鐵電陶瓷

鐵電陶瓷

鐵電陶瓷,主晶相為鐵電體的陶瓷材料。常見的鐵電陶瓷多屬鈣鈦礦型結構,如鈦酸鋇陶瓷及其固溶體,也有鎢青銅型、含鉍層狀化合物和燒綠石型等結構。鐵電陶瓷配方的確定原則:先移后展,有所側重;單獨考慮,綜合調整。

介紹


具有鐵電性的陶瓷。在低於居里溫度時具有自發極化性能。陶瓷中具有許多電疇,鐵電陶瓷的重要特徵是其極化強度與施加電壓不成線性 關係,具有明顯的滯後效應。由於這類陶瓷的電性能在物理上與鐵磁材料的 磁性能相似,因而稱為鐵電陶瓷。不一 定以鐵作為其主要成分。

鐵電效應


某些電介質可自發極化,在外電場作用下自發極化能重新取向的現象稱鐵電效應。具有這種性能的陶瓷稱鐵電陶瓷。鐵電陶瓷具有電滯回線和居里溫度。在居里溫度點,晶體由鐵電相轉變為非鐵電相,其電學、光學、彈性和熱學等性質均出現反常現象,如介電常數出現極大值。1941年美國首先製成介電常數高達1100的鈦酸鋇鐵電陶瓷。

常見陶瓷材料


常見的鐵電 材料多屬鈣鈦礦型結構,如BaTiO、 PbTiO、SrTiO等。此外,鎢青銅結 構材料有PbNbO、SrBaNbO、 BaNaNbO等。焦綠石結構材料有 CdTaO、PbNbO、CdNbO等。層狀氧化鉍結構材料有BiTiO、 PbBiNbO等。通過固溶、離子代換 和摻雜改性等獲得實用的鐵電氧化物 陶瓷已達千種以上。非氧化物鐵電陶 瓷正在發展。可用於產生電容、壓電、熱敏電致伸縮、電聲、電光等效應,作為感測、驅動、存儲、調製等器件的 材料。

製作工藝


鐵電陶瓷的製造工藝大致相同。例如,鈦酸鋇系陶瓷用超純、超細的等摩爾碳酸鋇二氧化鈦原料混合均勻,在1150°C左右預燒成鈦酸鋇。加入少量為改善工藝和電性能所需要的附加劑,如產生陽離子缺位的三價鑭、三價鉍或五價鈮離子附加劑,產生氧離子空位的三價鐵、三價鈧或三價鋁離子,置換鋇離子使晶格畸變的二價鍶離子以及生成液相、降低燒成溫度的氧化鎂二氧化錳等附加劑。經過粉磨或其他方法充分混合,用干壓、輥壓或擠壓等方法成型,再在1350°C左右的氧化氣氛中燒成。還可採用熱壓燒結,高溫等靜壓燒結等方法,以提高產品的質量。

鐵電陶瓷性能


它的主要特性為:
(1)在一定溫度範圍內存在自發極化,當高於某一居里溫度時,自發極化消失,鐵電相變為順電相;
(2)存在電疇
(3)發生極化狀態改變時,其介電常數-溫度特性發生顯著變化,出現峰值,並服從Curie-Weiss定律;
(4)極化強度隨外加電場強度而變化,形成電滯回線;
(5)介電常數隨外加電場呈非線性變化;
(6)在電場作用下產生電致伸縮或電致應變。
電性能:高的抗電壓強度和介電常數。低的老化率。在一定溫度範圍內(-55~+85℃)介電常數變化率較小。介電常數或介質的電容量隨交流電場或直流電場的變化率小。

用途


鐵電陶瓷的特性決定了它的用途。利用其高介電常數,可以製作大容量的電容器、高頻用微型電容器、高壓電容器、疊層電容器和半導體陶瓷電容器等,電容量可高達0.45μF/cm 。利用其介電常數隨外電場呈非線性變化的特性,可以製作介質放大器和相移器等。利用其熱釋電性,可以製作紅外探測器等。此外,還有一種透明鐵電陶瓷,例如氧化鉛(鑭)、氧化鋯(鈦)系透明陶瓷,具有電光效應(即其電疇狀態的變化,伴隨有光學性質的改變)。通過外加電場對其電疇狀態的控制、產生電控雙折射、電控光散射、電誘相變和電控表面變形等特性。可用於製造光閥、光調製器、光存貯器、光顯示器、光電感測器、光譜濾波器、激光防護鏡和熱電探測器等。