锆钛酸铅压电陶瓷元件高温老化行为及其微观机制

长时高温作用会显著加速压电陶瓷元件电学性能的退化，极大地影响压电元件使用寿命。本工作在85、125和150℃下对PZT压电陶瓷元件进行长时老化处理，研究并分析了高温老化过程中PZT陶瓷元件电学性能退化规律及其微观机制。压电常数与介电常数随老化周期延长均退化明显，初期退化速率较慢，后期退化加快并逐渐趋于稳定，介电常数和压电常数退化均符合Boltzmann变化规律。85℃和125℃下老化49 d时，元件介电常数退化率达到最大，分别为31.01%和36.48%;压电常数退化率达到最大，分别为11.57%和19.02%。PZT压电元件介电性能退化主要由表面Ag电极内结构退化、Ag/PZT界面弱化及PZT陶瓷退极化三方面所贡献，其中界面弱化和陶瓷退极化占主导。长时高温作用促使Ag电极逐渐缓慢氧化生成Ag₂S,晶粒收缩产生大量孔洞，导致Ag电极致密度下降和Ag/PZT界面分层，降低了Ag/PZT的电容率；此外，长时高温作用加速了PZT陶瓷电畴转向无序状态，促进氧空位位移钉扎电畴壁，导致了PZT压电元件介电性能退化。