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1、第49卷第9期2000年9月物理学报Vol.49,No.9,September,2000100023290/2000/49(09)/1852207ACTAPHYSICASINICAn2000Chin.Phys.Soc.Pb(Zr,Sn,Ti)O3反铁电陶瓷场诱相变性能的改进1)3)2)3)2)刘鹏杨同青徐卓张良莹姚熹1)(陕西师范大学物理系,西安710062)2)(西安交通大学电子材料研究所,西安710049)3)(同济大学功能材料研究所,上海200092)(2000年3月5日收到)为了获得场诱反铁电(AFEt)—铁电(FER
2、)相变临界电场Ef小、电滞ΔE小、场致应变x适当的反铁电陶瓷,2+2+对Pb(Zr,Sn,Ti)O3采用Ba置换Pb,同时在四方反铁电相AFEt—三方铁电FER相界附近调节Ti/Sn比,来控制FER2AFEt,AFEt2顺电相(FEC)之间的相变温度TFA,TC,最终实现了对场诱相变参量(Ef,ΔE)和反铁电工作温区(ΔT=TC-TFA)的优化与调节.获得了ΔE=0185kV/mm,Ef=116kV/mm,x=011%-012%可用作开关致动器的新型反铁电陶瓷.借助于X射线衍射、介电温谱、去极化电流谱、电滞回线等手段得到了这一
3、系统AFEt/FER相界附近的温度2Ti含量相图.关键词:Pb(Zr,Sn,Ti)O3基反铁电陶瓷,场诱相变,场致应变,掺杂改性PACC:7780;6470之间的优化与调节,获得ΔE,Ef同时得到减小、可1引言用作开关致动器件的新型反铁电陶瓷.Pb(Zr,Sn,Ti)O3(PZST)四方反铁电陶瓷2实验(AFEt)在有限的外电场诱导下可以转变为三方铁电相(FER),伴随相变的产生,自发极化强度P和体11试样的配比:试样分为两组,第一组试样研积发生非线性突变,其中纵向应变量可达到究不同Ba含量对PZST反铁电陶瓷的相的影响,其0
4、165%—0185%,是陶瓷材料中最大的.该类材料已化学配比为(Pb0197-xBaxLa0102)(Zr0155Sn0135Ti011)[1—3]成为大位移驱动器的最佳候选之一.作为陶瓷O3,x=0,0105,01075,011,0115,012.不同Ba含量致动器,希望在小的临界场Ef下实现反AFEt→的试样被记为100x/55/10(即Ba/Zr/Ti之比),其FER相转变,另外,还要尽量减小反铁电双电滞回线中x=0的非掺杂0/55/10试样位于PbTiO3-[5]的损耗ΔE,以减轻交流电场下的热损耗,使器件稳PbZrO
5、3-“PbSnO3”三元系相图中的AFEt一侧定工作.我们对PZST相图中不同化学计量的反铁(图1).[4]电陶瓷研究后发现(图1),电场诱导AFEt→FER第二组试样是在选择适当的Ba含量,然后仔细相变临界参量(Ef,ΔE)与其热稳定性相密切相关.调节Ti/Sn比,使化学配比靠近、并穿越AFEt/FER在室温下,临界电场Ef与FER→AFEt相变温度相界,具体为(Pb0187Ba011La0102)(Zr016TiySn014-y)TFA相关,TFA越接近室温,Ef越低.通过调节化学O3(y=0104,0105,0106,0
6、107,0108,0109,011,配比距AFEt/FER相界的距离,可以使Ef减小到30111,0113,0115,012).如图1所示,此组试样被标kV/mm.反铁电双电滞回线的回滞损耗ΔE与反铁记为10/60/100y(Ba/Zr/Ti).最终,在本组试样中电AFEt2顺电相变(PEc)温度TC相关联,TC越低,获得了ΔE,Ef同时减小的反铁电陶瓷.ΔE越小.PZST系统中,所能获得的最小回滞ΔE=21试样制备:采用标准电子陶瓷工艺制备试115kV/mm.为了进一步减小ΔE,本文在PZST的样.相应元素的氧化物按比例配制
7、,加酒精湿磨混2+A位引入Ba离子,来降低TC,从而实现场诱相变匀后烘干,900℃,2h预烧;球磨,最后压制成<12参量(ΔE,Ef)与反铁电工作温区(ΔT=TC-TFA)mm的圆片试样,用双坩埚法在PbZrO3气氛中9期刘鹏等:Pb(Zr,Sn,Ti)O3反铁电陶瓷场诱相变性能的改进18531300℃—1380℃,2h烧结成瓷.实验中发现,Ba含射峰分开,是反铁电四方相(AFEt);x=011,0115量越高,试样的烧结温度越高.理想烧结体的密度可试样的(111)峰宽化,分裂出了(-111)峰,(002)峰以达到理论密度的9
8、7%.消失,成为铁电三方相(FER),x=01075是过渡组分,可能是两相共存;x=012时,20/55/10已转变为立方顺电相(PEC).因此,随Ba含量从0增大到012,100x/55/10系列的相结构依次为AFEt→FER→PEC.图3是在10mol%Ba含量下,Ti含
