱和状态时 ,它们也达到最大值 ,其中应变的最大值为 0 .4% ,90°畴的转向率最大值为 41.6 % ,此时样品的介电常数和机电耦合系数也达到最大值 .当 90°畴转向率高和应变大时 ,材料的机电耦合系数和介电常数也大 .90°畴转向率和应变是表征极化程度的微观结构物理量 .

锰锑酸铅-锌铌酸铅-锆钛酸铅陶瓷的铁电性能

通过电滞回线测试,探讨了xPb(Mn1/3Sb2/3)0.05(Zr1/2Ti1/2)0.95O3(1-x)Pb(Zn1/3Nb2/3)0.28(Zr1/2Ti1/2)0.72O3[xPMnS-(1-x)PZN]陶瓷的铁电性能及铁电相变特性。同时研究了Ba2+取代Pb2+对材料铁电性能的影响。结果表明:三方相含量较高的0.2PMnS-0.8PZN陶瓷具有较高的矫顽场和较大的剩余极化强度;四方相含量较高的0.5PMnS-0.5PZN和0.6PMnS-0.4PZN陶瓷具有较低的矫顽场和较小的剩余极化强度,Ba2+取代使三方相含量增加,铁电性能明显提高。

锰锑酸铅-锌铌酸铅-锆钛酸铅陶瓷的压电性能

以同时位于准同型相界的Pb(Mn1/3Sb2/3)0.05(Zr1/2Ti1/2)0.95O3(PMnS PZT)与Pb(Zn1/3Nb2/3)0.28(Zr1/2Ti1/2)0.72O3(PZN PZT)组合而成的xPb(Mn1/3Sb2/3)0.05(Zr1/2Ti1/2)0.95O3(1-x)Pb(Zn1/3Nb2/3)0.28(Zr1/2Ti1/2)0.72O3[xPMnS(1-x)PZN]四元系压电陶瓷为研究对象,研究了PZN和PMnS含量的变化对xPMnS(1-x)PZN材料结构与性能的影响,制备了具有高性能的四元系xPMnS(1-x)PZN陶瓷材料。结果表明性能最好的组成位于准同型相界附近靠近四方相含量较高的区域。Ba2+,Sr2+取代显著提高了材料的压电性能,Ba2+取代0.5PMnS0.5PZN的性能为压电系数d33=406pC/N,机电耦合系数kp=0.55,介电常数ε3T3/ε0=2183,机械品质因数Qm=1077和介电损耗tanδ=2.7%;Sr2+取代0.6PMnS0.4PZN的性能为d33=438pC/N,kp=0.55,ε3T3/ε0=2701,Qm=1073和tanδ=3.3%。

锌铌酸铅-锆钛酸铅(PZN-PZT)压电陶瓷和陶瓷纤维的制备

以乙酸铅、丙酸锌、五乙氧基铌、四丙氧基锆和四正丁氧基钛为原料,用溶胶-凝胶法制备了锌铌酸铅-锆钛酸铅(PZN-PZT)凝胶纤维.该纤维经热解、烧结后成为直径约25μm的陶瓷纤维.陶瓷纤维的表面和断面形貌的电子扫描图像显示:该陶瓷纤维均匀致密,呈圆柱形.X射线分析表明:烧结温度影响陶瓷的晶相纯度.当烧结温度高于1250℃时,该陶瓷及陶瓷纤维呈现纯净的钙钛矿晶相.阿基米德法测得陶瓷和陶瓷纤维的密度分别为7.70×103kg/m3和7.80×103kg/m3.对陶瓷含量为63%的PZN-PZT陶瓷纤维/环氧树脂1-3复合材料压电片,测得其机电转换常数kt、压电常数d33和相对介电常数ε分别为:0.65、403pC/N和1300.以溶胶-凝胶法制备的超细粉体为原料烧结成的PZN-PZT陶瓷,其kt、d33和ε分别为0.48、600pC/N和2627.

