【正文】 以及相關的性能測試來鑒別固溶體的類型，在無機材料科學基礎書本中涉及到了可以通過測定晶胞參數(shù)并計算出固溶體的密度，再對比實驗精確測出的密度來判斷。不等價置換 高價置換低價 低價置換高價陽離子空位、陰離子進入間隙陰離子空位、陽離子進入間隙在上述四種情況中，陰離子進入間隙位置一般較少，因其半徑較大，進入間隙后使晶體內(nèi)能增大不穩(wěn)定，只有螢石結構除外。大部分是通過加入與Pb2+或Zr4+或Ti4+離子半徑相近且等價的離子化合物，在進行一次球磨時就與基體化合物一起混合，一起煅燒成相，從而得到固溶體材料。電負性相近，有利于固溶體的生成；電負性差別大的，傾向于生成化合物。（2）晶體的結構類型能形成連續(xù)固溶體的兩個組分必須具有相同的晶體結構類型，但是有相同的晶體結構類型不一定能形成連續(xù)的固溶體，還要受其它因素的影響。無序固溶體是指溶質(zhì)原子在溶劑晶體結構中的分布是任意的、無規(guī)則的；有序固溶體中的溶質(zhì)質(zhì)點的分布是有序的，有規(guī)則排列的。，可分為有限固溶體和連續(xù)固溶體。 。因此，只有經(jīng)過極化后，壓電陶瓷才能表現(xiàn)出壓電性。極化強度隨著外電場的增加而增加，一直到整個晶體成為一個單一的極化疇為止。 電疇鐵電體的重要顯微特征是具有電疇結構。自發(fā)極化方向相同的晶胞組成的小區(qū)域稱為電疇。除此之外，要得到穩(wěn)定的鈣鈦礦結構的需要滿足容差因子公式rA+rO=t(rB+rO)，其中t為容差因子（）ABO3型：A：＋1,＋2,＋3Na＋，K＋，Ba2+，Pb2+ ,La3+B：＋5,＋4,＋3Nb5+,Ti4+，Zr4+，F(xiàn)e3+ 壓電陶瓷的鈣鈦礦結構晶體具有鐵電效應的原因(以BT為例）：氧八面體空隙大，中心陽離子鈦離子半徑小，電價高，很容易與氧離子產(chǎn)生相互作用，當鈦離子發(fā)生位移向某一氧離子靠攏時，氧離子的電子云變形，也向鈦離子靠近并產(chǎn)生強烈的電子位移極化，氧離子極化產(chǎn)生的電場會促使鈦離子進一步位移。 壓電效應的機理 壓電陶瓷的結構 晶體結構目前最廣泛應用的壓電陶瓷主要是含鉛與無鉛體系，含鉛的主要是鋯鈦酸鉛及以鋯鈦酸鉛為基的二元、三元和四元體系，且已經(jīng)發(fā)展到五元；無鉛的主要是以鈦酸鋇、鈮酸鉀鈉及以其為基的體系等等。但是當沿某一方向對晶體施加機械力時，晶體就會發(fā)生由于形變而導致的正、負電荷重心不重合，也就是電矩發(fā)生了變化，從而引起晶體表面的荷電現(xiàn)象。相反，當在電介質(zhì)的極化方向上施加電場，這些電介質(zhì)也會發(fā)生變形，電場去掉后，電介質(zhì)的變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應。具有壓電效應的材料稱為壓電材料。PZTMS基大功率壓電陶瓷的制備與表征畢業(yè)論文目錄中文摘要…………………………………………………………………………………1英文摘要…………………………………………………………………………………21 緒論 3 壓電材料和壓電效應 3 壓電陶瓷的結構 5 晶體結構 5 電疇 6 固溶體 6 摻雜改性 8 壓電陶瓷的制備工藝對材料性能的影響 11 壓電陶瓷的研究現(xiàn)狀 13 研究進展 13 弛豫鐵電體 14 幾種PZT基陶瓷的特點 14 