锆钛酸铅系压电陶瓷PZT
PZT课程设计
锆钛酸铅的结构性能和制备原理摘要：锆钛酸铅Pb(Zr1-x Ti x)O3(PZT)是具有典型钙钛矿结构的陶瓷材料它具有介电性、铁电性、压电性、热释电性等优异性能,可广泛应用于微电子学、光电子学、集成光学、微机电系统等领域。
本文综述了锆钛酸铅(PZT)的晶体结构和掺杂特性，学习了PZT的相图和相变原理，进一步了解到PZT的烧结工艺和烧结机理。
关键词：1 引言1942年发现了BaTiO3的压电性，由于其介电常数较高，很快用于发展。
直到今天仍用于制作声呐装置的振子和声学计测装置以及滤波器等，但由于存在频率温度稳定性欠佳等缺陷，所以1954年美国公布了压电体Pb(ZrTi)O3，即锆钛酸铅，现在统称为PZT型陶瓷。
PZT的出现使压电陶瓷有了更多的应用，例如压电点火装置和滤波器等。
如果把BaTiO3作为单元系压电陶瓷的代表，那么PZT可作为二元系压电陶瓷的代表。
PZT压电陶瓷由于它的性能参数多样性、振动模式的研究与开发利用以及器件制作技术的进步等因素，促使它在近十年来发展甚为迅速，应用日趋广泛，对整个国民经济的发展有着一定的影响。
PZT压电陶瓷是将二氧化铅、锆酸铅、钛酸铅在1200度高温下烧结而成的多晶体，实质是PbZrO3和PbTiO3的固溶体，具有正压电效应和负压电效应。
PbTiO3和PbZrO3是铁电体和反铁电体的典型代表，因为Zr和Ti属于同一副族，PbTiO3和PbZrO3具有相似的空间点阵形式，但两者的宏观特性却有很大的差异，钛酸铅为铁电体，其居里温度为492℃，而锆酸铅却是反铁电体，居里温度为232℃，如此大的差异引起了人们的广泛关注。
研究PbTiO3和PbZrO3的固溶体后发现PZT具有比其它铁电体更优良的压电和介电性能，PZT以及掺杂的PZT系列铁电陶瓷成为近些年研究的焦点。
2 PZT的晶体结构特点和掺杂2.1 PZT的结构特点PZT是PbZrO3和PbTiO3所形成的连续性固溶体，具有钙钛矿型结构。
PZT压电陶瓷介绍和测试方法全解
Q Ua Ca
电荷等效模型
F
压电常数 d
Q=U*C
HSA PZT 压电陶瓷应用介绍
HSA （磁头悬臂装置）结构及功能介绍
PZT元件作用是利用其高压电常数特性，使读写磁头发生水平位移，从而使HSA 水平旋转和 精确寻轨
交变电压
U 型刚体 电荷变化
PZT 元件
位移变化
精确寻轨
HSA
悬臂弹性区
正压电效应：F（应力或形变）输入--->Q\U （电量或电压） 逆压电效应： Q\U （电量或电压）输入--->F（应力或形变）输出
压力输入F
电压输出
形变输出
电压输入
压电介质
压电介质
应力输入电压输出正压电效应
电压输入形变输出产生逆压电效应
正压电效应：Q =d33 *F d33 为压电参数 ：压电材料把机械能转变为电能或把电能转变为机械能的转换系数，它为反映力学 量 (应力或应变)与电学量(电位移或电场)间相互耦合的线性响应系数 测量仪器： ZJ-3AN型准静态d33测量仪
U 型刚体
压电微制动器
滑块
音圈电机
HSA PZT 结构示意图
悬臂刚性区
PZT 元件 环氧胶
PZT 元件 环氧胶
U 型刚体
HSA PZT 结构切片示意图
HSA PZT 压电陶瓷应用介绍
PZT 不良背景介绍
The End
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正压电效应
形变前的状况 形变后的状况
－－－－－－ ＋＋＋＋＋＋
逆压电效应
电 场 方 向
基本知识介绍
压电传感器工作原理
是以某些电介质的压电效应为基础，在外力作用下，在电介质的表面上产生电荷，从而实现 非电量测量
压电材料PZT范文
