文档介绍：2、钛酸钡压电陶瓷
BaTiO3是最早被发现的铁电晶体、熔点: 、有五种晶相
120℃~1460℃立方晶系:不存在自发极化、无铁电性
0℃~120℃四方晶系:自发极化沿原立方相一边(C轴)
-90℃~0℃斜方晶系:自发极化沿原立方相晶脆面的对角线
T<-90℃三方晶系:自发极化沿原立方相的体对角方向
T>1460℃: 由立方晶系转为六角(方)非铁电相晶系
常温下使用、其铁电性与四方结构密切相关
BaTiO3四方相的轴比:
自发极化轴比非极化轴长1%
以指出
BaTiO3晶体的介电常数的各向异性显著:
沿极化轴方向的比垂直于极化轴方向小得多
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BaTiO3单晶的介电常数
轴方向
轴方向
差异表明:
电场的作用下、 BaTiO3中的离子沿 a 轴方向具有较大的可动性
BaTiO3晶体的介电—温度特性:
相变温度附近、介电常数具有峰值
离子具有较大的可动性
介电常数随温度变化存在热滞现象
相变的热滞现象
介电常数随温度呈明显的非线性变化
极化后:
BaTiO3陶瓷(极化过)的介电常数的各向异性比晶体小得多:
常温、未极化(各向同性):
陶瓷的介电常数与晶粒大小、陶瓷的致密性有关:
晶粒越小、致密性越好,介电常数越大
超细晶粒的陶瓷与晶体的相近
BaTiO3陶瓷、居里点(120℃)不高、存在第二相变点(0℃)
常温介电性和压电性不稳、使用范围受限
扩大其使用温度范围的途径:
加 CaTiO3
加PbTiO3 居里点(120℃)向高温移动
第二相变点(0℃)明显移向低温
3、锆钛酸铅压电陶瓷
(1)钛酸铅压电陶瓷
钛酸铅的性质:
熔点:1285℃, 居里温度高:490℃
晶格常数:
四方铁电相转变为立方相、失去铁电性
T> 490℃
轴比高、各向异性显著矫顽场强高
相变伴随着几何尺寸的突变和自发极化的跳跃:温度升高、c 轴缩短、a 轴伸长
常温下的介电常数较低:
晶体:
陶瓷:
可制作高频滤波器、具有较高的 Kt 值( > )和较好的时间稳定性
钙钛矿型结构、室温下为四方铁电晶相
通常的陶瓷工艺难得到致密的纯钛酸铅陶瓷
原因:试样冷却通过居里点时相变伴随着很大的应变
晶界应力大、导致试样碎裂
控制试样碎裂的途径:
晶粒小、晶界面积大、抗应力碎裂能力大
保证材料具有微晶结构:
颗粒过小、压电性下降,一般控制在:
加入等杂质有利微晶的形成
降低 c/a 比:引入少量的等可减小
提高境界的强度:
如添加: 部分进入晶格、部分在晶界上析出、抑制晶粒生长、增加晶界强度
各向异性造成的应力、使之稳定
钛酸铅改性的途径:
加入高价离子:置换、在晶格中生成 A 缺位; 减小 c/a
可得到低介电系数、耦合系数各向异性大( )、
如
置换部分
加入一定量的
机械品质因数高的压电陶瓷
(3)锆钛酸铅压电陶瓷
钙钛矿结构的化合物
RT时,斜方反铁电体: 晶胞内存在反平行且数值相等的偶极子
对外不显静电偶极矩、230℃转变为立方顺电相
锆酸铅和钛酸铅可形成连续固溶体:
熔点:1570℃
居里温度:230℃
钐、铱、铈
厚/径
(2) 锆酸铅
形成的固溶体的熔点和居里点随两者的含量比值的不同而变化、介于两纯组分的相应值之间
锆酸铅和钛酸铅的二元固溶体的晶胞中的 B 位置可是,也可是
50年代:开始研究;60年代:广泛应用;
70年代:几乎垄断压电陶瓷市场
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系的相图
:正交反铁电相;
:四方反铁电相;
:顺电相;
:不同尺寸三方铁电相;
:四方铁电相
同质异晶相界附近:高机电耦合系数、高介电系数、高压电系数、弹性柔顺性达到最大
富钛侧:四方相;富锆侧:三方相
同质异晶相界:
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同质异晶相界是一个狭窄区域、区域内的三方铁电相和四方铁电相的自由能相等、两相均匀共存
相界区、材料结构较松弛、铁电活性离子容易迁移、压电效应易显现
锆钛酸铅固溶体压电陶瓷的改性:
途径:离子置换或添加少量杂质
目的:获得所需的电性能
具体方法:
①以等价离子置换
a、置换的常用等价离子
碱土金属离子:
置换后的性能改变:居里温度下降,机电耦合系数、
介电系数和压电系数有一定的增加
一定程度上能抑制铅的挥发、促进材料致密化
离子置换量一般不超过 20%(