文 献 综 述

1.锆钛酸铅的概述

锆钛酸铅体系是目前应用较广的压电体系，其压电性能较其它体系优异。此体系的零膨胀特性对压电器件的研发很有指导意义。它是由钛酸铅和锆酸铅组成的固溶体，其具有很高的介电常数，工作温度可达250摄氏度，各项机电参数随温度和时间等外界因素的变化较小。由于锆钛酸铅压电陶瓷在压电性能与温度稳定性等方面的远远优于钛酸钡压电陶瓷，因此，它是目前使用最普遍的的一种压电材料。

锆钛酸铅是ABO₃型钙钛矿结构的二元系固溶体，其化学式为Pb(Zr_x Ti_1-x)O₃（往往简称PZT)。晶胞中的B位置可以是Ti⁴ ，也可以是Zr⁴ 。由于Ti⁴ 的离子半径（0.6 埃）和 Zr⁴ 离子半径（0．77 埃）相近，且两种离子的化学性能相似，所以PbTiO₃与PbZrO₃能以任何比例形成连续固溶体。图1是PbTiO₃-PbZrO₃假二元系的T-x熔度图，表示了高温时液、固相变的情况。由图可以看出，PZT的熔点是很高的（约1400 ^oC），且随Zr/Ti比例而变化。

对于锆钛比例（即化学式中x的值所反映的）不同的固溶体，由于内部条件不同，所以结构和性能也不相同，反映了从量变到质变的关系。图2是锆钛酸铅固溶体在较低温时的 T-x相图，表示了固溶体各相的关系。一条横贯相图的TC线 ，这条TC线表示了在锆钛比不同处，相转变温度（居里点）不同。在相变温度以上，对任何锆钛比，其晶体结构都是立方晶相，不具有压电效应。

2.锆钛酸铅的性能特性

锆钛酸铅(PZT)压电陶瓷是ABO₃型钙钛矿相结构的二元系固溶体。目前应用比较广泛的是Pb(Zr_0.53Ti_0.47)O₃ (PZT53/47 ) 和Pb(Zr_0.95Ti_0.05)O₃ (PZT95/5)。其中锆钛比在95/5附近称为富锆PZT压电陶瓷，这类材料处于铁电相与反铁电相的相界附近，存在着非常丰富的相结构，因此在该区域有着特殊的电物理性能 在铁电、压电、介电、热释电等领域都有广泛的应用。富锆PZT压电材料主要通过传统的固相反应来合成，它具有合成量大、性质均匀等优点，但固相法制备的粉体一般颗粒较粗大且容易团聚而导致活性变差，在制成陶瓷样品时需要较高的烧结温度和较长的保温时间，而PbO在高温下挥发严重，容易导致陶瓷组分的化学计量比发生偏移，导致最终制品性能的低下

锆钛酸铅的铁电性是在研究各种钙钛矿型化合物固溶体性能时（1950年）发现的。在1952年发表了它的结构报告，1954年就公布了锆钛酸铅固溶体陶瓷压电性能的研究结果，发现在它的准同型相界（也称类质异晶相界）附近具有很优异的压电性能。锆钛酸铅压电陶瓷的出现，使压电材料的应用展开了新的一页。锆钛酸铅与钛酸钡相比，具有耦合系数大、压电系数大、居里点高和可通过变更成分在很大范围内调整性能以满足多种不同需要等优点。因此，锆钛酸铅系陶瓷得到愈来愈广泛的应用，在许多方面取代了原先的压电材料

总而言之，锆钛酸铅具有铁电体所特有的介电、压电、热电、光电等性能。还具有较高的居里温度和良好的辐射稳定性。还具有良好的极化开关特性，即较高的剩余极化的自发极化强度，较低的矫顽电场和较高的开关速度。

3.锆钛酸铅的制备