無鉛壓電陶瓷的制備

1、渭南師范學(xué)院本科畢業(yè)論文題目：無鉛壓電陶瓷的制備及其研究進(jìn)展專業(yè)：材料化學(xué)學(xué)院：化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院畢業(yè)年份：2013姓名：丁妮學(xué)號(hào)：090944080指導(dǎo)教師：李俊燕職稱：講師渭南師范學(xué)院教務(wù)處制無鉛壓電陶瓷的制備及其研究進(jìn)展丁妮(渭南師范學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院材料科學(xué)系09級(jí)1班)摘要：無鉛壓電陶瓷的開發(fā)和應(yīng)用已經(jīng)成為各個(gè)國家的研究熱點(diǎn)。因此本文總結(jié)了粉體的合成方法和無鉛壓電陶瓷的制備技術(shù)，并分析了當(dāng)前應(yīng)用最多的五類無鉛壓電陶瓷的特點(diǎn)和性能，最后指出其未來發(fā)展趨勢(shì)。關(guān)鍵詞：無鉛壓電陶瓷；制備方法；水熱法；陶瓷晶粒定向技術(shù)壓電陶瓷是一種能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械能與電能之間轉(zhuǎn)換的新型功能材料，與壓電晶體相比

2、，具有易制成復(fù)雜形狀、成本低、機(jī)電耦合系數(shù)大、壓電性能可調(diào)節(jié)性好以及優(yōu)越的光、電、熱、磁力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛用于電子、通信、航空、發(fā)電、探測(cè)、冶金、計(jì)算機(jī)等諸多領(lǐng)域1。傳統(tǒng)壓電陶瓷主要是以含鉛的錯(cuò)鈦酸鉛(PZT)系材料為主，其主要成分是氧化鉛(6070%以上)。氧化鉛是一種易揮發(fā)的有毒物質(zhì)，在生產(chǎn)、使用及廢棄后的處理過程中，都會(huì)給人類和生態(tài)環(huán)境造成損害。PbO的揮發(fā)也會(huì)造成陶瓷中的化學(xué)計(jì)量比的偏離，使產(chǎn)品的一致性和重復(fù)性降低，需要密封燒結(jié)，使成本提高2-6o因此，研究開發(fā)高性能的無鉛壓電陶瓷具有非常重要的科學(xué)意義和緊迫的市場(chǎng)需求，逐漸成為研究的熱點(diǎn)。特別是我國加入WTO后，能否成

3、功開發(fā)出具有原始創(chuàng)新性的、擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的、性能優(yōu)良的無鉛壓電陶瓷體系，對(duì)我國壓電陶瓷產(chǎn)業(yè)來說，既是嚴(yán)峻的生存挑戰(zhàn)，又是騰飛的機(jī)遇。1無鉛壓電陶瓷的概念和分類無鉛壓電陶瓷是指不含鉛的壓電陶瓷，其更深層含義是指既具有滿意的使用性又有良好的環(huán)境協(xié)調(diào)性的壓電陶瓷，它要求材料體系本身不含有可能對(duì)生態(tài)環(huán)境造成損害的物質(zhì)，在制備、使用及廢棄后處理過程中不產(chǎn)生可能對(duì)環(huán)境有害的物質(zhì)，也不對(duì)人類及生態(tài)環(huán)境造成危害7。目前研究的無鉛壓電陶瓷材料按組成可分為以下幾類：鈦酸根基無鉛壓電陶瓷、鋸酸鹽基無鉛壓電陶瓷、Na0.5Bi0.5TiO3(BNT諜無鉛壓電陶瓷、鴇青銅結(jié)構(gòu)無鉛壓電陶瓷和鈉層狀結(jié)構(gòu)無鉛壓電陶瓷。這些