溶胶-凝胶法合成锆钛酸铅陶瓷材料及其特性研究

以丁醇钛、乙醇锆、醋酸铅为原料,采用溶胶-凝胶新工艺,成功地制备出锆钛酸铅陶瓷材料。本文主要对成胶规律.粉末的特性及陶瓷材料的电性能进行了研究。结果表明:用溶胶一凝胶法制备的陶瓷粉料具有纯度高,合成温室低等特点,由此所制备的陶瓷样品具有优良的介电和压电性能。

大功率锆钛酸铅压电陶瓷A位置换的研究

为制备大功率低损耗压电陶瓷材料,对锆钛酸铅压电陶瓷材料进行了A位置换的比较研究.实验结果表明:采用摩尔分数为5%的Sr进行A位置换,制备的陶瓷具有较低的介电损耗和较优的压电性能;而采用摩尔分数为5%的Ba置换,陶瓷则具有较大的介电损耗.采用摩尔分数为5%的Ba和5%的Sr的复合置换,陶瓷能获得较好的综合性能,其性能指标tanδ,Qm,KP,d33和rε分别为0.47%,2 065,0.515,322 pC/N和1 470,适合于大功率器件的应用.

水热法合成单分散锆钛酸铅压电陶瓷粉体

以硝酸铅、氧氯化锆、钛酸四丁酯、氢氧化钾和氨水为原料,以乙醇和水的混合液为溶剂,采用水热法合成Pb(Zr0.52Ti0.48)O3(PZT)压电陶瓷粉体。通过X射线衍射和扫描电镜对合成粉体进行表征,并研究Pb元素物质的量与Zr及Ti两种元素物质的量之和的比n(Pb)/n(Zr+Ti)和矿化剂KOH浓度对粉体物相和形貌的影响。结果表明:n(Pb)/n(Zr+Ti)=1.4时,可以合成单一晶相的PZT,颗粒的立方体形貌规则清晰且无团聚,结晶良好;在200℃、反应溶剂乙醇和水的体积比为2∶1、n(Pb)/n(Zr+Ti)=1.4的条件下,当KOH浓度由1 mol/L增加到4 mol/L时,立方体形貌的PZT粉体的粒径由1.5μm减小到0.2μm。

Pr_6O_(11)掺杂锆钛酸铅二元系压电陶瓷

固相法制备Pb0.955Pr0.03(ZryTi1-y)O3(PPZT1)和Pb1-1.5xPrx(Zr0.54Ti0.46)O3(PPZT2)系压电陶瓷,其中:x=0.02,0.04,0.06,0.08;y=0.51,0.52,0.54,0.56,0.58,0.60。XRD分析表明:PPZT1系统的准同型相界在锆的摩尔分数为55％左右。当锆的摩尔分数为54％,烧结温度为1 240℃,保温1 h,能获得优良的性能,其值分别为:d33=420×10-12C/N;ε33T/ε0=2 000;θc=314℃;Qm=76;tanδ=2％;Kp=0.53。XRD分析还表明:PPZT2系统已远离相界,组成均在四方铁电相内。尽管PPZT2系统的介电常数很高,其压电性能却低于PPZT1系统。

压制方式对锆钛酸铅压电陶瓷密度及性能影响的研究

将低电压电磁成形引入陶瓷粉末成形,以锆钛酸铅(PZT)粉末为研究对象,采用间接加工方式对其进行低电压电磁压制。结果表明,相比于模压成形,通过选择放电参数,低电压电磁压制能提高PZT陶瓷压坯密度并改善陶瓷体的烧结性能。密度测试结果表明,经电磁压制后烧结的PZT制品密度较高。通过电性能参数测试,经电磁压制后烧结的PZT制品压电常数、相对介电常数、机电耦合系数均较高,介质损耗较低。

锆钛酸铅陶瓷的烧结研究进展

综述了国内外锆钛酸铅 (PZT)压电陶瓷的烧结研究进展 ,介绍了各国研究者为获得烧结致密、性能优良的PZT陶瓷所采取的各种措施 。