压电材料PZT范文压电材料是指在外加电场或机械应力下能够产生电荷或形变的材料，属于一类功能材料。
PZT的英文全称为Lead Zirconate Titanate，即铅酸锆钛。
PZT具有三个主要组分：PbO（铅氧化物）、ZrO2（锆氧化物）和TiO2（钛氧化物），这三种组分按一定的比例混合在一起形成PZT晶体。
PZT晶体具有正交晶系，在高温下能够形成钙钛矿结构，这种结构使得PZT具有极好的压电性能。
PZT具有许多出色的特性，使其成为应用广泛的压电材料。
首先，PZT具有较高的压电系数，即在外加电场下，能够产生显著的电荷。
其次，PZT的介电常数相对较大，意味着其可以存储大量的电荷。
此外，PZT还具有良好的机械刚性，使其能够在高压力和高温环境下工作。
当在外加电场或机械应力下，PZT晶体会发生形变，且具有极高的灵敏度，能够非常快速地响应外界刺激。
PZT的制备方法主要有固相法、湿法和溶胶-凝胶法。
固相法是最早使用的一种方法，即将各种原料按一定比例混合，经高温煅烧形成PZT晶体。
湿法是通过溶剂反应将金属盐溶解，再经过干燥和高温煅烧得到PZT晶体。
溶胶-凝胶法是近年来发展起来的一种制备方法，通过溶解金属盐制备溶胶，再通过凝胶化和煅烧得到PZT晶体。
这种方法能够获得具有更高纯度和较细晶粒尺寸的PZT材料。
由于其优异的性能，PZT被广泛应用于许多领域。
在传感器领域，PZT可以制成压电传感器和加速度计，用于测量压力、力、震动等物理量。
在声音和声波领域，PZT可以制作声发生器和听音器，用于产生和接收声音。
在电子器件领域，PZT常被用作压电陶瓷垫片，用于振动和声场的控制。
此外，PZT还被应用于超声成像、精密驱动系统、无线电常数衡量等领域。
总之，PZT作为一种优秀的压电材料，具有较高的压电系数、较大的介电常数和优良的机械性能。
通过不同的制备方法，可以获得具有不同性能的PZT材料。
目前，PZT已广泛应用于传感器、声音和声波器件、电子器件等领域，为各种应用提供了有效的解决方案。
课程设计(PZT材料结构及制备原理)
粉料经混合、煅烧来合成PZT , 然后经过机械粉磨获得PZT 粉体。传统的固相反应 法是将ZrO2 , TiO2和PbO等氧化物粉料通过粉磨混合均匀,在高温下煅烧合成,然后 再经机械粉磨获得钙钛矿相PZT粉体。 由于该方法具有成本低产量高以及制备工艺相对简单等优点,仍然是目前国内 外合成PZT粉体应用最普遍的方法。利用固相反应法合成PZT粉体时,一般要经历生 成PbTiO3或PbZrO3的中间反应,导致所合成的PZT相组成波动和不均匀, 使得准结晶 学相界(MPB ) 产生弥散,严重影响材料的铁电、压电和介电性能。另外,固相反应 法合成PZT的煅烧温度较高,一般不低于1100 ℃，易于产生硬团聚,粉体颗粒较粗, 烧结活性低, 需要较高的烧结温度(1200 ℃)和较长的烧结时间,才能获得烧结致 密的PZT陶瓷。这使得在煅烧合成和烧结的过程中,铅挥发损失严重,难以保证准确 的化学计量比,在PZT结构中产生铅或氧空位缺陷,影响制品性能。机械固相反应法 合成钙钛矿相PZT粉体一般先将PbO, TiO2 , ZrO2原料粉体湿法球磨混合,烘干后得 到具有较高反应活性的超细粉体,然后置于高速摇摆磨或星星磨机中,干法高速球 磨,反应合成钙钛矿相PZT粉体。在干法球磨过程中,反应物经历了无定型化、钙钛 矿相PZT成核和和长大等过程,最终实现PZT超细粉体的合成。机械化学固相反应法 合成的PZT粉体不仅具有超细,分散性好等特点,而且由于是在一个密闭的系统中, 没有铅的挥发损耗,很好的保持了化学组成,并且在机械化学反应的过程中,没有 PbTiO3或PbZrO3等中间相出现,所合成的PZT粉体相组成更加均匀,克服了传统的固 相反应法固有的缺陷。
