高锆系PZT压电陶瓷的制备及性能研究(6)
1.4.4 水热法
在制备高纯、均一、超细的多组份粉体方面,水热法由于其具有工艺相对较为简单，不需要高温灼烧处理，可直接得到结晶完好、团聚少、粒度分布窄、烧结活性高的粉体等特点，正获得越来越广泛的重视。水热法合成PZT陶瓷粉体的工艺过程：先将氧氯化锆（ZrOCl2•8H2O）和硝酸铅Pb(NO3)2分别用蒸馏水溶解配成一定浓度的溶液，然后将两溶液与一定量的四氯化钛（TiCl4）一起混合成混合液，并加入氢氧化钾，于高压反应釜内升温反应一段时间。反应完后，将所得沉淀物进行过滤、洗涤，直至滤液中无Cl-检出，然后将沉淀于100℃下干燥，即得样品。
1.4.4 沉淀法
将一定量的Ti(SO4)2溶解在水中，用氨水沉淀。经过洗涤后，加入适量的硝酸溶解，得到浓度为0.1mol/L TiO（NO3）2的水溶液。Pb（NO3）2和Zr（NO3）4也分别溶解在水中，配制成相应的0.1mol/L硝酸盐溶液。经过标定后，将Pb（NO3）2，Zr（NO3）4和TiO（NO3）2的水溶液以及Nb2O5粉末按照一定的化学计量比混合，充分搅拌时体系分布均匀。然后缓慢将混合液加入pH值为9的氨水中，通过不断补充氨水来文持反应液的pH值。沉淀安全后，经洗涤，干燥，研磨，得到的共沉淀粉末进行热处理。热处理后的粉末研磨过筛，加入适量的酒精造粒，压制成片，将坯件热压烧结2h得到PZT陶瓷。沉淀法合成PZT粉体，影响粉体沉淀的最主要因素是沉淀剂种类。采用共沉淀法时，一方面可能由于局部浓度的不均匀而导致合成粉体组分的不均匀，另一方面共沉淀、晶粒长大、干燥、煅烧的每一步都可能导致颗粒的长大及团聚结构的出现。另外，当原料中含有氯盐时，氯离子在水洗过程中可能导致PZT组分的流失，如：沉淀过程中的Zr(OH)4为极细小的颗粒，极易滤过滤纸[30]
共沉淀法工艺流程如图3。
图3：共沉淀法工艺流程
1.4.5 溶胶凝胶法
溶胶凝胶法是湿化学方法中合成粉体的新兴方法，主要包括溶剂化、水解反应和缩聚反应三步。以硝酸铅、硝酸氧锆和钛酸丁酯为反应前驱物，以水为主要溶剂，按照结构式Pb（Zr0.95Ti0.05）O3设计原始组分，配制一定浓度的硝酸铅，硝酸锆水溶液，将酞酸丁酯溶于少量乙醇中配制成一定浓度的钱去溶液后，加入稳定剂和分散剂（选用PEG：聚乙二醇）。在磁力搅拌作用下，把钛前驱物溶液和铅前驱物溶液缓慢滴加到锆前驱物溶液中，形成均相溶液。在搅拌加热条件下将适量的掺杂物缓慢加到均相溶液中，选择氨水作为胶凝剂调剂溶液pH值已形均匀的PZT溶胶，溶胶经静置、干燥获得凝胶，在经研磨后，在高温炉中进行热处理即可得到PZT95/5粉体。溶胶凝胶法优点在于[31]：(1)制备简单便宜。首先，用料省、成本较低。其次，不需要任何真空条件或其他昂贵的设备，便于应用推广。(2)化学均匀性好。容易制备出均匀的多元氧化物薄膜，可以有效地控制薄膜的成分及其结构。(3)易成型。很容易大面积地在各种不同形状(平板状、圆棒状、圆管内壁、球状及纤文状等)、不同材料(金属、玻璃、陶瓷、高分子材料等)的基底上制备薄膜，甚至可以在粉体材料表面制备一层包覆膜，这是其它的传统工艺难以做到的。(4)制备温度低。工艺过程温度低，这对于制备那些含有易挥发组分或在高温下易发生相分离的多元体系来说非常有利。
1．5 PZT陶瓷的研究
锆钛酸铅Pb（ZrxTi1-x）O3简称PZT,PZT95/5 压电陶瓷是锆钛酸铅系统中锆钛比在95/5附近的陶瓷的通称。钛酸铅和锆酸铅均是钙钛矿结构，由于Ti4+离子半径（0.64 ）和Zr4+离子半径（0.77 ）相近，且两种离子的化学性能相似，因此能以任意比例形成连续固溶体。下图给出了PbZrO3-PbTiO3系固溶体的低温相图：这类材料处于铁电相与反铁电相的相界附近，具有特殊的电物理性能，在许多领域得到应用。