无铅压电陶瓷的研究与应用进展
6 8综合评述 1
硅酸盐通报
第2 9卷
此相变具有弛豫铁电性的特征，某些组分不再出现宏观上的铁电四方到铁电正交的相变，而因而有利于室温下使用。对某些配比，当改进工艺，以得到压电特性和铁电弛豫特性都好的陶瓷。适可 无铅钛酸钡基压电陶瓷系列，以应用于中低温压电陶瓷系列产品，可制备技术较为成熟，键是产业化关生产中解决陶瓷片烧结后的分片问题，可以调整配方和控制工艺技术来解决这一关键技术问题，这目前已经有相关的发明专利技术。无铅钛酸钡基压电陶瓷用现在成熟的技术来生产，以很快实现产业化生产，可 取代目前在中低温 (低于 8 0℃ )的压电陶瓷蜂鸣片产品，用市场前景广阔。3 2 NT基无铅压电陶瓷 . B
钛酸铋钠 B T是 16由 S o nk等合成的 A位复合取代的钙钛矿型铁电体。由于其具有较高的 N 90年 m l si e
i居里温度(= 2℃)较大的剩余极化强度( 3 C c 、电系数大 ( 3 30、 P= 8￣/ m )压 k、 3 k约为 4%一 0、 0 5%)声学性能好 (向材料常数 Np 3 0 z·n等特点，径= 20H i)而且具有弛豫铁电体的特性，中温烧结 (在 15约 0 0~11 10℃烧结 )就能容易得到较好的陶瓷烧结体，目前正受到广泛研究，认为是最有潜力的无铅材料体系之被然而，室温下 B T矫顽场大 ( 7 V c以及在铁电相区电导率高， N E= 3k/m)因而很难极化；之该系加陶瓷烧结温度范围较窄，难以形成致密样品，陶瓷的化学稳定性较差，使得其与传统的 P T系陶瓷的性能还 Z存在一定的差距，因而单纯的 B T陶瓷难以真正实现实用化。 N一
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自 19 9 0年以来，内外学者做了大量研究工作，方面对 B T进行复合改性和掺杂改性，一方面借国一 N另助先进的制备工艺制备粉体和陶瓷，已成功解决了该材料体系矫顽场较高、密性较差的缺点，发了一现致研系列性能优良、具有实用化前景的 B T基无铅压电陶瓷 _。 N l。表 1给出了部分 B T基无铅压电陶瓷体系 N的压电性能。表1 B NT基无铅压电陶瓷体系的压电性能Ta 1 Piz e e t i r p r is o b. e o lc rc p o e te fBNT- a e a -r e p e o lc rc c r mis b s d l d f e i z ee t i e a c e
目前研究较多的是存在三方到四方准同型相界 ( B的 B T基固溶体，相界附近，以获得高的机 MP ) N在可
电耦合系数、频率常数及介电常数等相对优良的压电性能；于准同型相界附近的固溶体陶瓷再进行添加取对代或掺杂改性，以此来获得不同用途的 B T基无铅压电陶瓷材料。近年来，于 B T基陶瓷掺杂可行的金 N用 N属或稀土元素有 C、、aS、 eS、 i u Mn L、rC、b N等坞，以是一种元素的单一掺杂，可以是两种元素的混合掺 J可也杂H在一定的掺杂范围内可以提高 B T基无铅压电陶瓷的多项性能，引， N同样可以降低矫顽场，易于极化。 对 B T基无铅压电陶瓷而言，性能的好坏还受到制备工艺和制
备技术的严重影响。近年来， N其一些新的陶瓷制备技术由于能制造出较好性能的陶瓷而受到人们关注，中在 B T基陶瓷制备方面的研究较多是其 N
水热合成法 (yr hr a sn e s、 hd t m lyt s )溶胶. oe hi凝胶法 (o g1和模板晶粒生长法( m le r ng wh T G) sl e)— t p t g i r t,G e ad a o等，随着无铅压电陶瓷纳米粉体制备工艺的改进，陶瓷性能必将大幅度地提高。 B T基无铅压电陶瓷因具有高的厚度机电耦合系数 k、 N相对低的平面机电耦合系数、的频率常数高 N以及较小的介电系数特别适合于作工业超声无损探伤、 t测厚、医用超声诊断等无铅压电元件。本文作者所在课题组采用传统陶瓷制备工艺获得了性能较好的 B T基无铅压电陶瓷材料， N下一步准备将本组制备的 B T N基无铅压电陶瓷用于试制 A型超声诊断仪探头的样品以供性能测试和标定。马晋毅等使用
BT N基压电陶瓷研究制备了压电滤波器，虽然在性能上与 P T陶瓷滤波器相比还有一定的差距， Z但实验结果表明，用无铅压电陶瓷制备具有实用意义的压电滤波器是可能的。钛酸铋钠基无铅压电陶瓷的实用化使应用前景非常光明。