材料性能---压电铁电章.ppt

Material Performances Shanghai Institute of Technology 第四节 影响材料压电性及铁电性的因素 第十二章 材料的压电性能与铁电性能 存在一定宽度。该相界结构比较松驰，两相具有相近的自由能，自由能差对温度变化不敏感 相界附近的材料具有优良的压电、介电和热释电性能 Material Performances Shanghai Institute of Technology 第四节 影响材料压电性及铁电性的因素 第十二章 材料的压电性能与铁电性能 2、相界区的材料特性 在外电场或外力作用下，有利于Ti、Zr和O离子位移，使自发极化Ps容易转向，从而使两相中Ps和电场方向一致的相体积不断增大，产生大的极化强度，以致使介电常数在相界附近出现峰值． Material Performances Shanghai Institute of Technology 第四节 影响材料压电性及铁电性的因素 第十二章 材料的压电性能与铁电性能 3、掺杂改性的原理 引起晶格畸变，有利于晶胞自发极化的转向；或者造成O离子缺位增加，增加电畴运动的阻力；或者形成Pb离子空位，促进畴界的运动 掺杂原子 基体原子 Material Performances Shanghai Institute of Technology 第四节 影响材料压电性及铁电性的因素 第十二章 材料的压电性能与铁电性能 4、掺杂改性 掺入等价离子取代Pb离子．可使居里温度Tc降低，介电常数增大，压电系数、密度有所增加 掺入低价离子置换部分Pb离子，介电系数降低，损耗、电阻率、压电系数下降，矫顽力提高． 掺入高价离子使介电系数、介电及声学损耗、电阻率增大．矫顽力降低，抗老化性能改善，烧结温度降低 规律： Material Performances Shanghai Institute of Technology 第四节 影响材料压电性及铁电性的因素 第十二章 材料的压电性能与铁电性能 二、晶粒间界的影响 细晶粒 粗晶粒 光折射效应起作用 光散射效应起作用 陶瓷的铁电性能与晶粒尺寸有很大关系： 1、陶瓷的铁电性能与晶粒尺寸关系 Material Performances Shanghai Institute of Technology 第四节 影响材料压电性及铁电性的因素 第十二章 材料的压电性能与铁电性能 二、晶粒间界的影响 规律： 在小晶粒陶瓷中，晶界往往支配其介电行为。若相邻晶粒内的极化不平行，则交界面处极化的非零散度将产生退极化场．在平衡条件下，退极化场均可被界面的自由电荷抵消． 在最小的晶粒中，不能在外场中实现电畴反转 在中等尺寸的晶粒中电畴反转是可能的 在最大晶粒时，体积铁电行为起决定性的作用． 陶瓷的晶粒尺寸可在制备过程中，通过改变烧结温度、烧结气氛、保温时间和材料成分加以控制 Material Performances Shanghai Institute of Technology 第十二章 材料的压电性能与铁电性能 二、晶粒间界的影响 2、半导体陶瓷晶粒影响 居里温度 电导率的微小变化 突然升高几个数量级 电阻率反常的原因： 由于晶粒间界处的肖脱基阻挡层而造成的．小晶粒陶瓷中的PTC反常，一般比大晶粒材料的要大．通过控制杂质向晶粒表面区域的扩散或晶界层的部分氧化可以显著地改变PTC效应 Material Performances Shanghai Institute of Technology 第十二章 材料的压电性能与铁电性能 二、晶粒间界的影响 2、半导体陶瓷晶粒影响 注释： 肖脱基阻挡层 PTC效应 两块不同金属A、B接触时，它们之间出现电位差的现象。这个电位差称为接触电位差，也成为肖脱基电位差。将在半导体表面附近形成一个阻挡层，即为肖脱基阻挡层 说一种材料具有PTC 效应，即正温度系数效应，仅指此材料的电阻会随温度的升高而增加。 Material Performances Shanghai Institute of Technology 第四节 影响材料压电性及铁电性的因素 第十二章 材料的压电性能与铁电性能 三、预极化条件 1 压电陶瓷 经直流极化处理使其具有压电效应的铁电陶瓷 2 压电陶瓷的特征 陶瓷是由许多细小晶粒聚集在一起构成的多晶体，烧结后是无规则排列，在宏观上陶瓷材料表现为各向同性，结构上具有球面对称的特征。整个陶瓷对外不呈压电性。 陶瓷主晶相是铁电体，对烧结后的铁电陶瓷在一定条件 (即一定温度和时间)施加强直流电场，将在电场方向显示出一定的净极化强度，烧结后的铁电陶瓷