高锆系PZT压电陶瓷的制备及性能研究(5)
（2）低温烧结PZT 陶瓷材料的新技术和新工艺。开发低温烧结PZT 压电陶瓷材料的新工艺，实现PZT压电陶瓷的低温烧结，不仅能有效地保证陶瓷材料的性能，而且可节约能源，有利环保。
（3）多功能铁电陶瓷。利用陶瓷材料的加和效应、乘积效应，以及不同联结度之间的搭配可以发展多功能新型铁电陶瓷材料。目前主要有磁电耦合、光电耦合、磁光耦合等。本实验室研制的单相磁电材料在已取得一定成果。
（5）压电复合材料。与传统压电陶瓷相比，具有更好的柔顺性和机械加工性能、密度小、声速低、易。
1．4 PZT陶瓷制备的基本工艺方法
以PZT为基压电陶瓷烧结温度一般都比较高，约为1200-1300℃。而氧化铅的挥发温度为800℃左右。因此，在烧结过程中很容易造成挥发，使烧结不能处于铅气氛中，导致陶瓷性能下降。富锆PZT陶瓷材料长期以来主要通过传统的固相反应来制备，固相反应法缺点是：(1)原料中各组份难以混合均匀；(2)高温下氧化铅易挥发，因而烧结体化学组成波动范围较大；(3)整个工艺过程易混杂，难以得到高纯度的粉体；(4)粉体颗粒大小不均匀，表面活性差，易形成团聚体，因而最终影响材料的性能[14,15].而采用化学方法制备陶瓷粉末是克服上述缺点的一条有效途径[16-21]，这是因为溶液中的金属离子可以达到分子水平上的混合，改善了生成物化学组成的均一性；同时溶液法制备的粉末活性高，合成温度低，可有效减少PbO的挥发。所以通常PZT陶瓷粉体的制备方法包括固相法和液相法。固相法除了传统固相法外，还包括微波辐射法[22],机械化学法[23]，反应烧结法等。液相法具有合成温度低，设备简单，易操作，成本低等优点如:溶胶凝胶，水热法[24,25]，沉淀法[26.27]。但是这些化学方法仍然存在很多不足[28]，例如：（1）在合成过程中容易形成中间相（PbTiO3），也即在材料合成过程中存在着远程扩散。（2）由双草酸盐制备的PZT陶瓷的介电和压电性能比较差。（3）将氢氧化锆和氢氧化钛或者氧化钛和二氧化锆分别加热到900℃和1400℃时，预先形成注入ZrxTi1-xO等的混合氧化物。Sol-gel工艺的一个主要问题是，凝胶煅烧后不能直接产生钙钛矿结构相[29]。
1.4.1 微波辐射法
微波辐射法是利用高频交变电场引起材料内部的自由束缚电荷的反复极化和剧烈运动使分子间产生碰撞摩擦和内耗将微波转变为热能从而产生高温，即实现微波加热。微波合成PZT粉体比常规固相法合成的粉体具有更小的颗粒度且合成温度也有所下降。微波的作用实际上就是代替传统高温炉，但是它具有高温炉所不具有的特点：微波能直接穿透样品，例外同时加热，不需要传热过程，瞬时可达到一定温度；无热惯性。通过调剂微波输出功率，可使样品的加热情况无惰性改变，便于实现反应的瞬时升，降温控制和自动控制；能量利用率高，可达到50%-70%，大大节约了能量。
1.4.2 机械化学法
机械化学法是利用球磨机的转动或者振动使硬球队反应前驱物进行强力的撞击、研磨和搅拌，曲线密度增加，使颗粒细化。以PbO、TiO2、ZrO2为原料，用行星球磨机球磨60h，制备颗粒细小的PZT粉体。机械化学法对原料要求较低，工艺简单，可在室温下合成，铅挥发少，粉体性能高，但也存在着反应时间过长，粉体易团聚等缺点。
1.4.3 反应烧结法
反应烧结法是先将混合均匀的多组分粉末压成素坯，在随后的烧结过程中各组分之间或者组分与烧结气氛之间发生化学反应，获得预期设计组分的复相陶瓷。其特点是在烧结传质过程中，除利用表面自由能下降作为动力外，还包括一种或者多种化学反应能作为推动力或者激活能；粉体合成和致密化烧结一步完成，工艺步骤简单。