4、材料和傳統(tǒng)的PZT基壓電陶瓷相比，雖然有各自的特點(diǎn)，但壓電性能比較差，不能完全取代目前廣泛使用的PZT基壓電陶瓷，為了提高無鉛壓電陶瓷的壓電性能，人們已經(jīng)在改變組分、摻雜改性等方面進(jìn)行了大量的研究。作為無鉛壓電陶瓷材料研究、應(yīng)用的基礎(chǔ)，制備方法在提高無鉛壓電陶瓷性能方面顯得尤為重要。2無鉛壓電陶瓷的制備方法2.1 粉體制備方法目前，固相法由于具有成本低、產(chǎn)量高以及制備工藝較簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)而成為無鉛壓電陶瓷最常用的制備方法，但是通過該方法制備的粉體，各種原料很難混合均勻，易混入雜質(zhì)，且粉料活性較差，煨燒溫度高，易造成組分的揮發(fā)，影響燒結(jié)樣品的致密化，從而降低了樣品性能。近幾年來，人們開始研究軟化學(xué)法

5、制備陶瓷粉體以克服傳統(tǒng)工藝的不足。軟化學(xué)合成方法由于具有化學(xué)計(jì)量比準(zhǔn)確、化學(xué)均勻性高以及成相溫度低、致密化程度高、電學(xué)性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)而備受青睞。目前，制備無鉛壓電陶瓷的軟化學(xué)方法主要有共沉淀法、溶膠-凝膠法、熔鹽法和水熱法等8。2.1.1 共沉淀法共沉淀法為在含有多種金屬離子的溶液中加入沉淀劑利用Ksp作為理論依據(jù)，使金屬離子完全、同日沉淀9。杜仕國等10將草酸滴人BaCl2和TiCl4(或Ti(NO3)4、Ba(N03)2)的混合水溶液中，得BaTi(C2O4)24H2O的高純度沉淀，經(jīng)過濾、洗滌、熱分解后，得到BaTiO3納米微粒。因?yàn)楣渤恋矸ㄔ谥苽溥^程中就能完成反應(yīng)及摻雜過程，故也可用于

6、功能陶瓷的制備，如以H2Ti03、H2O2、NH3和Ca(NO3)2為原料，合成出CaTiO&此法也可用于制備ZrO2基陶瓷粉體，如Zr02-Y203、Zr02-MgO、Zr02-A1203等11。共沉淀法的優(yōu)點(diǎn)為原料和工藝條件可控，有利于雜質(zhì)的排除，生成的產(chǎn)物具有較高的化學(xué)均勻性，粒度較細(xì)，顆粒尺寸分布較窄，可實(shí)現(xiàn)一定的形貌控制。缺點(diǎn)為化學(xué)組分偏離且均勻性差，有粉體團(tuán)聚現(xiàn)象，所以不適用于制備精確化學(xué)計(jì)量比的粉體。2.1.2 溶膠-凝膠法溶膠凝膠法的基本原理是：易于水解的金屬化合物（無機(jī)鹽或金屬醇鹽）在某種溶劑中與水發(fā)生反應(yīng)，經(jīng)過水解與縮聚過程逐漸凝膠化，再經(jīng)干燥燒結(jié)等后處理得到所需材

7、料12。趙明磊等13發(fā)現(xiàn)用溶膠-凝膠法制備的組分為（Bi0.5Na0.5）0.94-Ba0.06TiO3無鉛壓電陶瓷，其壓電常數(shù)（d33=173pC/N）與傳統(tǒng)工藝制備相同組分的無鉛壓電陶瓷（d33=125pC/N）相比提高了約40%。Hou等14-15采用溶膠-凝膠工藝制備了高度均勻、致密（相對(duì)密度達(dá)到90%以上）的K0.5Bi0.5TiO3壓電陶瓷，凝膠在700c下煨燒2h能夠得到純的鈣鈦礦相的K0.5Bi0.5TiO3粉體，燒結(jié)溫度比用傳統(tǒng)方法制備所需的溫度低，較好的抑制了K和Bi組分的揮發(fā)，所以制得的K0.5Bi0.5TiO3的介電性能比較好，在1050c時(shí)相對(duì)介電常數(shù)£r（

