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应用
陶瓷热释电材料应用很广，目前最主要的应用是作为 热释电探测器，其基本结构如图 所示。在金属管座中央， 固定金属导电基座，再于导电基座的中央用特种导电胶固 定 热释电晶片。晶片厚度为50μm，晶片表面上镀上电极。 由于晶片为高阻抗，所以用场效应 管(FET)进行阻抗变换。 为了减少噪声影响，FET装在金属壳内，金属壳上固定着 硅或者 锗窗口。
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钛酸铅与钛酸钡一样均属钙钛矿型的铁电体， 但介电常 数比钛酸钡小一个数量级，其居里温度 高，频率温度系数和 时间稳定性好。在极化时， 其位于TiO6八面体的Ti4+离子 可能会产生两种可能 的偏离中心的位置，比原来Ti4+的位 置高或者低， 如图所示，从而产生极化，导致压电 现象。 为了开发利用钛酸铅材料，人们进行了很多努 力，日本 的上田等人，通过在钛酸铅中同时添加 TiO2和MnO2等改 性剂，获得了密度高、机械强度 大，可进行高温高电场极化 处理的具有高电阻率 的陶瓷．
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制备
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原料处理
预烧
成型
极化
施电极
烧结
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原科处理 原料的纯度是制备优良压电陶瓷的首要条 件。通常来说，希望原料的纯度要高一 些，特 别是用量比较大的原料，如Pb304(或PbO)、Zr02 和Ti02等，若纯度低，引入杂质．所以纯度高些。 小剂量的原料则纯度要求可相对低些。以上原 料经水洗去除一些水溶杂质后烘干，然后进行 煅烧粉碎，通常希望颗粒度在 2ptm以下。
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一般电介质、压电体、热释电体、铁电体存在宏观条件
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热释电陶瓷是具有由于温度变化而引起自 发极化强度发生变化现象的陶瓷。热释电效应 的大小由热释电系数(P)衡量，热释电系数越大， 随温度变化产生的电压变化就越大。热释电陶 瓷种类主要有PbTi03和PZT（PbZrO3和PbTiO3的 固溶体）等，应用于控测红外辐射、遥测表面 温度及热再生热释电热机等领域。
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参考文献：
1.《新材料概论》 -郑子樵主编 2009 2.《压电铁电物理》 -王春雷等编著 2009 3.《材料物理基础》-任凤章主编 4.《材料物理性能》 -刘强，黄新友 5.《非制冷红外探测器用热释电陶瓷材料研究进展》-董显林, 毛朝梁, 姚春华, 曹 菲,王根水( 中国科学院上海硅酸盐研究所, 上海200050) 6.《科学与工程手册》-师昌绪 李恒德 周廉主编 7.《精细陶瓷：理论与实践》-陈祖熊 王坚编著 8.《陶瓷制品造型设计与成型模具》-杨裕国编著 9.《压电铁电物 4
Dream
PbTi03陶瓷
以钛酸铅(PbTiO3)为主晶相的陶瓷材料。钙 钛矿结构。具有居里温度高(约490℃)，相对介 电常数较低(约为200)，泊松比低(约为0.20)， 机械强度较高等特性。纯钛酸铅可用四氧化三铅 和二氧化钛为原料合成，但烧结困难，不易极化， 故常加入少量改性添加物，如二氧化锰、三氧化 二镧、二氧化铈、五氧化二铌、三氧化二硼等。 经高温烧结成制品。可用于制作高频陶瓷滤波器 振子，高温换能元件和热释电探测器等。
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热释电探测器的工作过程为： 1.接收辐射(红外辐射)产生温升； 2.由于温升而引起热释电晶片表面电荷的变化(极化变化)； 3.由于晶片表面电荷变化引起晶片上、下表面电势差的变化， 通过放大器使其转换成电压或电流进行测量。 热释电探测器比光探测器适用于更宽的频带范围，从X 光射线到微波范围均可适用；热释电探测器工作时，不必达 到热乎衡，这就使它既可在室温下工作，又具有响应快的特 点；热释电探测器的响应速度非常快，能探测一些相当快的 信号，如测出脉冲激光器的脉冲等；其时间常数已容易达到 纳秒级，甚至有的可达皮秒级。
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结构
钛酸铅(PbTiO3)是一种浅黄棕色固体，密度为 7．97g／cm3，溶于浓盐酸及氢氟酸，不溶于稀 硝酸、水和 碱。它具有铁电性、压电性、热释电 性、介电性等特性。钛 酸铅是一种钙钛矿结构的 铁电体，其居里点为490℃，顺电 相和铁电相点 群分别为m3m和4mm，室温时晶格常数为： a=0．3902nm；c=0．4156nm。
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谢谢观赏
