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鐵電陶瓷

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名 稱：鐵電陶瓷 成 分：具有鐵電性的陶瓷

鐵電陶瓷是具有鐵電性的陶瓷材料。

常見的鐵電陶瓷多屬鈣鈦礦型結構，如鈦酸鋇陶瓷及其固溶體，也有鎢青銅型、含鉍層狀化合物和燒綠石型等結構。

介紹

具有鐵電性的陶瓷。在低於居里溫度時具有自發極化性能。陶瓷中具有許多電疇，鐵電陶瓷的重要特徵是其極化強度與施加電壓不成線性關係，具有明顯的滯後效應。由於這類陶瓷的電性能在物理上與鐵磁材料的磁性能相似，因而稱為鐵電陶瓷。不一定以鐵作為其主要成分。

鐵電效應

某些電介質可自發極化，在外電場作用下自發極化能重新取向的現象稱鐵電效應。具有這種性能的陶瓷稱鐵電陶瓷。鐵電陶瓷具有電滯回線和居里溫度。在居里溫度點，晶體由鐵電相轉變為非鐵電相，其電學、光學、彈性和熱學等性質均出現反常現象，如介電常數出現極大值。1941年美國首先製成介電常數高達1100的鈦酸鋇鐵電陶瓷。

常見陶瓷材料

常見的鐵電材料屬鈣鈦礦型結構，如BaTiO3、 PbTiO3、SrTiO3等。此外，鎢青銅結構材料有PbNb2O6、Sr1-xBaxNb2O6、Ba2NaNb5O15等。焦綠石結構材料有Cd2Ta2O7、Pb2Nb2O7、Cd2Nb2O7等。層狀氧化鉍結構材料有Bi4Ti3O12、PbBi2Nb2O9等。通過固溶、離子代換和摻雜改性等獲得實用的鐵電氧化物 陶瓷已達千種以上。非氧化物鐵電陶瓷正在發展。可用於產生電容、壓電、熱敏、電致伸縮、電聲、電光等效應，作為傳感、驅動、存儲、調製等器件的材料。

生產方法

以BaCO3、或PbCO3、或SrCO3、和TiO2為原料，配料後，經預燒、研磨，成型、燒結而成。

BaCO3 + TiO2 → BaTiO3 + CO2↑

生產流程

（以BaTiO3為例）

生產工藝

鐵電陶瓷的製造工藝大致相同。例如，鈦酸鋇系陶瓷用超純、超細的等摩爾碳酸鋇和二氧化鈦原料混合均勻，在1150°C左右預燒成鈦酸鋇。加入少量為改善工藝和電性能所需要的附加劑，如產生陽離子缺位的三價鑭、三價鉍或五價鈮離子附加劑，產生氧離子空位的三價鐵、三價鈧或三價鋁離子，置換鋇離子使晶格畸變的二價鍶離子以及生成液相、降低燒成溫度的氧化鎂或二氧化錳等附加劑。經過粉磨或其他方法充分混合，用干壓、輥壓或擠壓等方法成型，再在1350°C左右的氧化氣氛中燒成。還可採用熱壓燒結，高溫等靜壓燒結等方法，以提高產品的質量。

鐵電陶瓷性能

它的主要特性為：

1. 在一定溫度範圍內存在自發極化，當高於某一居里溫度時，自發極化消失，鐵電相變為順電相；

2. 存在電疇；

3. 發生極化狀態改變時，其介電常數-溫度特性發生顯著變化，出現峰值，並服從居里-外斯定律；

4. 極化強度隨外加電場強度而變化，形成電滯回線；

5. 介電常數隨外加電場呈非線性變化；

6. 在電場作用下產生電致伸縮或電致應變。

電性能：高的抗電壓強度和介電常數，低的老化率。在一定溫度範圍內介電常數變化率較小。介電常數或介質的電容量隨交流電場或直流電場的變化率小。

用途

鐵電陶瓷的特性決定了它的用途。利用其高介電常數，可以製作大容量的電容器、高頻用微型電容器、高壓電容器、疊層電容器和半導體陶瓷電容器等。利用其介電常數隨外電場呈非線性變化的特性，可以製作介質放大器和相移器等。利用其熱釋電性，可以製作紅外探測器等。此外，還有一種透明鐵電陶瓷，例如氧化鉛（鑭）、氧化鋯（鈦）系透明陶瓷，具有電光效應（即其電疇狀態的變化，伴隨有光學性質的改變）。通過外加電場對其電疇狀態的控制、產生電控雙折射、電控光散射、電誘相變和電控表面變形等特性。可用於製造光閥、光調製器、光存貯器、光顯示器、光電傳感器、光譜濾波器、激光防護鏡和熱電探測器等。

參考來源

13認識常用陶瓷材料1029