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PZT 材料固相反应的方法和原理
所谓固相反应，从广义上来讲，凡是有固相参与的反应，都是固相反应。从狭
锆钛酸铅系压电陶瓷课件
配料与混合
按照配方比例将原料混合 均匀，保证原料的分散性 和稳定性。
预处理
对原料进行破碎、球磨、 干燥等预处理，以满足后 续成型工艺的要求。
陶瓷成型与烧成
成型方法
采用干压、等静压、流延、 凝胶注模等成型方法，制 备出所需形状和尺寸的陶 瓷胚体。
烧成制度
制定合理的烧成制度，包 括烧成温度、烧成时间和 气氛等参数，确保陶瓷的 致密化和相转化。
THANKS
感谢观看
易于加工成型
锆钛酸铅系压电陶瓷可以通过 传统的陶瓷加工技术进行成型 和加工，制成各种形状和尺寸
的元件。
锆钛酸铅系压电陶瓷的应用领域
传感器
换能器
锆钛酸铅系压电陶瓷在传感器领域应用广 泛，可用于压力、加速度、声波等物理量 的测量和检测。
利用锆钛酸铅系压电陶瓷的压电效应，可 以制作超声波换能器，用于超声波清洗、 探测、医学成像等领域。
表面加工与保护
对电极层进行加工和保护，以提高其 导电性能和使用寿命。
锆钛酸铅系压电陶瓷的性能优化
掺杂改性
总结词
通过掺入其他元素对锆钛酸铅进行改性，可以改善其压电性能、温度稳定性、机械强度等。
详细描述
掺杂改性是锆钛酸铅系压电陶瓷性能优化的重要手段之一。通过掺入适量的其他元素，如镧、锶、铋等，可以改 变锆钛酸铅的晶体结构、电学性能和机械性能。掺杂元素的作用机制包括取代铅离子、改变氧空位浓度以及调节 晶格常数等。
表面改性与电极优化
总结词
表面改性和电极优化可以提高锆钛酸铅系压电陶瓷的电性能和稳定性，同时降低制造成 本。
详细描述
表面改性和电极优化是锆钛酸铅系压电陶瓷性能优化的重要手段之一。通过表面涂覆、 化学处理、离子注入等技术手段，可以改善陶瓷表面的电学性能和机械性能，提高其稳 定性。电极优化包括选择合适的电极材料、调整电极厚度和覆盖范围等，以提高压电陶
课程设计(PZT材料结构及制备原理)
2.2.2
Hale Waihona Puke 硬性取代所谓“硬性取代改性”是指加入这些添加物后能使矫顽场强 EC 增加，极化变难， 因而在电场或应力作用下，材料性质变“硬”。 （a） K+，Na+等取代 A 位 Pb2+离子（受主掺杂） ；
ABO 3 ' × K 2O → K Pb + K i• + O O
（b） Fe2+、Co2+、Mn2+(或 Fe3+、Co3+、Mn3+)、Ni2+、Mg2+、Al3+、Cr3+等取代
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PZT 材料固相反应的方法和原理
所谓固相反应，从广义上来讲，凡是有固相参与的反应，都是固相反应。从狭
义上来说，固相反应是固体与固体发生化学反应，产生新的固体产物的过程。 目前, PZT粉体的合成方法主要可分为两大类,即固相反应法和湿化学合成法。 固相法是目前国内制备PZT 压电陶瓷粉体普遍采用的方法, 其工艺是多种氧化物
（b）Nb5+、Ta5+、Sb5+、W6+等取代 B 位的 Zr4+、Ti4+离子（施主掺杂） 。
ABO 3 • × Nb 2 O 5 → 2 Nb Zr + O i'' + 4 O o ABO 3 •• × WO 3 → W Zr + O i'' + 5 O o
