致密PZT95/5铁电陶瓷低温相结构与电性能研究

采用固相法制备了致密PZT95/5铁电陶瓷, 研究了低温下致密PZT95/5铁电陶瓷相结构和电性能的变化规律。变温X射线衍射(XRD)研究表明, 低温(-60℃)下极化和未极化致密PZT95/5铁电陶瓷相结构保持不变。电性能研究表明随着温度从30℃下降至-60℃, 致密PZT95/5铁电陶瓷的相对介电常数从278显著下降至173, 而电阻率和剩余极化强度基本保持不变。结合冲击波载荷下动态放电模拟分析, 发现相对介电常数的降低将引起动态电场增大至常温下的1.5倍, 这可能是导致致密PZT95/5铁电陶瓷低温下击穿概率显著增大的关键因素。     

多孔PZT95/5铁电陶瓷材料研究进展

基于铁电材料冲击波去极化效应的高功率脉冲电源在国防和高新技术领域具有重要应用。PZT95/5铁电陶瓷是目前铁电体高功率脉冲电源应用的理想材料。近年来, 多孔PZT95/5铁电陶瓷被发现具有更优异的综合性能而引起广泛关注。本文概述了多孔PZT95/5铁电陶瓷在微结构与性能调控、冲击波加载下的响应行为以及抗冲击损伤机制等方面的最新进展。研究发现, 具有合适气孔率和气孔分布的多孔PZT95/5铁电陶瓷具有优异的抗冲击损伤和耐电击穿性能; 多孔脆性材料中破碎介质的“滑移与转动”变形机制增强了材料的塑性变形, 从而提高了多孔材料的抗冲击损伤性能。最后, 简要介绍了BNT基无铅铁电陶瓷以及PIN-PMN铁电单晶在高功率脉冲电源方面应用的研究进展, 并对未来研究工作提出展望。     

PZT 95/5-2Nb铁电陶瓷脉冲换能电输出

讨论了PZT 95/5-2Nb铁电陶瓷在冲击波压缩下的释放电性能,并利用PZT 95/5-2Nb铁电陶瓷设计了三种脉冲电源,分别实现了恒定电流、台阶电流和恒定电压等不同条件的电能输出.实验结果表明,PZT 95/5-2Nb铁电陶瓷可适用于多种性能的脉冲能源,具有电流输出幅值和波形易于控制,电流脉冲上升前沿陡,电源体积小等特点,具有广阔的应用前景.     

冲击应力加载下PZT95/5电响应的试验研究

应用爆炸冲击波加载技术,改进试验装置,解决了PZT95／5样品与负载的匹配问题,对PZT95／5铁电陶瓷在电感和电阻负载下的电响应进行了试验研究,得到了很好的试验结果：在60μH的电感负载上获得1660A的电流、在电阻负载上得到100kV以上的脉冲电压。     

柱面冲击波合成对 PZT 95/5粉体性能及烧结特性的影响

以Pb3O4、ZrO2、TiO2和Nb2O5为原料,按Pb（Zr（0.95）Ti（0.05））O3＋1%Nb2O5配料混合,采用柱面冲击波装置对粉料进行冲击合成,研究了冲击波作用对粉体性能和烧结特性的影响,并利用球模型推导的扩散机制的烧结方程获得PZT95/5陶瓷的烧结活化能.结果表明,利用冲击波的高温高压作用可以合成单一钙钛矿相PZT95/5粉体,同时由于冲击波的活化作用和破碎作用,使粉体晶粒细化,并产生了一定程度的晶格畸变,可显著改善陶瓷的烧结性能.该试样在1200℃无压烧结3h,陶瓷体致密度达到7.79g·cm^-3,其烧结活化能由固相合成试样的242.57kJ·mol^-1降低为115.12kJ·mol^-1,起到活化烧结的目的.     

Pb(Zr0.95Ti0.05)O3粉体的冲击波合成及烧结研究

以ZrO2、Pb304和TiO2为原料（Nb2O5为掺杂剂），采用柱面冲击波装置合成了Pb（Zr0.95 Ti0.05）O2（PZT95／5）粉体，并对粉体活性及其烧结性能进行了研究。XRD及SEM分析表明，利用冲击波的高温高压作用可以合成单一钙钛矿相PZT95／5粉体，并使得粉体发生了晶粒细化与晶格畸变，这有利于增强粉体活性，促进低温活化烧结。该粉体在1100℃的低温下即可烧结成瓷；在1200℃烧结3h，陶瓷体致密度达到最大，约7．79g／cm^3，且晶粒尺寸相近，分布均匀。     

集成工艺中湿法刻蚀对锆钛酸铅性能的影响(英文)

