Ferroelektrische Keramiken sind eine Klasse kristalliner pyroelektrischer Materialien – dh Materialien, die beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur elektrisch polarisiert werden. Die kritische Temperatur in dieser Hinsicht ist der Curie-Punkt, der vielleicht besser bekannt ist als die Temperatur, oberhalb derer ferromagnetische Materialien wie Eisen ihren Magnetismus verlieren. Der Begriff Ferroelektrikum hat jedoch keinen direkten Bezug zu Eisen. Bei Materialien, die den ferroelektrischen Effekt aufweisen, kann die Polarität unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes entsprechender Orientierung umgekehrt werden. Viele Keramikmaterialien mit dieser Eigenschaft können hergestellt werden, indem pulverförmige Bestandteile auf die erforderliche Temperatur erhitzt werden und beim Abkühlen des Materials eine Kristallisation ermöglicht wird.
Materialien, die diese Eigenschaft aufweisen, weisen typischerweise eine Perowskit-Kristallstruktur auf, ein Begriff, der vom Mineral Perowskit (CaTiO3) oder Calciumtitanat stammt. Diese Verbindungen haben die allgemeine Formel ABX3, wobei A ein großes Kation ist, B ein viel kleineres Kation ist und X ein Anion ist, normalerweise Sauerstoff. Die Kristallstruktur dieser Materialien ist so, dass die „A“-Kationen ein kubisches Gitter mit einem „B“-Kation in jedem Würfel bilden, das von sechs „X“-Anionen umgeben ist. Perowskit-Strukturen haben kein Symmetriezentrum, da das „B“-Kation dazu neigt, vom Zentrum weg verschoben zu werden – dies ist für den ferroelektrischen Effekt wesentlich. Beispiele für ferroelektrische Keramiken mit dieser Kristallstruktur sind Bariumtitanat (BaTiO3), Bleititanat (PbTiO3) und Kaliumniobat (KNbO3).
Wenn ein elektrisches Feld angelegt wird, ändern die „B“-Kationen ihre Position innerhalb des Kristallgitters entsprechend der Orientierung des Feldes und verbleiben in dieser Position, wenn das Feld abgeschaltet wird. Dadurch wird das Material elektrisch polarisiert. Die Positionen der „B“-Kationen können jedoch durch Anlegen eines elektrischen Feldes mit einer anderen Orientierung verändert werden. Auf diese Weise können ferroelektrische Keramiken Informationen aufnehmen und können daher als Computerspeicher verwendet werden.
Eine der wichtigsten Anwendungen der Ferroelektrizität ist der ferroelektrische Direktzugriffsspeicher (FRAM). Dies bietet ein sehr schnelles Speichern und Abrufen von Daten mit dem Vorteil, dass die gespeicherten Daten ohne Stromversorgung erhalten bleiben. Ferroelektrische Keramiken eignen sich auch sehr gut für den Einsatz in Kondensatoren. Mehrschichtkondensatoren aus Hunderten von dünnen Bariumtitanatplatten mit gedruckten Elektroden werden in großen Stückzahlen hergestellt und haben ein breites Anwendungsspektrum, beispielsweise in der Ultraschallbildgebung und hochempfindlichen Infrarotkameras. Andere Anwendungen umfassen ferroelektrische Dünnfilmkeramiken, die in optischen Wellenleitern und optischen Speicheranzeigen verwendet werden können.