8、1kHz）=690,介電損耗tg6=0.052。溶膠-凝膠工藝制備的無鉛壓電陶瓷的優(yōu)點(diǎn)是：（1）反應(yīng)易進(jìn)行，反應(yīng)溫度低，能較好的抑制高溫下易揮發(fā)組分的揮發(fā)，確保各組分的化學(xué)計(jì)量比，降低能耗；（2）其原料可被分散到溶液中形成低粘度溶液，可實(shí)現(xiàn)分子水平的均勻混合，可實(shí)現(xiàn)分子水平的均勻摻雜；（3）燒結(jié)出的無鉛壓電陶瓷比較致密，其壓電和介電性能比較優(yōu)異；（4）反應(yīng)過程易于控制，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便。但是溶膠-凝膠工藝也存在原料昂貴，凝膠顆粒之間燒結(jié)性差、塊體材料凝結(jié)性不好，干燥時(shí)收縮大等缺點(diǎn)。2.1.3熔鹽法熔鹽法是一種在較低的反應(yīng)溫度下和較短的時(shí)間內(nèi)制備純凈粉體的簡(jiǎn)便方法。所謂熔鹽法，即將鹽與反應(yīng)物按

9、照一定的比例配制反應(yīng)混合物，混合均勻后，加熱使鹽熔化，反應(yīng)物在鹽的熔體中進(jìn)行反應(yīng)，生成產(chǎn)物，冷卻至室溫后，以去離子水清冼數(shù)次以除去其中的鹽得到產(chǎn)物粉體。熔鹽法合成粉體可以分為兩個(gè)過程：即粉體顆粒的形成過程和生長過程。顆粒的形成過程依賴于參與反應(yīng)的氧化物在鹽中的溶解速率的差異。因此，粉體的形態(tài)最初由形成過程所控制，隨后由生長過程所控制16。熔鹽法合成無鉛壓電陶瓷粉體有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）操作過程簡(jiǎn)單，不需其它專用設(shè)備；（2）能使反應(yīng)在較短的時(shí)間內(nèi)和較低的溫度下完成；（3）能夠比較容易的控制粉體顆粒的形狀和尺寸；（4）由于反應(yīng)體系為液相，因而合成產(chǎn)物各組分配比準(zhǔn)確，成分均勻，無偏析；（5）合成粉體的分

10、散性很好，經(jīng)溶解洗滌后的產(chǎn)物幾乎沒有團(tuán)聚現(xiàn)象存在；（6）在熔鹽的反應(yīng)過程以及隨后的清洗過程中，有利于雜質(zhì)的清除，形成純度較高的反應(yīng)產(chǎn)物。Zeng等17用不同的鹽（NaCl,KCl,NaCl-KCl成功合成了KxNa1-xNbO3陶瓷粉體，發(fā)現(xiàn)在低溫750c下形成了單一的鈣鈦礦相結(jié)構(gòu)，不同的鹽對(duì)粉體的形貌和化學(xué)組成有顯著的影響，用這種方法制備的粉體基本上沒有產(chǎn)生團(tuán)聚現(xiàn)象。程志政18采用熔鹽法合成了（Na0.5K0.5）NbO3粉體，通過XRD和SEM分析表明：合成的（Na0.5K0.5）NbO3粉體無嚴(yán)重團(tuán)聚現(xiàn)象，當(dāng)鹽與反應(yīng)物質(zhì)量比為1左右時(shí)，顯微結(jié)構(gòu)為球形顆粒，大小為100150nm,當(dāng)鹽與反

11、應(yīng)物的質(zhì)量比大于2時(shí)，顯微結(jié)構(gòu)為立方顆粒，大小為1dm左右。1130c下燒結(jié)20min的（Na0.5K0.5）NbO3-6mol%LiTaO3陶瓷具有最大的密度值p=4.38g/cm3,其各項(xiàng)壓電性能達(dá)到最優(yōu)值：相對(duì)介電常數(shù)er=672,壓電常數(shù)d33=123pC/N,剩余極化強(qiáng)度Pr=32科C/cm2,矯頑場(chǎng)強(qiáng)Ec=23kV/cm。楊建鋒等人19利用熔鹽法合成純鈣鈦礦結(jié)構(gòu)K0.5Bi0.5TiO3（KBT沅鉛陶瓷粉體與傳統(tǒng)固相法相比，熔鹽法合成溫度顯著降低且顆粒平均粒徑明顯減小。固相法合成的粉體平均粒徑為115nm,KCl含量5涮口20%的熔鹽法合成粉體平均粒徑為78nm和67nm。2.1.

