Blei-Zirkonat-Titanat


Blei-Zirkonat-Titanat

Phasendiagramm von PZT in Abhängigkeit von Temperatur und Mischverhältnis. P ist dabei der dielektrische Polarisationsvektor (spontane Polarisation).

Blei-Zirkonat-Titanat (PZT) ist ein Stoffverbund aus Blei (Pb), Sauerstoff (O) und Titan(Ti) oder Zirconium (Zr) und gehört zu der Familie der Ferroelektrika.

Die Bleiatome sind in einer kubischen Raumstruktur angeordnet. Blei-Zirkonat-Titanat liegt für gewöhnlich, ebenso wie das ihm sehr ähnliche Bariumtitanat, als Perowskit vor. Mehrere Sauerstoffatome kubisch-flächenzentriert und ein Titan- bzw. Zirconiumatom „pseudo-kubisch-raumzentriert“ angeordnet, d. h. dass das Titanatom oberhalb der Curietemperatur tatsächlich die beschriebene kubisch-raumzentrierte Position einnimmt. Bei Temperaturen unterhalb der Curietemperatur (je nach Titananteil ungefähr zwischen 230 °C und 500 °C) wandert das Titanatom etwas aus seiner zentralen Lage heraus und das zuvor elektrisch neutrale Gitter wird zu einem Dipol. Dieses Dipol-Gitter weist nun piezoelektrische Eigenschaften auf und gilt zur Zeit (2005) als eines der kostengünstigsten Materialien zur Herstellung leistungsfähiger Piezoaktoren. PZT wird auch bevorzugt als Speicherelement eines ferroelektrischen RAM verwendet.

PZT als Piezokeramik

Hysteresekurve von dotierten PZT-Keramiken. Aufgetragen ist die Polarisation P über die angelegte elektrische Feldstärke E.

Die Eigenschaften eines PZT-Werkstoffes lassen sich zusätzlich durch den Einbau von Fremdatomen (Dotierung) modifizieren. Besondere Wichtigkeit für Piezokeramiken besitzt dabei die Polarisierbarkeit bei unterschiedlichen elektrischen Feldstärken. Durch die Dotierung entstehen sogenannte harte und weiche Keramiken, die sich in ihrer Hysteresekurve unterscheiden. Weiche PZT-Materialien zeichnen sich durch hohe Remanenz aus, sie zeigen jedoch bereits bei einer geringeren Feldstärke, der sogenannten Koerzitivfeldstärke, eine Änderung der Polarisationsrichtung. Bei harten PZT-Werkstoffen ist das Umgekehrte der Fall: die weissschen Bezirke, auch Domänen genannt, lassen sich schwerer durch elektrische Felder verändern. Das Material ist also schwerer formbar (härter).

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