通过将溶胶凝胶法制备的锆钛酸铅(PZT)在非晶态和多晶态进行刻蚀,对比未经刻蚀的PZT性能,研究了集成工艺中湿法刻蚀造成极化和耐久性能退化的机理.PZT的结晶图谱和表面形貌分析发现,湿法刻蚀中产生的非铁电成分由于具有较小的介电常数,降低了铁电材料上分担的有效测试电压,导致刻蚀后PZT极化能力的降低.未刻蚀的PZT翻转1011次后极化值损失约3%,而刻蚀后极化值减小量大于5%.随着尺寸的减小,耐久特性的降低更为明显,100μm×100μm的PZT极化值减小量约为500μm×500μm样品的3倍.高温过程中由于湿法刻蚀而产生的缺陷和空隙在PZT内部重新分布,外加电压下有更多的电子被缺陷和空隙束缚而产生内建电场并钉扎铁电畴,不同器件尺寸的PZT内部缺陷和空隙浓度的变化不同,导致耐久特性随PZT器件尺寸而不同.利用压电特性参数与极化强度的关系,可以解释湿法刻蚀对压电特性造成损伤的原因.     

多孔PZT95/5铁电陶瓷的机械性能和铁电性能研究

采用添加造孔剂的方法制备多孔锆钛酸铅(PZT95/5)铁电陶瓷, 研究了孔结构包括孔隙率、孔径及孔形状对多孔PZT95/5陶瓷机械性能和电性能的影响及机理, 并揭示多孔PZT95/5陶瓷微观结构、机械性能和铁电性能的内在联系。研究表明: 孔隙率的增加降低了多孔PZT95/5陶瓷的声阻抗, 改善了陶瓷与封装材料的声阻抗匹配. 孔隙率增加, 多孔PZT95/5陶瓷的屈服应力和剩余极化强度降低, 矫顽场强增大。孔结构对多孔PZT95/5陶瓷屈服应力的影响可由应力集中理论解释; 多孔PZT95/5陶瓷剩余极化强度随孔结构的变化可用内应力结合空间电荷理论加以解释。     

硅基外延La-Sr-Co-O/Pb-Zr-Ti-O/La-Sr-Co-O异质结的制备

在外延SrTiO3（STO）作为缓冲层的Si基片上，应用溶胶-凝胶法（sol-gel）和磁控溅射法，在5．50℃温度下制备了外延的La0.5Sr0.5CdO3／Pb（Zr0．2Ti0．8）O3/La0．5Sr0．5CoO3（LSCO／PZT／LSCO）异质结。X射线衍射结果表明，LSCO／PZT／LSCO异质结是c向外延生长的。当外加电压为60V时，LSCO／PZT／LSCO铁电电容器的剩余极化强度为．50．3μC/cm^2.，当电压为30V时，铁电电容器有效极化强度为80μC/cm^2.。其它电学性能表明。PZT铁电电容器具有较高的电阻率和脉冲宽度对极化强度的影响较弱。     

锆钛酸铅压电陶瓷PZT7的形状记忆效应研究

提出了一种新的方法可以使锆钛酸铅压电陶瓷PZT7具有形状记忆效应.用自制的sawyer-Tower电路测试得到PZT7方形样品发生极化反转对应的电场强度大约为130kV/cm.当施加对称的饱和极化电压370V时,PZT7/Si(109/146μm)悬臂梁端部的变形一电场曲线呈现典型的"蝴蝶"形状.在外电场为0时,悬臂梁端部的变形为0.如果施加不对称的极化电压,悬臂梁端部的变形--电场曲线发生明显的变化.不同的反向极化电压使悬臂梁端部产生不同的变形,而且,电压和变形是一一对应的.因此,在外电场为零时,PZT7/Si悬臂梁可以具有多个不同的稳定位置,表现出明显的形状记忆效应.实验表明,对于长度为15.5mm的PZT7/Si悬臂梁而言,当施加的反向极化电压从120V回到0时,悬臂梁端部产生的变形最大,为68.5μm.     