12、4 水熱法水熱法是利用高壓釜里的高溫、高壓反應(yīng)條件，采用水作為反應(yīng)介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)產(chǎn)物的制備。水熱條件下離子反應(yīng)和水解反應(yīng)可以得到加速和促進(jìn)，使一些在常溫下反應(yīng)速度很慢的熱力學(xué)反應(yīng)在水熱條件下可以實(shí)現(xiàn)快速反應(yīng)。其優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，其相對(duì)溫度低；在密閉容器中進(jìn)行，避免組分揮發(fā)；可以直接合成多組分物料，隔絕空氣，避免了一般濕化學(xué)法需經(jīng)燒結(jié)轉(zhuǎn)化為氧化物這一可能形成硬團(tuán)聚的過程；晶粒發(fā)育完整，團(tuán)聚程度很輕且水熱合成所用的原料比較便宜，能使難溶不溶的物質(zhì)溶解，還可進(jìn)行重結(jié)晶。對(duì)壓電常數(shù)較低的BNT基陶瓷來說，水熱合成法可能是提高其壓電性能的一條有效途徑20。周黎等人21利用水熱法制備出了納米(Bi0.5Na

13、0.5)Ti03-Ba(Cu0.5W0.5)O3粉體，水熱粉體表現(xiàn)出良好的壓電活性，如達(dá)到130pC/N,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于BNT(d33=70pC/N)的壓電性能，且粉體平均粒徑在100nm以下。2.2 壓電陶瓷制備技術(shù)2.2.1 晶粒定向技術(shù)通過工藝控制，使晶粒擇優(yōu)取向，使陶瓷的性能呈現(xiàn)出明顯的各向異性，從而在單方向上獲得接近于單晶的性能，這是獲得高性能壓電陶瓷的又一重要途徑，制備織構(gòu)化陶瓷的基礎(chǔ)是晶粒的各向異性生長。所以，具有織構(gòu)的陶瓷各向異性顯著新型織構(gòu)陶瓷的制備方法是通過熱處理、模板晶粒生長，外加磁場(chǎng)等手段來實(shí)現(xiàn)的。(1)熱處理法熱處理技術(shù)是在高溫下施加外力使晶粒內(nèi)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)和晶粒間晶界滑移，從

14、而使陶瓷晶粒實(shí)現(xiàn)定向排列。熱鍛熱壓熱軋和超塑性變形均屬于熱處理技術(shù)。其中，熱鍛法改性效果最明顯。日本學(xué)者TadashiTakenak好用熱鍛法制備了織構(gòu)化的Bi4Ti3012陶瓷，其取向度達(dá)到了95%,但是此項(xiàng)技術(shù)主要應(yīng)用在秘層狀結(jié)構(gòu)以及鴇青銅結(jié)構(gòu)等各向異性明顯的壓電陶瓷的織構(gòu)化方面，而對(duì)鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的陶瓷的織構(gòu)化則尚未見報(bào)道。(2)模板晶粒生長技術(shù)模板晶粒生長技術(shù)是通過添加模板晶粒，是晶粒在基體定向排列生長的一種技術(shù)，通過流延法或者擠塑法使其定向排列。崔春偉等22人采用模板晶粒生長技術(shù)在1300c燒結(jié)制得織構(gòu)化SBN陶瓷，其晶粒取向率達(dá)86%。結(jié)果表明模板晶粒生長技術(shù)是使多晶陶瓷具有單晶性質(zhì)的

