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《压电陶瓷材料的发展及应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、压电陶瓷材料的发展及应用美国Sandia研究所的Haertling在1964年发现，如果在Pb(Ti,Zr)O3中添加少量的Bi2O3进行热压成型时,烧结得很好，这种多晶材料的铁电电滞回线呈现明显的矩形特性。此后，兰德（Land）等人发现，这种陶瓷被研磨成薄片时透光度高，随着晶体粒度的不同显示出二种电光学效应，即粒度为2微米以上的极化了的粗晶粒陶瓷片，散射光的强度随着极化轴的角度发生变化；2微米以下的微细晶粒陶瓷片,则呈现出以极化为光轴的单轴性负光学各向异性,双折射率随偏置电压的改变而变化.这种陶瓷是一种很有价值的新型
2、电光学材料.这一发现是铁电性透明陶瓷展的开端。 1971年美国Haertling和Land用La置换一部分Pb的Pb1-xLax(ZryTii-y)1-(x/4)O3组成(简称PLZT)进行热压烧结成型,所得陶瓷研磨的薄片具有电控双折射、电控可变光散射等特性,可用作关阀、电光调制器和光记忆元件,PLZT是一种很有价值的新型电子材料,是20世纪70年代铁电陶瓷的重大进展。 透明铁电压电陶瓷的问世,一方面是由于客观上性技术的发展对铁电压电陶瓷材料在电光方程面的应用提出了要求,另一方面,是由于长期以来人们对铁电压电陶
3、瓷进行了大量的研究实践(特别是热压工艺)的结果。具体的工作在1967年左右开始,1970年5月宣布了透明铁电陶瓷试制成功,随后报道了各种应用研究,1972年改进了工艺方法,提高了厚片的透明度,1973年又发展了不用热压而用通氧烧结的方法成功地制造了较大面积的透明铁电压电陶瓷。在此期间,陆续报道的各种有关的应用或实验结构有铁电显示器、光阀、光信息存贮器、偏置应变存贮显示器件、反射式偏置应变存贮显示器件、散射式存贮显示器件、染料激光波长选择器件、全息存贮输入器件等等。各方面应用的研究正在不断发展中. 透明铁电压电陶瓷的
4、发展,给铁电压电陶瓷开辟了新的应用领域－电光应用,过去电光器件用的是单晶铁电材料,但由于单晶材料存在一些缺点,例如尺寸的局限,光学均匀性及化学组成难以控制等等,使它的应用受到一定限制,陶瓷材料则易于加工成各种不同的尺寸和形状的制品,控制组成性质的可变范围也较宽,成本较低(有时只有单晶材料成本的几分之一甚至几十分之一),这样就使得透明铁电压电陶瓷的应用值得重视了。1透明铁电压电陶瓷的组成由于气孔相、晶界和杂质相的扩散，一般多晶体陶瓷是不透明的，通过适当的工艺，可以控制其显微结构和晶界性质，使之成为透明陶瓷，一般Al2O3
5、、Y2O3、MgO、BeO、ThO2、Y3Al5O12/Nd等均可制成透明陶瓷。掺镧的锆钛酸铅（PLZT），既具有透明性，又具有铁电性和压电性，其光学性质与铁电性密切相关。PLZT透明铁电压电陶瓷是十分重要的电光陶瓷，PLZT陶瓷可用下列通式来表式其化学组成： Pb1-xLax(ZryTii-y)1-(x/4)O3其中x的范围是0.01~0.30.x+y=1La、Zr、Ti的成分可用X/Y/Z来表式，掺镧的锆钛酸铅简写为PLZT，例如9/65/35PLZT陶瓷就是表式化学组成为Pb0.91La0.09(Zr0.65
6、Ti0.35)0.9775O3的PLZT陶瓷。改变La、Zr、Ti的比例，就可得到具有铁电相、顺电相或反铁电相中电光性能不同的任一种透明陶瓷 用于电光领域的透明铁电压电陶瓷，既要具有铁电性又要具有高的透明度，对于PLZT陶瓷，透光率随组成不同而变化，当X=0.08～0.12、y=0.65时，透光率最高。 PLZT陶瓷的制备，需要高纯原材料（大于99.9%）,同时粒度要小（达0.1um）,这是为了保证每个晶粒的化学成分尽可能相同。为了获得透明度高的陶瓷，除了要求晶粒本身透明，而且有小的各向异性外，同时必须排除内部
7、气孔，因为残留气孔会成为光的散射中心，使透明度下降。为此，通常采用通氧热压烧结法烧结成品。热压可以控制晶粒大小，细晶结构晶粒内的电畴发展较少，畴壁引起的散射作用也就小。烧结后的制品，再经过研磨、切割、拋光就成透明的PLZT陶瓷片，然后根据不同的应用要求，在PLZT陶瓷片上制成不同的电极，再组装成各种光学器件。2透明铁电压电陶瓷的电光特性及应用 1）电光效应 给各向异性的电介质施加外电场E后，由于压电效应使晶格产生畸变，介质的折射率n也随之变化，这种由于外电场引起的晶体折射率的变化现象，称为电光效应。n与E的关系
8、可由下列级数展开式给出： n=n0+aE+bE2+… 式中a和b为常数。 n0是E=0时的折射率，aE是一次项（非线项），bE2是二次 通常把电介质的折射率随外电场成线性变化的（由一次项aE引起），称为一次电光效应；把折射率与电场成平方关系的（由bE2项引起）称为二次电光效应。铁电压电陶瓷的电光效应便是上述两种电光
