【正文】 還要受其它因素的影響。無(wú)序固溶體是指溶質(zhì)原子在溶劑晶體結(jié)構(gòu)中的分布是任意的、無(wú)規(guī)則的；有序固溶體中的溶質(zhì)質(zhì)點(diǎn)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(guò)極化后，壓電陶瓷才能表現(xiàn)出壓電性。極化強(qiáng)度隨著外電場(chǎng)的增加而增加，一直到整個(gè)晶體成為一個(gè)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(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)晶體具有鐵電效應(yīng)的原因(以BT為例）：氧八面體空隙大，中心陽(yáng)離子鈦離子半徑小，電價(jià)高，很容易與氧離子產(chǎn)生相互作用，當(dāng)鈦離子發(fā)生位移向某一氧離子靠攏時(shí)，氧離子的電子云變形，也向鈦離子靠近并產(chǎn)生強(qiáng)烈的電子位移極化，氧離子極化產(chǎn)生的電場(chǎng)會(huì)促使鈦離子進(jìn)一步位移。 壓電效應(yīng)的機(jī)理 壓電陶瓷的結(jié)構(gòu) 晶體結(jié)構(gòu)目前最廣泛應(yīng)用的壓電陶瓷主要是含鉛與無(wú)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(wú)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(dāng)沿某一方向?qū)w施加機(jī)械力時(shí)，晶體就會(huì)發(fā)生由于形變而導(dǎo)致的正、負(fù)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(dāng)在電介質(zhì)的極化方向上施加電場(chǎng)，這些電介質(zhì)也會(huì)發(fā)生變形，電場(chǎng)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(yīng)。具有壓電效應(yīng)的材料稱為壓電材料。 sintering temperature。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，適量的Nb、Nd和Ce摻雜均能使壓電陶瓷晶粒細(xì)化，得到均勻和致密的陶瓷體，并提高其性能。目 錄中文摘要…………………………………………………………………………………1英文摘要…………………………………………………………………………………21 緒論 3 壓電材料和壓電效應(yīng) 3 壓電陶瓷的結(jié)構(gòu) 5 晶體結(jié)構(gòu) 5 電疇 6 固溶體 6 摻雜改性 8 壓電陶瓷的制備工藝對(duì)材料性能的影響 11 壓電陶瓷的研究現(xiàn)狀 13 研究進(jìn)展 13 弛豫鐵電體 14 幾種PZT基陶瓷的特點(diǎn) 14 幾種常見(jiàn)的化合物添加劑 16 研究背景和意義 162 實(shí)驗(yàn)部分 18 實(shí)驗(yàn)藥品 18 樣品制備 18 樣品的表征方法 19 樣品的密度測(cè)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(cè)試 21 實(shí)驗(yàn)用主要儀器設(shè)備 223 結(jié)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(jié) 論 29謝 辭 30[參考文獻(xiàn)] 31PZTMS基大功率壓電陶瓷的制備與表征摘 要:本文針對(duì)大功率壓電陶瓷的性能要求，選取PZTMS陶瓷體系，采用傳統(tǒng)固相法制備PZTMS基壓電陶瓷。.%，%，燒結(jié)溫度為1200℃時(shí)，樣品具有較好的綜合性能：ε /ε0=97 Kp=、Qm=66d33=350pC/N，可以滿足大功率器件的要求。 piezoelectric and dielectric properties1 緒論 壓電材料和壓電效應(yīng)壓電材料按其化學(xué)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(yīng)可分為正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)。 (a） 正壓電效應(yīng)示意圖 (b) 逆壓電效應(yīng)示意圖。(b)是晶體受到壓縮時(shí)的荷電情況。晶體是內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在三維空間按周期性重復(fù)排列的固體，宏觀晶體存在32種對(duì)稱型或是32種點(diǎn)群，其中有對(duì)稱中心的有11種，剩下無(wú)對(duì)稱中心的有21種，其中20個(gè)表現(xiàn)出壓電效應(yīng)。這樣鈦氧離子相互作用產(chǎn)生的內(nèi)電場(chǎng)超過(guò)了鈦離子位移不大時(shí)產(chǎn)生的恢復(fù)力，因而鈦離子在新的位置上固定下來(lái)，使單位晶胞中正負(fù)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(kāi)始一直擴(kuò)展到整個(gè)晶體。每個(gè)晶粒內(nèi)可以劃分為若干個(gè)電疇，晶胞中自發(fā)極化電距的可能取向受到每個(gè)晶粒的晶軸的限制，因此，不同晶粒之間的電疇結(jié)構(gòu)相互關(guān)系甚少，而每個(gè)晶粒內(nèi)部的電疇結(jié)構(gòu)則傾向于使晶粒的自由能盡量的降低。如再增加電場(chǎng)只有電子與離子的極化效應(yīng)，和一般的電介質(zhì)一樣[1]。 極化過(guò)程示意圖 固溶體定義：將外來(lái)組元引入晶體結(jié)構(gòu)，占據(jù)基質(zhì)晶體質(zhì)點(diǎn)位置或間隙位置的一部分，仍保持一個(gè)晶相。置換固溶體是指溶質(zhì)原子進(jìn)入溶劑中占據(jù)溶劑晶格結(jié)點(diǎn)位置而形成的固溶體，當(dāng)溶質(zhì)和溶劑原子的直徑相差不大時(shí)，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(jià)的影響只有離子價(jià)相同或離子價(jià)總和相等時(shí)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(shí)以相同的晶體結(jié)構(gòu)，如它們都是ABO3型的。