Influencia de la presencia de fases secundarias en las propiedades piezoeléctricas de materiales cerámicos basados en PZT

Abstract

Se ha realizado un estudio comparativo de la microestructura, las propiedades eléctricas y piezoeléctricas de un material cerámico PZT tipo-5A sin modificar y modificado con un exceso de Nb 2 O 5 . Mediante Microscopía Electrónica de Barrido se observa que el PZT modificado presenta una estructura más heterogénea. Se han caracterizado las propiedades dieléctricas y piezoeléctricas de los materiales con y sin adición de Nb 2 O 5 y se ha determinado la influencia de la presencia de fases secundarias sobre la variación de la Temperatura de Curie y el desplazamiento de la composición del PZT debido a la extracción de PbO desde la matriz de PZT.Palabras clave: Titanato Circonato de Plomo, Microestructura, Temperatura de Curie. Influence of the presence of secondary phases on the piezoelectric properties of PZT-based ceramicsA comparative study of the microstructure, the dielectric, and the piezoelectric properties of PZT-5A type ceramics unmodified and modified with an excess of Nb 2 O 5 has been carried out. By SEM, the microstructure of the modified ceramics appears more heterogeneous than that corresponding to the unmodified one. The piezoelectric and dielectric properties of both materials, with and without Nb 2 O 5 addition, have been measured. The influence of the secondary phases on the variation of the Curie temperature has been determined, as well as the displacement of the PZT composition due to extraction of PbO from the PZT matrix.Key words: Lead Titanate Zirconate, Microstructure, Curie Temperature. INTRODUCCIÓNLos materiales cerámicos basados en titanato circonato de plomo, Pb(Zr x Ti 1-x )O 3 (PZT), se utilizan como elementos piezoeléctricos en una amplia variedad de aplicaciones. En el rango de composición de la frontera morfotrópica de fases estos materiales presentan los coeficientes piezoeléctricos más elevados (1,2). El aumento de las propiedades piezoeléctricas en las proximidades de la frontera morfotrópica de fases se debe a un aumento en la facilidad de reorientación de los dominios durante la polarización causado por la proximidad de las estructuras ferroeléctricas tetragonal y romboédrica, ya que es mayor el número de direcciones disponibles para la polarización, y por un máximo en la complianza mecánica.La presencia de fases secundarias influye notablemente sobre sus propiedades dieléctricas y piezoeléctricas. Las cerá-micas de PZT se usan casi siempre con adiciones de dopantes, modificadores u otros constituyentes químicos, a fin de mejorar y optimizar sus excelentes propiedades básicas. El Nb +5 clasifica dentro del grupo de los dopantes donadores. Éstos son iones cuya valencia es mayor que la del ión que reemplazan en la red. Los donores producen vacantes de plomo para mantener la electroneutralidad local, lo que facilita el movimiento de las paredes de dominio (3) y explica muchas de las propiedades de este grupo de aditivos. Sin embargo, la adición de Nb 5+ provoca una disminución del tamaño de grano y de la densidad en el material, y conduce a la formación de ZrO 2 como fase secundari...