锆钛酸铅纳米陶瓷粉体研究进展

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1、2010-2011第2学期《特种陶瓷工艺与性能学》题目：锆钛酸铅纳米陶瓷粉体合成研究进展姓名：　顾媛学号：20080W0119学院：　材料与化工年级：08级专业：材料科学与工程班级：08材料科学与工程二班任课老师：向道平1313锆钛酸铅纳米陶瓷粉体合成研究进展顾媛(海南大学材料科学与工程系570228)摘要随着纳米技术的发展，纳米陶瓷开始走进人们的生活，本文主要介绍锆钛酸铅[Pb(Zrx，Ti1-x)O3，PZT]纳米陶瓷。PZT纳米陶瓷是一种重要的压电、铁电陶瓷材料。本文主要从PZT粉体的合成研究进展对其进行介绍，并对其进行展望。关键词锆钛

2、酸铅（PZT）合成固相湿化学展望1引言纳米材料被认为是21世纪的新材料。纳米结构材料指其基本组成颗粒尺寸为纳米数量级，处于原子簇和宏观物体交接区域内的粒子，颗粒直径一般为1~100nm之间，微粒可以是晶体，亦可以是非晶体[1]。所谓[2]纳米陶瓷是由尺度为纳米数量级的粒子固化而成，就是说晶粒尺寸，晶界的宽度，第二相分布，缺陷尺寸等都是在纳米量级的水平上[3]，它被认为是陶瓷研究发展的第三个台阶[4]。该材料由两部分构成，一部分是大小为纳米级的粒子占有的体积，另一部分是粒子间分界区占有的体积，而且后者的体积分数占有不容忽视的比例[5]。显然前者

3、既不能视为无限长的长程有序结构，后者也不能视为是短程有序结构，有人称为第三种固体状态[6]。锆钛酸铅[Pb(Zrx，Ti1-x)O3，PZT]是由PbTiO3和PbZrO3构成的固溶体[7]，是一种重要的压电、铁电陶瓷材料，在压电陶瓷领域一直占主导地位[8]。不仅具有较高的居里温度(约380℃)和压电系数(约600pm/V)，且易于掺杂改性，具有较好的稳定性，因而在电子机械制造业具有很重要得地位，是制备声纳、水听器、超声发生器、高伏特发电机和位置微调器等大部分电子机械装置的基础材料[9]。其压电性优良、响应频率快、能量转换效率高、恢复力大等应

4、用广泛[10]。PZT粉体材料在超声换能器、高频滤波器等方面也已得到了广泛的应用。用多种方法制备的PZT薄膜在非挥发性随机存储器、红外热释电探测器等方面的应用研究正在广泛展开[11]。本文将从PZT陶瓷粉体的制备方法研究进展方面对其进行介绍。2PZT纳米粉体合成方法锆钛酸铅[Pb(Zrx，Ti1-x)O313，PZT]是一种非常重要的压电陶瓷材料。研究表明[12]，Zr/Ti比例为0.52/0.48的Pb(Zrx，Ti1-x)O3粉体具有很大的介电常数和显著的压电效应。因此，这种材料被广泛应用于超声换能器、高频滤波器和传感器等方面。制备PZT

5、粉体的方法较多[13]，主要可分为两大类，即固相反应法和湿化学合成法。2.1固相反应法传统的固相反应法是将ZrO2，TiO2和PbO等氧化物粉料通过粉磨混合均匀，在高温下煅烧合成，然后再经机械粉磨获得钙钛矿相PZT粉体由于该方法具有成本低产量高以及制备工艺相对简单等优点，仍然是目前国内外合成PZT粉体应用最普遍的方法。但利用固相反应法合成PZT粉体时，一般要经历生成PbTiO3(PT)或PbZrO3(PZ)的中间反应，导致所合成的PZT相组成波动和不均匀，使得准结晶学相界(MPB)产生弥散[14]，严重影响材料的铁电、压电和介电性能另外，固相

6、反应法合成PZT的煅烧温度较高，一般不低于1100℃，易于产生硬团聚，粉体颗粒较粗，烧结活性低，需要较高的烧结温度(1200℃)和较长的烧结时间，才能获得烧结致密的PZT陶瓷。这使得在煅烧合成和烧结的过程中，铅挥发损失严重，难以保证准确的化学计量比，在PZT结构中产生铅或氧空位缺陷，影响制品性能。针对以上所述的缺点，众多的材料研究工作者对合成PZT粉体的固相反应法进行了改进。2.1.1部分草酸盐固相反应法Kakegawa等首先利用喷雾热解法于900℃合成ZrTiO4(ZT)粉体，然后将其与等摩尔的PbO混合，煅烧合成PZT粉体。该方法强化了居

7、于钙钛矿结构同一节点的金属离子Zr和Ti的结合，防止了煅烧过程中中间反应的发生，避免了中间相的生成，经650~800℃煅烧，直接合成出单一相的钙钛矿PZT粉体。Yamamoto等在此基础上，对固相反应法进行了进一步的改进，发明了合成PZT粉体的部分草酸盐固相反应法。在该方法中，以草酸作沉淀剂，将铅离子以草酸铅的形式沉积粘附于ZT粉体颗粒上，进一步提高了反应物的反应活性，降低了PZT的合成温度，经650℃煅烧，便可直接合成出单相PZT粉体。但是，当利用部分草酸盐法将草酸铅沉积到氧化锆和氧化钛的混合粉体颗粒上时，仍然会发生中间反应，使得得到的PZ

8、T相的化学组成发生偏离。所以利用Zr4+，Ti4+离子结合紧密的ZT粉体作为引入锆、钛的原料，使实现制备纯相PZT粉体的关键。利用ZT粉体和PbO反应，是固相反应法