Estudo da cerâmica PZT sob o ponto de vista microestrutural e propriedades eletro-ópticas

Abstract

Foram preparados, pelo método dos precursores poliméricos, pós de Pb(Zr0,53Ti0,47)O3 (PZT) puro, dopado cálcio, ou com estrôncio ou com bário, amorfos e cristalinos. Os pós cristalinos foram caracterizados por difração de raios X, espectroscopia na região do infravermelho, e medidas de área superficial. Os pós de PZT amorfo foram obtidos tratando termicamente nas temperaturas entre 250-300°C com intervalos de 10°C durante 20 horas, os cristalinos tratados termicamente a 700°C por 3h. A fotoluminescência foi observada, na temperatura ambiente, nos pós amorfos excitados num comprimento de onda de 488 nm. Os pós na forma cristalina foram compactados isostaticamente e sinterizados a 1100 oC / 3h para estudo da microestrutura e propriedades elétricas. Todas as amostras analisadas apresentaram altos valores de constante dielétrica (k) e constante piezoelétrica de carga (d33) mais alta que a do PZT puro. No sistema dopado com bário, observou-se diminuição no valor do fator de acoplamento planar (Kp) e no valor de d33, em função do aumento da concentração do dopante. No dopado com cálcio observou-se um aumento na polarização remanescente e diminuição do campo coercivo (Ec). Os valores de Kp e d33 foram os maiores obtidos. As micrografias mostraram que a adição de cálcio melhora a densificação e leva a uma distribuição homogênea de tamanho de grãos, e nos dopados com estrôncio, obteve-se valores de Kp inferiores ao do PZT puro, exceto para o PZT dopado com 0,4 mol % de estrôncio.

Amorphous and crystalline powders of pure, calcium, strontium and barium-doped Pb(Zr0,53Ti0,47)O3 (PZT) were obtained by the polymeric precursor method. The crystalline powder was characterized by x-ray diffraction, infrared spectroscopy and surface area measurement. Amorphous powders were heat treated in the range of 250-300°C at different temperatures while the crystalline powder was thermal treated at 700°C for 3 hours. The photoluminescence behavior was observed in the amorphous powders with an exciting wavelength of 488 nm at room temperature. The crystalline PZT powders were isostatically pressed and sintered at 1100°C / 3h to study microstructure and electrical properties. All analyzed samples presented high dielectric constant (k) values and piezoelectric charge constant (d33) higher than pure PZT. For barium-doped PZT an increase in the dopant concentration leads to a decrease in the planar coupling factor (Kp) and d33 values. The addition of calcium on PZT improves densification and also leads to a homogeneous grainsize distribution. For calcium-doped PZT, one observed an increase in the remanent polarization and a decrease in the coercive field (Ec) with the increase in dopant concentration. The higher Kp and d33 values were observed for calcium-doped PZT. The Kp values for strontium-doped PZT are smaller when compared to pure PZT, except for the 0,4 mol % strontium doped PZT.