Pb0和PZT95/5铁电陶瓷结构和性能的关系

　　PZT是PbZrO3和PbTi03的钙钛矿结构固溶体。由于其优异的电性能，它在科学研究和工业生产中发挥着重要作用。随着锆钛比（Zr/Ti）的变化，其性能和用途也会相应变化。因此，基于PZT的铁电陶瓷近几十年来，氧化铝陶瓷它一直是压电和铁电领域研究的重点。 PZT95/5铁电陶瓷是接近95/5的锆钛钛酸盐铁电陶瓷材料的总称，这种陶瓷是在直流电场下极化后的亚稳铁电相。电荷结合在电极表面上，当施加足够大的应力时，铁电相可以转变成反铁电相，去极化并释放。束缚电荷，利用PZT95/5陶瓷的这种特性，可以产生高能脉冲功率，铁电爆炸力，爆炸中子发生器等。然而，PZT基陶瓷的烧结温度相对较高（通常为1200-1300℃），Pb0挥发严重，这导致配方容易偏离设计组成，导致产品性能下降。

       随着Zr/Ti的增加，PZT陶瓷的烧结温度会更高。可以看出，PZT95/5铁电陶瓷烧结过程中的Pb0挥发问题更为严重。为了减少铅挥发对陶瓷组件的偏差和性能的不利影响，弹性填料低温活化烧结，高活性PZT粉末的制备，以及经常使用成分时添加过量的Pb0。其中，添加过量的Pb0对于补偿烧结过程中的铅挥发具有积极的意义，Pb0在烧结过程中也会产生液相，有利于降低烧结温度，促进陶瓷的致密化。

　　目前，研究人员对Pb0含量对PZT基陶瓷D-121及其复合材料os1在标准相界附近的结构和性能的影响做了大量工作，但Pb0过量影响PZT95 /的结构5个陶瓷。对性能的研究很少有报道。本文通过改变设计中的铅含量，研究了Nb掺杂的Pb0.99（Zr0.95Ti0.05）0.98Nb0.02O3铁电陶瓷（PZT95/5）的烧结致密化及其结构和性能。将合成粉末进一步进行球磨和干燥，然后通过200目筛和适量的5质量％PVA溶液造粒，并在200MPa下模塑。将生坯在600℃下浇铸，然后埋入铅保护气氛中的密封氧化铝坩埚中，并在1200℃下烧结2小时。将烧结的样品平滑，洗涤，然后用银膏涂覆，并在700℃下烧制20分钟以烧制银。通过在100℃下在硅油中施加3000V/min的DC电压15分钟来极化银之后的样品，并且在静置24小时后测量电性能。

　    烧结陶瓷的相分析通过X射线衍射仪（D/Max-RB），铜靶，λ=1.5406A进行；通过扫描电子显微镜（TM-I000）观察样品的横截面形态。根据布拉格方程2d sin＆theta；=n＆lambda；其中（毛巾d是晶面间距，θ是衍射角，λ是X射线的波长），随着铅含量的增加，衍射角θ为θ；然后，晶莹剔透的间距d变大，即晶胞增大。这表明过量的铅会在晶格中引入额外的Pb2 +（半径1.18A）离子，导致晶胞体积增加。

　　当x=2％时，体积密度达到最大值7.69g/cm3，但是当x>时在3％时，密度开始下降，因为超过2％的铅可以提供足够的液相以促进陶瓷致密化，并且持续增加的含量将阻碍。相对于烧结的液体的促进主要在烧结的早期阶段（低温部分），这有利于颗粒的重排和传质。然而，在烧结的中后期起主导作用的致密化机制是体积扩散和空位扩散（对于PZT陶瓷）。主要是Pb2 +空位和O2-空位是体积扩散的主要因素，促进了生坯的传质和致密化。当Pb0的量太大时，Pb2 +空位和O2-空位将降低空位扩散的效率。影响力。此外，高温下过量的PbO挥发性也会降低陶瓷的密度。没有添加过量PbO的样品具有小晶粒并且出现许多细颗粒，这可能是由于烧结温度太低导致晶粒生长不充分。

　　然而，除了密度的影响之外，适度大的晶粒尺寸有利于畴的形成和转向。由于当引线过量时陶瓷颗粒较大，因此畴容易转动。此外，对于具有钙钛矿（ABO3）相的铁电陶瓷，自发极化是由氧八面体中B位阳离子的运动引起的。当单位晶胞太小时，氧八面体的内部空间很小。 B位阳离子被限制移动，从而减少自发极化。随着铅含量的增加，晶胞体积增大，为B位离子的运动提供了足够的空间，这有利于形成偶极子，增加自发极化，并增加介电常数和压电常数。当PbO过量时，介电和压电性能的降低主要是由于陶瓷孔隙率的增加，孔隙率的增加和主晶相的减少，其在单位体积中起主要作用。 

      Pb0含量对陶瓷的烧结致密化，结构和性能有很大影响。在1200℃的烧结温度下，过量的铅通过溶解到单元电池中而挥发并且高温，并且在小于4％的范围内没有引入第二相；随着铅含量的增加，样品的单位体积和晶粒尺寸增大，硬度降低；当铅含量超过2％时，陶瓷的最大密度为7.69g/cm3，最大相对介电常数为325，压电常数大，为67pC/N，机械强度不明显，整体性能更好比含有铅含量的其他样品更受欢迎。