15、比較有效的方法。Duran等23以針狀的KSr2Nb5O15為模板，用流延法制備出(001)取向的織構(gòu)化Sr0.53Ba0.47Nb2O6,其在1kHz下的介電常數(shù)達(dá)到7550,剩余極化強(qiáng)度為13.2科C/cm2達(dá)到單晶的62%,壓電常數(shù)為78pC/N,達(dá)到單晶的70%,結(jié)果表明模板晶粒生長技術(shù)是使多晶陶瓷具有單晶性質(zhì)的比較有效的方法。2.2.2 壓電厚膜技術(shù)壓電厚膜是繼壓電薄膜之后發(fā)展起來的一種壓電材料，它具有比壓電塊體材料重量輕，比壓電薄膜材料驅(qū)動(dòng)力大的優(yōu)點(diǎn)。主要采用絲網(wǎng)印刷的方法制備，它是將預(yù)燒好的粉體與鉛硼硅玻璃相成分球磨混合，然后再加入有機(jī)載體制成厚膜漿料，然后將漿料經(jīng)過網(wǎng)孔轉(zhuǎn)移，沉

16、淀到基片上，根據(jù)自己需要厚膜的厚度決定印刷次數(shù)，最后燒結(jié)成瓷。該法的優(yōu)點(diǎn)是可用來制備10100dm的壓電厚膜，甚至更厚的膜，成本較低，壓電性能優(yōu)異，所得壓電厚膜致密度高；適用于大批量生產(chǎn)，可重復(fù)性好。缺點(diǎn)是漿料難以混合均勻，需加入有機(jī)分散劑分散厚膜漿料，基板與電極、壓電層之間在高溫下發(fā)生相互擴(kuò)散作用，影響了壓電性能。目前，對(duì)含鉛基壓電厚膜已有一定的研究，但對(duì)無鉛壓電厚膜的研究卻很少，有待于我們進(jìn)一步研究。Zhang等25用絲網(wǎng)印刷法獲得的Bi0.5(Na0.82K0.18)0.5TiO3陶瓷厚膜厚度為40”，該厚膜介電常數(shù)可達(dá)100110pm/V,縱向壓電系數(shù)d33=109pm/V。3無鉛壓電

17、陶瓷的性能3.1 鈦酸根基無鉛壓電陶瓷鈦酸銀(BaTiO3)為鈣鈦型結(jié)構(gòu)，隨溫度變化有4種晶型：120C為立方結(jié)構(gòu)，120c5c為四方結(jié)構(gòu)，5c8c為菱形結(jié)構(gòu)，-80C為菱形結(jié)構(gòu)26。BaTiO3研究比較成熟，但其居里點(diǎn)低(Tc=120C)；性能的時(shí)間和溫度穩(wěn)定性也較差；室溫附近存在相變，介電性、壓電性、彈性性能顯著變化，工作溫區(qū)窄，且難以通過摻雜改性大幅度改善其性能。BaTiO3研究體系主要有：(1)(1-x)BaTiO3-xABO3(A=BaCa等；B=Zr、Sn、Hf、Ce等)；(2)(1-x)BaTiO3-xABO3(A=KNa等；B=Nb、Ta等)；(3)(1-x)BaTiO3-xM

18、0.5NbO3(M=Ca、Sr、Ba等)26。其中(1)和(2)類是BaTiO3與另一鈣鈦礦型鐵電體形成固溶體。(3)類是BaTiO3與類鈣鈦礦鋸酸鹽系陶瓷形成固溶體，這些研究體系仍以鈣鈦礦結(jié)構(gòu)為主6。BaTiO3中摻入PT或CaTiO3可降低第二相變溫度，提高使用溫度17。改性得到的Ba(Ti1-xZrx)O3(BZT體系，燒結(jié)溫度低，致密度高，壓電性能好(d33達(dá)340pC/N、k33高達(dá)65%),工作溫區(qū)寬(-3080C)4,6,有利于室溫使用。3.2 堿金屬鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鋸酸鹽陶瓷KNN基無鉛壓電陶瓷是目前研究最為廣泛的、被認(rèn)為是最有實(shí)用化可能的無鉛壓電陶瓷體系。它是由鐵電體KNbO3和反

