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什么是铁电陶瓷?
2022年08月17日 发布 分类:粉体入门 点击量:290
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人们发现有少数压电晶体由于本身内部的特殊结构,即使在没有外加电场的情况下,本身已经是极化了的,这些极化称为自发极化,而且当给这种晶体施加电场时,自发极化就会沿电场方向取向,如果电场反向,自发极化就会跟着反向,如果电场去除,自发极化基本上沿着原来的电场方向。我们可以把它的极化情况与外加电场来作图,在物理学上凡出现迴线特性的物质都“姓”铁,例如铁磁体、铁弹体,这里极化与外加电场间出现迴线的晶体,人们就称它为铁电晶体。

1、铁电效应

某些电介质可自发极化,在外电场作用下自发极化能重新取向的现象称铁电效应。具有这种性能的陶瓷称铁电陶瓷。铁电陶瓷具有电滞回线和居里温度。在居里温度点,晶体由铁电相转变为非铁电相,其电学、光学、弹性和热学等性质均出现反常现象,如介电常数出现极大值。1941年美国首先制成介电常数高达1100的钛酸钡铁电陶瓷。

2、铁电陶瓷的特性

(1)在一定温度范围内存在自发极化,当高于某一居里温度时,自发极化消失,铁电相变为顺电相;

(2)存在电畴;

(3)发生极化状态改变时,其介电常数-温度特性发生显着变化,出现峰值,并服从居里-外斯定律;

(4)极化强度随外加电场强度而变化,形成电滞回线;

(5)介电常数随外加电场呈非线性变化;

(6)在电场作用下产生电致伸缩或电致应变。

3、铁电陶瓷的生产工艺

铁电陶瓷的制造工艺大致相同。例如,钛酸钡系陶瓷用超纯、超细的等摩尔碳酸钡和二氧化钛原料混合均匀,在1150°C左右预烧成钛酸钡。加入少量为改善工艺和电性能所需要的附加剂,如产生阳离子缺位的三价镧、三价铋或五价铌离子附加剂,产生氧离子空位的三价铁、三价钪或三价铝离子,置换钡离子使晶格畸变的二价锶离子以及生成液相、降低烧成温度的氧化镁或二氧化锰等附加剂。经过粉磨或其他方法充分混合,用干压、辊压或挤压等方法成型,再在1350°C左右的氧化气氛中烧成。还可采用热压烧结,高温等静压烧结等方法,以提高产品的质量。

4、铁电陶瓷的作用

常见的铁电陶瓷多属钙钛矿型结构,如钛酸钡(BaTiO3)陶瓷及其固溶体,也有钨青铜型、含铋层状化合物和烧绿石型等结构。利用铁电陶瓷的高介电常数可制作大容量的陶瓷电容器;利用其压电性可制作各种压电器件;利用其热释电性可制作红外探测器;通过适当工艺制成的透明铁电陶瓷具有电控光特性,利用它可制作存贮,显示或开关用的电控光特性。通过物理或化学方法制备的PZT、PLZT等铁电薄膜,在电光器件、非挥发性铁电存储器件等有重要用途。


钙钛矿结构

4、铁电陶瓷的用途

铁电陶瓷的特性决定了它的用途。利用其高介电常数,可以制作大容量的电容器、高频用微型电容器、高压电容器、叠层电容器和半岛体陶瓷电容器等,电容量可高达0.45μF/cm2。利用其介电常数随外电场呈非线性变化的特性,可以制作介质放大器和相移器等。

利用其热释电性,可以制作红外探测器等。此外,还有一种透明铁电陶瓷,例如氧化铅(镧)、氧化锆(钛)系透明陶瓷,具有电光效应(即其电畴状态的变化,伴随有光学性质的改变)。通过外加电场对其电畴状态的控制、产生电控双折射、电控光散射、电诱相变和电控表面变形等特性。可用于制造光阀、光调制器、光存贮器、光显示器、光电传感器、光谱滤波器、激光防护镜和热电探测器等。


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