在PZT材料中，用高價(jià)離子取代低價(jià)離子，如Nb5+取代( Ti,Zr) 4+會(huì)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(lái)取代A位的Pb2+離子或B位的Zr4+,Ti4+離子，從而改進(jìn)材料的性能。由于一個(gè)取代離子往往影響周圍103個(gè)晶胞，因而加入5~10 mol%的添加物就足以影響整個(gè)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(jié)為兩點(diǎn)： ，使陶瓷體內(nèi)的受束縛的空間電荷密度加大，對(duì)疇壁運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(yīng)　　高價(jià)離子取代，產(chǎn)生Pb缺位，可部分緩沖（應(yīng)力，形變），使得疇壁易運(yùn)動(dòng) ，導(dǎo)致EC ↓Ps ↑ Kp↑ Qm ↓，矯頑場(chǎng)的降低同時(shí)也使得介電常數(shù)ε升高，tgδ增大。PZT在燒結(jié)時(shí)，由于PbO揮發(fā)而形成 。 一般軟性添加劑的量≤1wt.%，過(guò)多將改變鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。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(duì)材料性能的影響煅燒的主要目的是為了使化學(xué)反應(yīng)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(dāng)?shù)臒Y(jié)溫度或溫度范圍之內(nèi)，燒出來(lái)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(zhǎng)球磨時(shí)間，也可以采用化學(xué)法制備的方法。②在較低溫度下形成液相，降低了擴(kuò)散阻力，從而降低燒結(jié)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(zhǎng)大。⑤擴(kuò)大燒結(jié)范圍，如在PZT材料中加入La2O3和Nb2O5后，燒結(jié)范圍可擴(kuò)大80oC。（4）壓力的影響外壓對(duì)燒結(jié)的影響主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：生坯成型壓力和燒結(jié)時(shí)的外加壓力（熱壓）。熱壓可以提供額外的推動(dòng)力以補(bǔ)償被抵消了表面張力，使得燒結(jié)得以繼續(xù)和加速。但極化溫度不能超過(guò)材料的居里溫度。電場(chǎng)愈強(qiáng)，溫度越高，則極化所需要的時(shí)間越短?？傊?，極化時(shí)需要綜合考慮電場(chǎng)強(qiáng)度、極化溫度和極化時(shí)間三個(gè)方面。 在PZT的基礎(chǔ)上除了加入適量的添加劑外，還有研究各個(gè)組份的變化對(duì)性能的影響，尋找最佳配比以及鋯鈦比[5]，燒結(jié)時(shí)間[6]，燒結(jié)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(jié)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(cè)介電峰隨測(cè)試頻率的提高而略微向高溫方向移動(dòng)，這就是頻率色散。 （1）xPMgNyPTzPZ具有高機(jī)電耦合系數(shù)、高介電常數(shù)、較大的機(jī)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(diǎn)是可獲得高的Qm值，時(shí)間穩(wěn)定性好，Kp值中等，介電常數(shù)較低。PMN的加入還會(huì)降低其居里溫度[16]。選擇適當(dāng)?shù)闹鞒煞峙浔?，可獲得較高的溫度穩(wěn)定性。（6）xPNNyPTzPZ材料的特點(diǎn)是相對(duì)常數(shù)特大，可達(dá)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(yáng)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(shí)具有這樣“三高”和“雙低”的性質(zhì)。Pb(Mn1/3Sb2/3)O3（PMS）是文獻(xiàn)報(bào)道最常用的提高功率特性的馳豫鐵電體組元，其特征是復(fù)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(gòu)成，受主摻雜使機(jī)械品質(zhì)因數(shù)提高，同時(shí)施主摻雜提高機(jī)電耦合系數(shù)。根據(jù)設(shè)計(jì)的組成，按化學(xué)計(jì)量比稱取各氧化物，用行星球磨機(jī)在聚乙烯罐中混合球磨（蒸餾水，鋯球）4h，將濕料在烘箱中100176。取出后經(jīng)研磨，在相同條件下進(jìn)行二次球磨6h，將濕料在100176。C、1225176。將陶瓷圓片打磨拋光、清洗、烘干，在兩面涂覆銀漿，于550176。C，2h）0燒結(jié)（1200176。C，3kv/mm，10min）0燒滲銀極（550176。具體步驟如下：（1）將樣品在烘箱內(nèi)烘干后恒重，在精密電子天平上稱取干燥后的試樣，即試樣空氣中重量m1（干重）。X射線衍射儀是利用衍射原理，精確測(cè)定物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)，織構(gòu)及應(yīng)力，精確的進(jìn)行物相分析、定性分析、定量分析，廣泛應(yīng)用于冶金、化工、科研、航空航天、材料生產(chǎn)等領(lǐng)域，它的實(shí)驗(yàn)方法簡(jiǎn)便，所用測(cè)試設(shè)備簡(jiǎn)單，尤其是它的測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，使X射線衍射這種方法成為研究晶體材料的主要測(cè)試方法。如果得到的XRD圖譜中有多個(gè)峰值(即多個(gè)2θ值)，那么就說(shuō)明被測(cè)樣品就有多少個(gè)不同的晶向，即材料的取向性不好；反之，如果只有一個(gè)峰值，說(shuō)明被測(cè)樣品具有很好的擇優(yōu)取向性。掃描電鏡能夠直接觀察樣品表面的結(jié)構(gòu)，樣品的尺寸大?。粯悠分苽溥^(guò)程簡(jiǎn)單，不用切成薄片；景深大，圖像富有立體感。物體的這一性質(zhì)稱為介電性，其使電容量增加的倍數(shù)即為該物體的介電常數(shù)，用以表示物體介電性的大小。