Las cerámicas basadas en perovskita se producen comercialmente en grandes cantidades y son usadas principalmente en condensadores y termistores de coeficiente de temperatura positivo (PTC) y como piezocerámicos.
La cerámica de titanato de bario se emplea como un dieléctrico en los condensadores. La dependencia de la permitividad de la temperatura y de la fuerza de campo, que por regla general no es deseable, se puede minimizar mediante la sustitución parcial de Sr o Pb por Ba, así como también Zr o Sn por Ti. Al mismo tiempo, la transición, que en cualquier caso es difusa en el titanato de bario altamente dopado, se puede bajar a temperatura ambiente, logrando así altas permitividades. También se debe prestar la atención en el tamaño de grano, debido a los efectos de despolarización asociados.
Un bajo dopaje, por ejemplo unas pocas décimas porcentuales en moles de Sb, Nb, o tierra rara, hacen semiconductor al titanato de bario. Si la cerámica también contiene trazas de Cu, Fe o Mn, la acumulación de estos elementos en los límites del grano provoca la formación de capas eléctricamente aislantes, ya que estas impurezas, como aceptores, capturan electrones libres.
Si la concentración de aceptor es lo suficientemente alta, la cerámica constituye un condensador de capa de bloqueo con alta permitividad efectiva. Un dopaje ligero (<0,01%) produce los llamados termistores PTC; su resistencia puede aumentar en más de cuatro órdenes de magnitud en un intervalo de 100 K por encima de la temperatura de Curie (Fig. 9). Por debajo del punto de Curie las barreras de potencial en los límites de grano son anuladas por las cargas de polarización de los cristalitos ferroeléctricos, y la resistencia eléctrica de la cerámica está determinada por la de los granos semiconductores.
Dependencia de temperatura de la resistividad de termistores cerámicos PTC de titanato de bario con diversas temperaturas de Curie.
Para aplicaciones piezoeléctricas la cerámica ferroeléctrico macroscópicamente isotrópica es polarizada campos eléctricos. La orientación óptima de la polarización espontánea en los granos dispuestos al azar se ve facilitada por las temperaturas elevadas. La cerámica de soluciones sólidas de titanato de plomo - zirconato de plomo (PZT) son particularmente adecuadas para aplicaciones piezocerámicas en virtud de sus altas temperaturas de Curie y alta polarización espontánea, así como sus propiedades cristalográficas. El diagrama de fases se muestra en la Figura 10. Los materiales con una composición cercana a la del límite de fase morfotrópica entre la fase romboédrico rica en zirconato y la estructura cristalina tetragonal rica en titanato presentan factores de acoplamiento hasta k = 0,7, donde k2 es la fracción de la energía eléctrica suministrada que se almacena como energía mecánica.
Diagrama de fases de la solución sólida PbTiO3 - PbZrO3 (PZT)
AF = antiferroeléctrica; F = ferroeléctrica; P = paraeléctrica
Las buenas propiedades electro-ópticas de los materiales ferroeléctricos con carácter de óxidos y las ventajas de los materiales cerámicos se incorporan en las opto-cerámicas. La alta transparencia se logra mediante la selección de fases de anisotropía óptica mínima y por procedimientos de sinterización especiales como en el caso titanato de plomo - zirconato de plomo dopado con lantano (PLZT). Los materiales con la composición Pb1−1.5 x Lax 0.5 x (Zr0.65 Ti0.35 )O3 con 0.07 <x <0,1 se utilizan para los componentes electro-ópticos, tales como lectores o obturadores ópticos.
Preparación de Cerámicas Ferroeléctricas
Las cerámicas ferroeléctricas se preparan mediante la sinterización de la mezcla de óxido durante varias horas a temperaturas entre 1450 y 1650 K. Los materiales de partida son los óxidos molidos o, especialmente para los productos de grano fino, compuestos preparados por métodos de química húmeda. Las cerámicas de baja porosidad requeridas para aplicaciones ópticas se obtienen por prensado en caliente o sinterización en vacío.