锆钛酸铅(PZT)材料是一种用途广泛的压电功能材料,其具有良好的压电、介电、铁电性能,以及易掺杂改性、稳定性好等诸多优点。尤其在准同相界点附近,PZT陶瓷具有较高的压电常数和机电耦合系数,是制备超声换能器、压电变压器、滤波器和压电蜂鸣器等器件的基础材料。制备高纯、粒度均一、结晶性好、化学计量比合适的锆钛酸铅粉体是获得高质量压电器件最重要的前提。目前广泛应用的传统固相合成法制备过程繁琐,高温预烧过程会造成铅元素在高温下大量挥发,使得化学组成难以精确控制而降低最终陶瓷的电学性能。同时通过该方法制备的粉体存在颗粒大小不匀,易团聚,预烧后的粉料在球磨过程中易受污染等诸多问题。近几十年来发展的水热法可在较低温度下直接合成结晶性良好的超微粉体,使得粉体的化学配比能够精确控制,且具有无需预烧、结晶性好、烧结活性高等特点,在制备超细粉体中得到了广泛的研究与应用。然而利用水热法制备PZT粉体的已有报道主要集中于水热条件对于粉体粒径、形貌和晶相的控制上,而水热法制备的PZT粉体对最终合成的PZT压电陶瓷性能有何影响,水热制备的PZT粉体能否大幅提高陶瓷的压电性能的相关研究还较少。针对上述传统固相合成法制备压电陶瓷的缺点以及目前水热法制备压电粉体材料研究的不足。本文采用水热法合成PZT陶瓷粉体,通过对水热条件(矿化剂浓度、水热反应温度和时间)的控制,实现了对PZT粉体形貌和物相的控制。初步探讨了PZT粉体在不同水热条件下生长机理,并通过粉体的物相、形貌和陶瓷性能的优劣确定陶瓷粉体的最佳合成条件。同时,在粉体的结晶性、形貌、陶瓷断面结构和压电性能方面对水热法制备PZT粉体烧结的陶瓷与传统工艺制备的压电陶瓷进行了详尽的比对。此外,采用水热法成功制备出棒状PZT材料,为发展压电器件做了初步的探索。主要研究内容和结果如下:(1)以氧氯化锆、钛酸四丁酯、硝酸铅为前驱物,KOH为矿化剂,采用两步水热法合成钙钛矿结构的PbZr0.52Ti0.48O3粉体并制备陶瓷样品。系统研究矿化剂浓度和水热温度对PZT粉体结晶性、形貌以及最终烧结陶瓷样品电学性能的影响,初步探讨PZT粉体在不同碱度下的生长机理。实验结果表明,较低碱度、合适温度条件有助于制备结晶性良好、单一分散的方形形貌、烧结活性高的PZT粉体。前驱物浓度0.2M,反应温度180℃,反应时间12h,矿化剂浓度1M的水热条件下合成的粉体烧结后陶瓷样品的电学性能最佳,其性能参数为:d33=310pC/N,Kp=53.2%,ε33T/ε0=1358,tanδ=0.005.明显优于传统固相法制备的陶瓷的压电性能(d33=223pC/N,kp=40%,ε33T/ε0=1330, tanδ=0.004),其中压电系数提高了39%,机电耦合系数提高了33%。(2)以PVA为表面活性剂,采用两步水热法合成棒状PZT材料,在前驱物浓度0.1M,反应温度为200℃,反应时间为12h,矿化剂浓度为0.5M的水热条件下研究了PVA浓度对于水热产物结晶性和形貌的影响。研究发现:当PVA浓度为2.1mg/ml时,制备的棒状PZT材料结晶性和形貌最佳。同时,我们还研究了在不添加任何表面活性剂的情况下,合成直径为200-500nm、长度为10-50μm的棒状PZT材料,水热过程所得产物并非钙钛矿结构,而是体心四方相结构(简称PX相)的棒状PZT材料。两种情况下得到的棒状PZT材料经过退火处理(650℃退火20mmin),均可以实现晶形从体心四方到钙钛矿结构的转变。