19、鐵電體NaNbO3結(jié)合而形成白固溶體。NaNbO3為類鈣鈦礦反鐵電體，存在復(fù)雜的結(jié)晶相變，具有強(qiáng)電場(chǎng)誘導(dǎo)的鐵電性。KNbO3為鈣鈦礦鐵電體，具有與BaTiO3相似的結(jié)構(gòu)相變，居里溫度為435C,隨著溫度降低，依次發(fā)生立方順電-四方鐵電相變(435C),四方鐵電-正交鐵電相變(225C)以及正交鐵電-三方鐵電相變(-12C)。類似于反鐵電體PbZrO3和鐵電體PbTiO3固溶形成具有優(yōu)異性能的PZT固溶體，反鐵電體NaNbO3和鐵電體KNbO3也可以形成完全固溶體，結(jié)構(gòu)仍為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，具有較好的鐵電壓電性能。特別是B1時(shí)形成的固溶體，即K0.5Na0.5NbO3,居里溫度高(420C),機(jī)電耦合

20、系數(shù)較大。該體系陶瓷具有密度小、聲學(xué)速度高、機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm大、機(jī)電耦合系數(shù)kp大、介電常數(shù)低、壓電性能高、頻率常數(shù)大等優(yōu)點(diǎn)，可用于光電材料、傳聲介質(zhì)和高頻換能器等。堿金屬在高溫下易揮發(fā)，因而采用傳統(tǒng)陶瓷燒結(jié)工藝很難獲得致密性較好的陶瓷體；采用熱壓或等靜壓等工藝能夠獲得致密的NaNbO3-KNbO3陶瓷，相對(duì)密度可達(dá)99%,但材料穩(wěn)定性欠佳，而且熱壓工藝生產(chǎn)成本較高，尺寸受限制。因此，近年來通過摻雜稀土元素，仍采用傳統(tǒng)陶瓷工藝，制備了性能良好的陶瓷。鄭立梅等采用A位Na,K和Li三元復(fù)合；B位Nb和Sb復(fù)合；以Na5.6Cu1.2Sb10O29,Sb2O3為助燒劑，獲得了致密性好，性能優(yōu)越的壓

21、電陶瓷27。另有研究顯示0.94(Na0.5K0.5)NbO3-0.06LiNbO3壓電陶瓷的d33可達(dá)235pC/N;反應(yīng)模板晶粒生長技術(shù)(RTGG制備的NaNbO3基壓電陶瓷d33更可高達(dá)416pC/N28。3.3鴇青鉛結(jié)構(gòu)鋸酸鹽陶瓷鴇青銅結(jié)構(gòu)式僅次于鈣鈦礦型化合物的第二類鐵電體，基本特征是存在BO6式氧八面體。鴇青鉛型自發(fā)極化強(qiáng)度大、居里溫度高、介電常數(shù)低，在鐵電、壓電、熱釋電、非線性光學(xué)等方面性能十分優(yōu)越，得到廣泛關(guān)注，尤其對(duì)該體系陶瓷進(jìn)行摻雜或取代的改性，是現(xiàn)在研究的熱點(diǎn)。鴇青銅結(jié)構(gòu)鋸酸鹽無鉛壓電陶瓷主要包括：(Sr1-xBax)Nb2O6基無鉛壓電陶瓷、(AxSr1-x)2NaNb

