稀土功能陶瓷材料--课件.ppt

Contents:概述一、稀土压电陶瓷PiezoelectricCeramics1.晶体的压电性①.压电效应：一般说来，对晶体施加压力、张力或切向力，该晶体就会发生形变，而对某些晶体施加应力时，还会在此晶体中出现，发射与所受应力成比例的介质极化现象，在晶体两端出现数量相等的正负电荷，这种现象称为正压电效应；相反，当在晶体上施加电压引起极化时，产生与电场强度成比例的形变或机械应力，这种现象称为逆压电效应②.特性characteristic：③.机电耦合：④.机械品质因数Qm：C0为元件的静电容，R1为元件谐振时的等效电阻，C1为谐振等效电容，Δf为元件的谐振频率fr与反谐振频率fa之差，Qm是无量纲的物理量。2.晶体的铁电性之所以称为铁电体，是因为它与铁磁体的许多物理性质有一一对应之处。3.稀土压电陶瓷①稀土钛酸铅(PT)压电陶瓷对PbTiO3而言，在温度高于490℃时，上述晶胞具有立方对称性(c=a),晶胞内的正负电荷重心重合，不能自发极化；当温度降至490℃以下时，其晶体结构转变为四方对称性从而使晶胞内的正负电荷重心偏移，沿C轴方向产生自发极化。ABO3型化合物的晶体结构发生变化的温度称为居里温度，在Tc以下，晶胞参数c和a随温度而变化，且c/a随温度的降低而增大。②稀土锆钛酸铅压电陶瓷Zr，Ti任意比，无压电性为了改善PZT陶瓷的烧结性能并获得所需的电学性能和压电性能，必须对其进行改性处理，掺入La，Ce，Sm的氧化物为添加物就是一种常用的改性方法。掺入后实际上是取代二价Pb2+，使陶瓷的电物理特性发生了一系列变化，其电畴容易转向，矫顽场强Ec降低，体积电阻率增加，压电活性提高，介电常数和介电损耗均增大，机械品质因数降低，是材料“变软”。压电电压0.01La2O3+Pb(Zr,Ti)O3→Pb0.97La0.02[铅缺位]0.01(Zr,Ti)O3+0.03PbO↑锆钛酸铅镧（PLZT）铁电陶瓷，添加稀土氧化物La2O3，使陶瓷材料具有很高的透明度，真正进入功能光学领域。可以说PLZT陶瓷是电光陶瓷中的典型材料。1.PLZT陶瓷的组成及相图因PbTiO3和PbZrO3这两种化合物可无限互溶形成PZT，而La2O3在PZT中的溶解度很高，故在很宽的组成范围内配制各种不同化学组成的PLZT陶瓷。2.镧在PLZT陶瓷中的作用3.PLZT陶瓷的电性能4.PLZT陶瓷的光性能5.PLZT的电光性能折射率与所加电场强度的一次方成正比改变的为线性电光效应，折射率与所加电场强度的二次方成正比改变的为二次电光效应。用简单工艺制得的某些陶瓷，具有优良的半导体性质，并因其优异的性能和低廉的价格，已称为功能材料材料中一个重要的、富有生命力的分支。因通常将其用于制作传感器中的敏感元件，往往又称为敏感陶瓷或传感器陶瓷。按半导体陶瓷的功能进行分类:1.热敏陶瓷研究最多应用最广的是BaTiO3系PTC热敏陶瓷。PTC现象：指材料电阻率随自身温度升高而增大的一种温度敏感特性。向BaTiO3中掺入微量的La、Sm、Gd、Dy、Ho等，使成为电介质，电阻达到108Ω·cm的BaTiO3变成电阻为10～102Ω·cm。若温度超过Tc温度，则电阻率在几十度的温区内增大3～7个数量级，即呈现PTC效应。用简单工艺制得的某些陶瓷，具有优良的半导体性质，并因其优异的性能和低廉的价格，已称为功能材料材料中一个重要的、富有生命力的分支。因通常将其用于制作传感器中的敏感元件，往往又称为敏感陶瓷或传感器陶瓷。按半导体陶瓷的功能进行分类:1.热敏陶瓷研究最多应用最广的是BaTiO3系PTC热敏陶瓷。PTC现象：指材料电阻率随自身温度升高而增大的一种温度敏感特性。向BaTiO3中掺入微量的La、Sm、Gd、Dy、Ho等，使成为电介质，电阻达到108Ω·cm的BaTiO3变成电阻为10～102Ω·cm。若温度超过Tc温度，则电阻率在几十度的温区内增大3～7个数量级，即呈现PTC效应。BaTiO3陶瓷的半导化机理La3+取代Ba2+时：Nb5+取代Ti4+时：BaTiO3陶瓷的室温电阻率随掺杂含量的增加呈U形变化，当施主杂质含量在较低的范围内（0.1~0.35％摩尔浓度），BaTiO3的电阻率随施主杂质含量的增加而显著降低。而当施主杂质超过一定值时，BaTiO3陶瓷的电阻率则随施主杂质含量的增加而迅速增加，甚至成为绝缘体。电价补偿理论补充意见：1.当三价施主离子含量过高时，不仅会占据A位取代，而且会占据B位离子的位置，从而形成受主型能级，俘获施主能级上的电子，使导电载流子浓度降低甚至消失，所以BaTiO3陶瓷由半导体转变为绝缘体。谢谢