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 Zirkonium (Zr).

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. Zirkoniumatom "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 Material ungefähr zwischen 150°C und 200°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 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. Harte PZT-Materialien zeichnen sich durch hohe Remanenz aus, sie benötigen allerdings weit höhere Feldstärken für eine Polarisationsänderung. Bei weichen PZT-Werkstoffen ist das Umgekehrte der Fall: die weissschen Bezirke lassen sich leichter durch elektrische Felder verändern. Das Material ist also leichter formbar (weicher).