22、5O15基無鉛壓電陶瓷(A=Ba、Ca、Mg等)和Ba2AgNb5O15基無鉛壓電陶瓷等24。3.4 鈔層狀結(jié)構(gòu)無鉛壓電陶瓷鈔層狀結(jié)構(gòu)化合物中許多具有鐵電性(如Bi4Ti3O12、Bi3TiNbO9、Bi2WO6等)，是重要的無鉛壓電陶瓷體系之一。這一體系鐵電壓電陶瓷具有介電常數(shù)低(127154)、自發(fā)極化強(qiáng)、居里溫度高(>500C)、機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm高(20007200)、高絕緣強(qiáng)度、高電阻率、低老化率、易燒結(jié)、介電損耗低、壓電和介電性能各向異性大、諧振頻率的時(shí)間和溫度穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。但其壓電活性低、極化場(chǎng)強(qiáng)Ec高，可通過摻雜改性和工藝改性改善，獲得實(shí)用化的陶瓷材料。3.5 BNT基無

23、鉛壓電陶瓷(Bi0.5Na0.5)TiO3(BNT)是A位離子復(fù)合取代的鈣鈦礦型鐵電體。小于200c為三方結(jié)構(gòu)；大于320c為順電阻；320200c之間經(jīng)歷復(fù)雜彌散相變過程，三方相和四方相共存27,29。BNT鐵電性強(qiáng)、壓電常數(shù)大、機(jī)電耦合系數(shù)各向異性較大，相對(duì)介電常數(shù)較小(240340);熱釋電性能與BT和PZT相當(dāng)，并且燒結(jié)溫度低(一般在1200c以下)，聲學(xué)性能好，頻率常數(shù)大，被認(rèn)為最有可能取代PZT26,29,30,32-33。然而純BNT具有較大的剩余極化強(qiáng)度(Pr=38X10-6C/cm2)和較高的矯頑場(chǎng)強(qiáng)度(Ec=7.3mV/m),且鐵電相電導(dǎo)率較高，不易極化，其壓電鐵電性能難以

24、發(fā)揮，加上Na2O易吸水，陶瓷致密性較差，燒成溫度較高，燒結(jié)溫度窄，化學(xué)物理性質(zhì)穩(wěn)定性欠佳，難以實(shí)用化26,29-32o目前其研究主要集中在提高壓電活性和降低矯頑場(chǎng)，拓寬使用溫度和燒結(jié)溫度，主要是添加多種鈣鈦礦結(jié)構(gòu)摻雜物，改性后Ec能降低到5mV/m以下，壓電性能有所提高24,27。4研究展望無鉛壓電陶瓷的研究和開發(fā)已取得了很大的進(jìn)步，研發(fā)了一些優(yōu)異性能的無鉛壓電陶瓷體系，與鉛基陶瓷相比還有很多不足，但其優(yōu)異的性能和環(huán)保等方面的特點(diǎn)使其具有很廣闊的開發(fā)和應(yīng)用前景。目前的主要研究方向有：提高居里溫度，改善制備工藝等優(yōu)化器壓電性能，各向異性壓電陶瓷材料的研究。無鉛壓電陶瓷的發(fā)展趨勢(shì)主要有以下幾方面

25、：(1)新制備技術(shù)的研究和應(yīng)用。研究和開發(fā)有別于傳統(tǒng)陶瓷制備技術(shù)，是陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)一定的單晶體特征，是其研究的一個(gè)重要發(fā)展方向。(2)開展壓電陶瓷多元系或A位B位復(fù)合摻雜或多組元摻雜及其理論方面的研究，結(jié)合工藝改性，選擇新的陶瓷材料體系。(3)開展壓電鐵電理論的基礎(chǔ)研究。針對(duì)不同的應(yīng)用，采用不同的無鉛壓電陶瓷體系組合，將PZT陶瓷理論運(yùn)用到無鉛壓電陶瓷中，尋找新的不同于以上壓電材料的材料體系。(指導(dǎo)教師：李俊燕)參考文獻(xiàn)：1葉超群，徐政，嚴(yán)彪.電子陶瓷材料介電功能應(yīng)用研究現(xiàn)狀與前瞻J.江蘇陶瓷,2004,6,37(2):15-19.2尹奇異，廖運(yùn)文，賃敦敏，等.無鉛壓電陶瓷的器件應(yīng)用分析J

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