组分连续变化的梯度热释电陶瓷的制备及扩散行为研究

Preparation and diffusion behavior of PbZrO3-xPbTiO3-(0.1-x)Pb(Zn1/3Nb2/3)O3 ternary ceramics with continuous compositional distribution will be studied in present work. On the basis of knowing the dependence of the microstructure, the pyroelectric properties and the compositional distribution on the initial composition, the pre-heat-treatment conditions, the sintering parameters and the post-heat-treatment conditions, the PZ-PT-PZN pyroelectric ceramics with continuous compositional distribution will be prepared by spark plasma sintering combined with strict pre- and post-heat-treatment, which will realize a linear pyroelectric response during a wide temperature range and broaden the sphere of application of this ternary ceramic. Through the systematic studying on the compositional distribution of different preparation stages, the diffusion behavior will be clarified. The obtained results will promote the theoretical study of sintering and the proposed method will provide a new approach to prepare other functional ceramics with continuous compositional distribution.

本项目拟研究组分连续变化的PbZrO3-xPbTiO3-(0.1-x)Pb(Zn1/3Nb2/3)O3三元系陶瓷的制备及其扩散行为。在掌握其微结构、热释电性能和组分分布随初始组分、配比、前期热处理条件、烧结参数和后续热处理条件的变化规律的基础上，利用严格控制前期热处理条件下的放电等离子烧结结合后续热处理的方法制备组分连续变化的PZ-PT-PZN热释电陶瓷，实现其宽温范围内的线性热释电响应，拓展其使用范围。通过对其不同制备阶段的组分分布的系统研究，弄清其扩散行为，丰富功能陶瓷的烧结理论研究。本项目提出的放电等离子烧结结合后续热处理的方法在制备其它组分连续变化的功能陶瓷材料中也有着广泛的应用前景，相关工作的展开具有重要的理论和实际意义。

热释电探测器由于无需制冷可室温工作、探测波长范围广、器件体积小、耗电少和分辨率高等特点，被广泛应用于红外探测和红外成像。作为热释电探测器的关键材料，热释电材料及其应用研究已成为功能陶瓷的研究热点之一，其中锆钛酸铅基热释电材料由于具有很好的热释电探测率优值而受到关注，然而，其热释电系数在工作温度范围内的非线性极大地限制了这一材料在红外探测和红外成像方面的应用。为进一步使锆钛酸铅基陶瓷热释电响应在较宽的温度范围内保持稳定，本项目采用放电等离子体烧结技术成功制备了组分连续变化、并在较宽温度范围内具有平坦热释电响应平台的锆钛酸铅基三元系陶瓷，提出了严格控制前热处理条件并结合后续热处理的改进放电等离子体烧结技术，研究了初始组分、配比、前热处理条件、烧结参数和后续热处理条件等多方面因素对PZ-PT-PZN三元系陶瓷的微结构、介电、铁电及热释电性能的影响规律，同时探究了其扩散机理。通过本项目的开展，为制备组分连续变化的功能陶瓷材料提供新思路，并丰富陶瓷烧结理论。