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钛酸铅晶体结构的特点是由02-离子和Pb2+离子共同 近似按立方密堆积排列，Pb2+离子位于02-离子八面体 空隙中；Ti4+离子的配位数是6，形成的TiO6八面体以 顶角 相连，Pb2+又处于八面体TiO6空隙中，Pb2+离子的 配位数是12，如图所示。
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理想的钙钛矿型结构应为立方晶系，但钛酸 铅晶体常温下畸变为四方晶系结构，当温度高于 居里温度时，钛酸铅晶体为立方晶系，如图所示。
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性能
钛酸铅材料最早于1936年人工合成，但由于它在居 里 点495℃以下的结晶各向异性大，烧结后的晶粒容易 在晶界 处分离，得不到致密的、机械强度高的陶瓷；同 时由于矫顽 场(coercive field)大、极化困难。纯钛酸铅的 压电性能较 低，而且纯钛酸铅陶瓷很难烧结，当冷却通 过居里点时，由 于晶格畸变，就会碎裂为粉末。但一般 通过适当的掺杂，用 普通工艺即可制得高致密度的钛酸 铅陶瓷。
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施电极 在所有必要的机械加工或精加工完成之 后，便可以对制品施加电极。一般来说是将 含银涂料(银浆)涂于制品表面，并在600～ 800℃下烧结；对于薄片，可以通过溅射或蒸 发镀上一层镍镉作为电极。
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极化 与一般陶瓷不同的是，压电陶瓷烧结后还需极 化处理。这是因为刚烧结好的压电陶 瓷电畴无规取 向，故整体不呈压电性，只有通过极化处理使电畴 沿一特定方向极化后才显出压电性。同样一个配方， 极化条件不同，极化程度就不同，材料的性能指标 也就不同。
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预烧 经过煅烧粉碎的原料混合配料后要进行预烧，其目 的是为了使化学反应充分进行，预烧温度的选择有很重 要的意义。实验表明，如果预烧温度恰当，烧结温度可 以在很宽 的范围内波动，对致密度无显著影响，预烧温 度如果偏低，烧成温度无论如何提高(或延长保温时间)， 也不能得到很高的致密度。此外，预烧温度和保温时间 比较起来，预烧温度所起作用更为重要。
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根据非制冷红外焦平面探测器未来的发展趋 势,铁电薄膜以及介电模式工作的陶瓷材料将成为 成像应用的主要热释电材料。在薄膜材料方面, 首先要研制高性能的热释电薄膜, 并要求制备工 艺中的温度不要超过550 ℃, 以便与硅工艺相兼 容。介电模式工作的热释电材料中, 以BST 和PST 陶瓷为主流, 可以探索采用其他工艺来提高此类 材料的热释电性能。
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存在的问题及展望
从发现热释电效应至今, 非制冷红外探测器用热 释电材料已经得到了较为广泛的研究, 研发人员通过 各种途径来制备性能优良的热释电材料, 并取得了重 要的进展。从应用的角度看, 目前存在的主要问题为: (1) 材料的综合电性能 (2) 陶瓷的可加工性 (3) 薄膜材料制备工艺
热释电陶瓷
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热释电效应大约发现于公元前300年，不过热释电的现 代名称pyroelectricity是1824年才由布鲁斯特引入的．从 19世纪末开始，随着近代物理的发展，关于热释电效应的定 量和理论的研究日益发展．在20世纪60年代以来，激光和红 外技术的发展极大地促进了热释电效应及其应用的研究，丰 富并发展了热电理论，热释电效应及其应用已经成为凝聚态 物理和技术中活跃的研究领域之一。 绝缘或半绝缘的极性晶体因为温度均匀改变而发生的电 极化状态改变的现象称为晶体的热释电效应．热释电效应指 的是极化强度随温度改变而表现出的电荷释放现象，宏观上 是温度的改变使在材料的两端出现电压或产生电流．
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成型 简单形状的制品通过模压法成型，不均匀截 面的条形制品可以通过挤压法成型，薄 板用流 延法或轧膜法成型，大的圆环和更复杂的形状用 注浆法成型。
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烧结 烧结温度范围主要是由化学组成决定的，低于烧结范围， 制品的气孔率高、致密 度低，压电性能也就差。如果超过 烧结范围的上限，则由于出现过多液相，会发生粘 连，或 严重失铅，也会导致性能下降。此外，烧结温度过高会使晶 粒过大，机械强度 变差。 由于压电陶瓷通常含有较多铅，而PbO(或Pb304)在高温 下挥发严重，为此在 烧结时应尽量争取封闭的方式。图为 常用的压电陶瓷烧结装置。烧结时升温速度和 保温时间主 要根据以下几个原则：①样品和坩埚不因升温太快而开裂； ②制品受到的温 度均匀，烧成一致；③高温停留时间尽量 短，以减少PbO的挥发。一般小样品升温速 度为5℃／min， 大样品应更慢些。高温保温时间一般在30min～1h。