经软性取代改性后的 PZT 瓷性能有如下变化： 矫顽场强 EC 减小，机械品质因数 Qm 减小； 介电常数ε增加，介电损耗 tanδ增加,机电耦合系数 KP 增加, 抗老化性增加，绝 缘电阻率ρ增加。 其原因是它们的加入导致形成 Pb2+缺位。如每两个 La3+置换 3 个 Pb2+，为了维 持电价平衡，使得在钙钛矿结构中 A 位置上的阳离子数减少，便产生一个 A 空位。 由于 Pb2+缺位的出现，使得电畴运动变得容易进行，甚至很小的电场强度或机械应 力便可以使畴壁发生移动。结果出现出介电常数、弹性柔顺系数的增加，同时介电 损耗和机械损耗增加，Qm 降低。又由于畴的转向容易，使得沿电场方向取向的畴的 数目增加，从而增加极化强度，使得压电效应大大增加，表现为 KP 值的上升。由 于畴的转向阻力变小， 所以用以克服阻力使极化反向的矫顽场很小， 回线近于矩形。 又由于 Pb2+缺位的存在，缓冲了 90 畴转向造成的内应力，使得剩余应变变小。或 者说，由于畴壁容易运动，使得畴的内应力容易得到释放，所以老化性能好。
PZT压电陶瓷的制备解读
材料研究进展课程论文 （PZT压电陶瓷的制备）敏 徐 名：姓 1205101032 号：学班01材料料科学与工程 ：级 班2016年1月10日摘要压电陶瓷材料是一种能够将机械能和电能相互转换的功能陶瓷,在谐振器、传感器、超声换能器、驱动器、滤波器、电子点火器等方面有着广泛的应用。
PZT 压电陶瓷因其具有良好的介电和压电性能,一直以来都占据着压电陶瓷领域的主导地位。
但是传统的固相烧结法的烧结温度高,造成氧化铅的大量挥发,从而引起化学计量比的偏离,性能的下降,环境的污染。
在提倡低碳环保的今天,通过低温烧结技术来降低氧化铅的挥发显得越来越重要和必要。
通过选取组成处于准同型相界(MPB)附近的PbZr0.52Ti0.48O3作为研究对象,结合传统固相烧结法制备PZT压电陶瓷的优缺点,改变传统的氧化物原料,提出两种低温制备PZT压电陶瓷的新方法。
重点研究了以乙酸铅、偏钛酸、碳酸锆和草酸为原料的低温制备新工艺,讨论研磨时间、Zr/Ti比、预烧温度和终烧温度四个因素对本工艺的影响。
通过分析TG-DTA、XRD、SEM和样品的电性能,确定较佳的工艺条件是在Zr/Ti=0.40/0.60下,研磨12 h,在750°C预烧2h,在950°C下终烧2h,此时制备得到的PZT陶瓷的相对介电系数和压电系数均为最大值:ε=824,tanδ=0.986%, d33=372pC/N。
研究表明,此新方法对制备PZT ￡E电陶瓷是r行之有效的,并且样品的电性能略高于传统固相法制备得到PZT压电陶瓷的性能,而且成本低廉,工艺简单,烧结温度低,具有工业应用价值,是一种具有巨大发展潜力低碳绿色环保的新工艺。
关键词：PZT;低温制备;Ce02掺杂;1.PZT压电陶瓷简介1.1 PZT发展史1942年发现了BaTiO3的压电性，由于其介电常数较高，很快用于发展，直到今天仍用于制作声呐装置的振子和声学计测装置以及滤波器等、但由于存在频率温度稳定性欠佳等缺陷，所以1954年美国公布了压电体Pb(ZrTi)O3，即锆钛酸铅，现在统称为PZT型陶瓷，PZT的出现使压电陶瓷有了更多的应用，例如压电点火装置和滤波器等。
PZT薄膜，锆钛酸铅薄膜，Pt-Si上面的PZT薄膜
PZT薄膜，锆钛酸铅薄膜，Pt-Si上面的PZT薄膜
PZT薄膜
PZT薄膜
PZT压电薄膜
锆钛酸铅薄膜
钙钛矿相PZT薄膜
硅基PZT薄膜
Pt-Si上面的PZT薄膜
PZT压电薄膜
镀PZT薄膜膜硅片、SOI片，规格可满足4寸、6寸、8寸。
PZT镀膜产品，具有成膜温度低、成膜速率快、成膜均匀性好、压电系数高、疲劳特性好等特点，广泛应用于MEMS传感器件，在压电超声波传感器、压电换能器、压电执行器中得到越来越多的应用，是下一代传感器件的优良材料。
同时我们可根据客户的需求，定制SOI基片各层厚度及PZT成膜厚度，可进行批量加工。
用途：仅用于科研
类别：铁电薄膜
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