幾種常見的化合物添加劑 16 研究背景和意義 162 實驗部分 18 實驗藥品 18 樣品制備 18 樣品的表征方法 19 樣品的密度測定 19 X射線衍射分析（XRD） 20 掃描電鏡分析（SEM） 20 壓電、介電性能的測試 21 實驗用主要儀器設備 223 結果與討論 23 致密度分析 23 XRD分析 23 SEM分析 2壓電性能 25結 論 29謝 辭 30[參考文獻] 31 1 緒論 壓電材料和壓電效應壓電材料按其化學組成和形態(tài)分為壓電單晶、壓電陶瓷、壓電高分子聚合物三類()。壓電效應可分為正壓電效應和逆壓電效應。 (a） 正壓電效應示意圖 (b) 逆壓電效應示意圖。(b)是晶體受到壓縮時的荷電情況。晶體是內(nèi)部質(zhì)點在三維空間按周期性重復排列的固體，宏觀晶體存在32種對稱型或是32種點群，其中有對稱中心的有11種，剩下無對稱中心的有21種，其中20個表現(xiàn)出壓電效應。這樣鈦氧離子相互作用產(chǎn)生的內(nèi)電場超過了鈦離子位移不大時產(chǎn)生的恢復力，因而鈦離子在新的位置上固定下來，使單位晶胞中正負電荷中心不重合，產(chǎn)生電偶極距，這種現(xiàn)象就是自發(fā)極化。在理想晶體中，電疇從形成中心開始一直擴展到整個晶體。每個晶粒內(nèi)可以劃分為若干個電疇，晶胞中自發(fā)極化電距的可能取向受到每個晶粒的晶軸的限制，因此，不同晶粒之間的電疇結構相互關系甚少，而每個晶粒內(nèi)部的電疇結構則傾向于使晶粒的自由能盡量的降低。如再增加電場只有電子與離子的極化效應，和一般的電介質(zhì)一樣[1]。 極化過程示意圖 固溶體定義：將外來組元引入晶體結構，占據(jù)基質(zhì)晶體質(zhì)點位置或間隙位置的一部分，仍保持一個晶相。置換固溶體是指溶質(zhì)原子進入溶劑中占據(jù)溶劑晶格結點位置而形成的固溶體，當溶質(zhì)和溶劑原子的直徑相差不大時，一般在15%以內(nèi)，易形成置換固溶體。連續(xù)固溶體只能是置換固溶體，連續(xù)固溶體是指溶劑和溶質(zhì)可以按任意比例相互固溶。，一般是置換型固溶體。（3）離子電價的影響只有離子價相同或離子價總和相等時才能形成連續(xù)置換型固溶體。PZT是典型的連續(xù)型固溶體材料，是PbZrO3和PbTiO3可以以任意比例固溶。還有的在加入時以相同的晶體結構，如它們都是ABO3型的。在PZT材料中，用高價離子取代低價離子，如Nb5+取代( Ti,Zr) 4+會形成鉛空位。 摻雜改性PZT陶瓷的摻雜改性：為了滿足不同的使用目的，我們需要具有各種性能的PZT壓電陶瓷，為此我們可以添加不同的離子來取代A位的Pb2+離子或B位的Zr4+,Ti4+離子，從而改進材料的性能。由于一個取代離子往往影響周圍103個晶胞，因而加入5~10 mol%的添加物就足以影響整個晶體了。如 K+ 、Na+ 、Mg2+、Fe3+、Al3+等 , K+ 、Na+可以置換Pb2+ , Mg2+、Fe3+、Al3+等可以置換( Ti，Zr) 4+。 （3）材料變硬的原因可以歸結為兩點： ，使陶瓷體內(nèi)的受束縛的空間電荷密度加大，對疇壁運動產(chǎn)生很大的抑制作用；在不均勻介質(zhì)中，存在晶界、相界、晶格畸變、雜質(zhì)夾層、氣泡等缺陷區(qū)，都可以成為自由電荷（自由電子、間隙離子、空位等）運動的障礙，自由電荷在障礙處積聚，形成空間電荷極化。 （2） 原因：① 力緩沖效應　　高價離子取代，產(chǎn)生Pb缺位，可部分緩沖（應力，形變），使得疇壁易運動 ，導致EC ↓Ps ↑ Kp↑ Qm ↓，矯頑場的降低同時也使得介電常數(shù)ε升高，tgδ增大。PZT在燒結時，由于PbO揮發(fā)而形成 。 一般軟性添加劑的量≤1wt.%，過多將改變鈣鈦礦結構。如在PZT中加入W(軟)、Mn(硬)可使Kp提高 、 Qm提高軟硬兼優(yōu)；但是要防止其作用相互抵消，加Nb2O5(軟)、Al2O3(硬) 軟硬抵消 壓電陶瓷的制備工藝對材料性能的影響煅燒的主要目的是為了使化學反應完全，合成純鈣鈦礦相，這是得到良好性能的前提。只有在適當?shù)臒Y溫度或溫度范圍之內(nèi)，燒出來的陶瓷既致密，而且性能也好。降低物料粒度的可以采用延長球磨時間，也可以采用化學法制備的方法。②在較低溫度下形成液相，降低了擴散阻力，從而降低燒結溫度，提高坯體的密度，如ZnO2，Li2CO3，Bi2O3等③與基體形成化合物，抑制晶粒長大。⑤擴大燒結范圍，如在PZT材料中加入La2O3和Nb2O5后，燒結范圍可擴大80oC。（4）壓力的影響外壓對燒結的影響主要表現(xiàn)在兩個方面：生坯成型壓力和燒結時的外加壓力（熱壓）。熱壓可以提供額外的推動力以補償被抵消了表面張力，使得燒結得以繼續(xù)和加速。但極化溫度不能超過材料的居里溫度。電場愈強，溫度越高，則極化所需要的時間越短。總之，極化時需要綜合考慮電場強度、極化溫度和極化時間三個方面。 在PZT的基礎上除了加入適量的添加劑外，還有研究各個組份的變化對性能的影響，尋找最佳配比以及鋯鈦比[5]，燒結時間[6]，燒結氣氛[7]，晶粒尺寸[8]，MPB附近[9]，低燒（氧化鋅，氧化銅，碳酸鋰，氧化鉍，2CaO–Fe2O3），不同制備方法比較[10]，鉛含量變化影響[11]，第二相的影響[12]，煅燒溫度和燒結溫度[13]的影響等。隨頻率的升高，介電常數(shù)減小，介質(zhì)損耗增大，且在低溫側介電峰隨測試頻率的提高而略微向高溫方向移動，這就是頻率色散。 （1）xPMgNyPTzPZ具有高機電耦合系數(shù)、高介電常數(shù)、較大的機械品質(zhì)因數(shù)和較好的穩(wěn)定性，用途廣泛，可做拾音器、微音器、濾波器、變壓器、超聲延遲線以及引爆用的火花塞等。PMS的加入使得介電常數(shù)下降和介質(zhì)損耗增加，居里溫度降低。該材料的特點是可獲得高的Qm值，時間穩(wěn)定性好，Kp值中等，介電常數(shù)較低。PMN的加入還會降低其居里溫度[16]。選擇適當?shù)闹鞒煞峙浔龋色@得較高的溫度穩(wěn)定性。（6）xPNNyPTzPZ材料的特點是相對常數(shù)特大，可達15260，Kp可在較寬范圍內(nèi)（）調(diào)節(jié)，添加適量的MnO2之后，（低頻）特性良好，可用于揚聲器等電聲器件。可提高陶瓷的壓電性能。所以大功率壓電陶瓷變壓器用材料必須同時具有這樣“三高”和“雙低”的性質(zhì)。Pb(Mn1/3Sb2/3)O3（PMS）是文獻報道最常用的提高功率特性的馳豫鐵電體組元，其特征是復合鈣鈦礦的B位由受主摻雜元素(Mn)和施主摻雜元素 (Sb，Nb)構成，受主摻雜使機械品質(zhì)因數(shù)提高，同時施主摻雜提高機電耦合系數(shù)。根據(jù)設計的組成，按化學計量比稱取各氧化物，用行星球磨機在聚乙烯罐中混合球磨（蒸餾水，