稀土在压电陶瓷中的应用

　　钛酸铅（PbTiO3）是一种典型的具备机械能-电能耦合效应的压电陶瓷，其居里温度高（490℃）、介电常数低，适于高温和高频条件下应用。但在其制备冷却过程中，因产生立方-四方相变而易出现显微裂纹。为了解决这一问题，采用稀土对其进行改性，经1150℃温度烧结后可获得相对密度为99%的RE-PbTiO3陶瓷，显微组织得到明显改善，可用于制造在75MHZ的高频条件下工作的换能器阵列。分析认为，由于稀土离子RE3+的置换作用，使PbTiO3陶瓷介电常数减小及压电各向异性(kt/kp)增强，特别适用于电子扫描医用超声系统中的换能器。并且因陶瓷的介电常数和径向机电耦合系数减小，其高频谐振峰变得单纯，利于制造高灵敏度、高分辨率的超声换能器。
 

　　在具有高压电系数的锆钛酸铅（PZT）压电陶瓷中，通过添加La2O3、Sm2O3、Nd2O3等稀土氧化物，可明显改善PZT陶瓷的烧结性能并利于获得稳定的电学性能和压电性能，这是因为用三价的La3+、Sm3+、Nd3+等稀土离子取代了PZT中A位的Pb2+后，使PZT陶瓷的电物理特性发生了一系列变化。此外，还可通过添加少量稀土氧化物CeO2来改善PZT陶瓷的性能，且CeO2的添加量以0.2%～0.5%为宜。掺加CeO2后PZT陶瓷的体积电阻率升高，利于工艺上实现高温和高电场下极化，其抗时间老化和抗温度老化等性能也均得到改善。经稀土改性的PZT陶瓷，现已在高压发生器、超声发生器、水声换能器等装置中得到广泛应用。