PZT陶瓷FRL-FRH相变自发极化的定量计算

针对ＰＺＴ９５／５陶瓷材料Ｆ_ＲＬ－Ｆ_ＲＨ相变时的热释电特性,建立了相变过程中自发极化随温度变化的定量计算表达式,表达式中的函数级数依据Ｌｅｉｂｎｉｚ交错级数定理,可按照实际要求的精确程度进行级数求和,故利用计算机拟合了自发极化随温度的变化曲线．拟合曲线与实验测量的结果相一致,证明了理论计算公式能定量地描述相变过程中自发极化随温度变化的规律,有利于对铁电材料的相变性质进行深人的研究．     

PZT陶瓷FRL-FRH相变自发极化的定量计算

针对ＰＺＴ９５／５陶瓷材料ＦＲＬ－ＦＲＨ相变时的热释电特性,建立了相变过程中自发极化随温度绵定量计算表达式,表达式中的函数级数依据Ｌｅｉｂｎｉｚ交错级数定理,可按照实际要求的精确程度进行级数求和,故利用计算机拟合了自发极化随温度的变化曲线,拟合曲线与实验测量的结果相一致,证明了理论计算公式能定量地描述相变过程中自发极化随温度变化的规律,有利于对铁电材料的相变性质进行深入的研究。     

Tensile fracture of soft and hard PZT

Power applications generate high stresses which can damage piezoceramic components. In this study tensile fracture of several types of PZT (hard/soft) is investigated. After validation of the specimen geometry by means of numerical simulation, samples are led to failure using a specific device. Weibull law parameters enable the characterisation of the tensile strength distribution and highlight clear differences between soft and hard ceramics. A fractographic approach emphasises the specificities of the fracture mode and the fracture origin for each type of samples.     

Electrophoretic deposition of lead zirconate titanate (PZT) powder from ethanol suspension prepared with phosphate ester

The formation of thick PZT films via electrophoretic deposition (EPD) was studied. The colloidal suspension of a nano-sized PZT powder dispersed in ethanol was prepared using a phosphate ester (PE) as a dispersant. The amount of PE addition on the stability of the PZT suspension has been investigated by measuring the pH and conductivity of the suspension, deposition weight and the relative density of the PZT green compacts. The effect of the applied voltage on the relative green density was also determined as a function of the wt% PE. The composition and microstructure of the sintered PZT ceramics were characterized by XRD and SEM. The electrical properties of the PZT ceramics were also investigated.     

脉冲电场下ZnO压敏陶瓷动态击穿过程研究

陶瓷电击穿问题涉及热、光、电多场耦合效应, 一直是非平衡物理学研究的重点和热点。本工作在不同烧结温度下制备了晶粒尺寸大小不同的氧化锌陶瓷, 采用脉冲高压发生装置对陶瓷进行击穿实验, 通过对陶瓷击穿过程的分析和对比, 研究了ZnO陶瓷体击穿的时间步骤。结果显示, 不同晶粒大小的陶瓷击穿过程均在7 μs之内, 典型的压降曲线分为三个阶段。第一个阶段对应于材料中的气孔击穿和击穿通道初步形成; 第二阶段对应于晶界击穿; 第三个阶段是导电通道的完全形成。研究数据显示, 晶粒击穿过程的持续时间最长, 晶界次之, 气孔的击穿时间最短。不同烧结温度下, 样品晶界和晶粒的击穿时间以及气孔的击穿速度均存在差异。     

添加Bi2WO6对ZnO基压敏陶瓷电学性能的影响

用传统固相反应法研究了添加Bi₂WO₆(x=0%~9%,质量分数)对ZnO基压敏陶瓷的微观结构、压敏性能和介电性能的影响。结果表明：掺入适量的Bi₂WO₆能促进ZnO压敏陶瓷晶粒均匀生长、提高微观结构的均匀性、降低压敏场强和提高非线性系数;同时,Bi₂WO₆的添加可提高ZnO晶粒表面吸附氧的含量,从而提高界面态密度和势垒高度以及ZnO基压敏陶瓷的非线性特性。Bi₂WO₆的添加量为7%的ZnO基压敏陶瓷,其综合性能为：E_{1 mA}=263 V/mm,α=53,J_L=3.50 μA/cm²,φ_b=11.52 eV。     

Pb(Zr0.95Ti0.05)O3 powders prepared by aqueous Pechini method using one-step pyrolysis process: characterization and porous ceramics

Zr-riched lead zirconate titanate, Pb(Zr_0.95Ti_0.05)O₃ (PZT 95/5) powders were prepared using lead acetate, zirconium oxynitrate, and titanium sulfate by aqueous Pechini method. The chelation behaviors of metallic ions and citric acid were investigated and the development of the phase formation of perovskite structure was detected. PZT 95/5 powders were obtained directly from the as-synthesized gels by one-step pyrolysis process at 450 °C for 10 h. Perovskite phase was formed at about 450 °C and no distinct intermediates were obtained. There were some carbonates as impurities but they did not affect the formation of the complete perovskite phase of PZT 95/5 ceramics after sintering at 1,100–1,150 °C for 2 h. The decomposition of few organic residues among the one-step pyrolyzed powders could form uniform porous structure and the formation mechanism of porous ceramics was also presented.