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アプリケーション範囲が異なれば、パフォーマンス要件も異なります。 圧電セラミック材料。 1 ペロブスカイト圧電セラミック材料、化学式は ABO3、A は大きな半径を持つ陽イオンで、+1、+2、+3 の可能性があります。 B は、+3、+4、+5、+6 の小さな半径を持つ陽イオンです。 3 つのイオン A、B、および O のイオン半径は、ABO3 構造を形成するために次の関係を満たすことができます: RA+RO=t√2 (RB+RO、t は許容係数で、一般に 0.86 から 1.03 の間でカルシウムを形成できます。 チタン鉱石の構造 一般的な配合: (1) 0.99 [PbTiO3 + 0.04 La2 / 3TiO3] + 0.01 MnO2、焼成温度８５０℃、保温２時間、焼成温度１２４０℃、保温１時間、ε＝２４０、Ｋｐ＝０．０９６、Ｑｍ＝１０５０、Ｎｔ＝２１２０ （２）高周波（３０Ｍ－１００ＭＣ）フィルター磁器。 PbTiO3+1wt%MnO2+1wt%Pb3O4ε=150、Kp=0.40、Qm=800~1000、温度および時間 良好な安定性。
(1) Zr:Ti の変化に伴い、キュリー点は 235 °C から 490 °C までほぼ直線的に変化し、Tc 線は圧電効果のない立方晶常誘電相になります。
(2) Zr: Ti=53:47 付近に準均一相境界があり、チタンが豊富な側は正方晶強誘電相 FT です。ジルコニウムが豊富な側は高温の三方晶系強誘電体相 FR、つまり 圧電セラミックス振動子が 上昇し、この相境界はジルコニウムが豊富な側面が傾いて360℃のTc線と交差し（相境界付近でキュリー温度Tcが高いことを示します）、単位格子パラメータは相境界付近で急激に変化します。正方晶強誘電体相ＦＴと三方晶強誘電体相ＦＲとの間の相境界付近には強い圧電効果がある。 Kp、εには最大値があり、Qmには非常に小さな値があります。相境界付近における PZT 磁器の圧電特性は、BaTiO3 磁器の圧電特性よりもはるかに高くなります。 PZT磁器は境界のTcが高い(360℃)ため、KP、εともに200℃以内で安定しており、理想的な圧電材料です。 PZT磁器のドーピング改質 電子圧電セラミックストランスデューサー。さまざまな用途に応えるためには、さまざまな特性を備えた PZT 圧電セラミックスが必要です。このため、異なるイオンを追加して、A サイトの Pb2+ イオンまたは B サイトの Zr4+、Ti4+ イオンを置き換えることができます。それにより材料の性能が向上します。
その他の置換 修飾ハード置換 修飾ソフト置換 修飾ヘテロ価置換 等価置換 ドープ修飾 PZT (1) 等価置換 等価置換とは、Ca2+、Sr2+、Mg2+ の半径が Pb2+ イオンの半径より小さいことを意味します。 Pb2+ イオンのイオン置換により、PZT の誘電率 ε が増加します。 圧電セラミックディスクの圧電 特性、電気機械結合係数 KP の増加、圧電定数 d の増加により、PZT セラミックの圧電特性が向上します。 「ソフト置換修飾」とは、これらの添加剤を添加することで抗電界強度ECを↓減少させることができ、分極しやすくなり、電界や応力の作用下で材料特性が「ソフト」になることを意味します。
(a) La3+、Bi3+、Sb3+ などが A サイト Pb+2 イオンを置き換えます (ドナー ドーピング)。 Nb5+、Ta5+、Sb5+、W6+ など。B 位の Zr4+、Ti4+ イオンを置換します (ドナー ドーピング)。軟置換により改質された PZT 磁器の特性は次のような変化を示します。抗電界強度 EC が減少↓、機械的品質係数 Qm が減少↓。誘電率εが大きくなる↑、誘電損失tanδが大きくなる↑、電気機械結合係数KPが大きくなると、耐老化性が大きくなり、絶縁抵抗率ρが大きくなる↑。その理由は、それらの添加により Pb2+ 欠乏が形成されるためです。たとえば、2 つの La3+ ごとに 3 つの Pb2+ を置き換えると、電気料金のバランスを維持するために、ペロブスカイト構造の A 位置のカチオンの数が減少し、A 空孔が生成されます。 Pb2+ が存在しないため、ドメインの移動が容易になり、小さな電界強度や機械的ストレスでもドメイン壁が移動する可能性があります。
その結果、誘電率と弾性コンプライアンス係数が増加します。 Pzt 圧電セラミック振動子が 発生すると同時に、誘電損失や機械損失が増加し、Qm が低下します。また、ドメインの制御が容易であるため、電界方向に配向するドメインの数が増加し、分極が増加し、Ｋｐ値の増加に代表される圧電効果が大幅に増加する。ドメインのステアリング抵抗が小さくなるため、抵抗に打ち勝つために分極を反転するための抗電界が小さくなり、戻り線はほぼ長方形になります。さらに、Pb2+ が存在しないため、90 ドメインステアリングによって発生する内部応力が緩衝され、残留歪みが小さくなります。つまり、ドメイン壁が移動しやすいため、ドメインの内部応力が解放されやすく、エージング性能が良好となる。 「ソフト」添加剤は、修飾添加剤として一般的に使用されます。
（ｂ）例えば受容型水中音響変換器材料には、Ｋｐ値や誘電率を高めるためにＬａ２Ｏ３やＮｂ２Ｏ５がドープされることが多い。 Pb0.95Sr0.05(Zr0.52Ti0.48)O3+0.9%La2O3+0.9%Nb2O5、Kp=0.60、ε=2100、Qm=80、良好な安定性、体積抵抗率 1012 オームの「ソフト」添加剤 通常、その量は 5% を超えません。 b ハード置換修飾、いわゆる「ハード置換修飾」とは、これらの添加剤の添加により抗電界強度 EC が増加し、分極が困難になるため、電界や応力の作用下で材料特性が「硬く」なるということを意味します。
(a) A サイト Pb2+ イオンを K+、Na+ などで置換する (アクセプタードーピング)。
(b) Fe2+、Co2+、Mn2+ (または Fe3+、Co3+、Mn3+)、Ni2+、Mg2+、Al3+、Cr3+ などで B を置換した Zr4+ および Ti4+ イオン (アクセプタードープ)。
硬質置換によって改質された PZT 磁器の特性は次のとおり変化します。保磁力 EC は増加 ↑、機械的品質係数 Qm は増加 ↑。誘電率εが減少し、誘電損失tanδが減少↓、電気機械結合係数KPが減少小さい↓、経時変化耐性が低下し、絶縁抵抗率ρが低下します。
三元系ペロブスカイト圧電セラミックス
Zr/Ti比の変更や少量の添加剤の導入により一部の特性は改善できますが、圧電材料の範囲はますます多様化しているため、材料への要求はますます高くなり、2元系だけでは使用条件を満たせなくなっています。いわゆる三元系ペロブスカイト圧電セラミック材料とは、複合ペロブスカイト化合物とチタン酸ジルコン酸鉛から形成される固溶体を指します。
