无铅压电陶瓷的研究与应用进展
第3期
赵亚等：无铅压电陶瓷的研究堕 星
1
3 3碱金属铌酸盐无铅压电陶瓷 .
14 99年，国学者合成了 K b LN O、 a b。 A b 美 N O、ib, N N O等 N O型化合物，这类类钙钛矿结构化合物单晶 的铁电性较强，当时作为电光材料受到重视。由于 L、 aK等碱金属在高温下易挥发， i、 N因此采用传统陶瓷烧结工艺大量生产有很大困难，难获得致密性较好的压电陶瓷，其机械加工性能差、顽场高、很且矫难于极化等缺点，因而实际应用较为困难。
15 99年，国学者结合 P T压电陶瓷的成功的研究经验，究了反铁电体 N N O和铁电体 K b,复美 Z研 ab, NO合的二元系陶瓷 N N O一N O a b K b,的压电性，才有了碱金属铌酸盐陶瓷研究的开端。铁电体 K b 3和反铁这 NO电体 N N O可以形成完全固溶体，构仍为钙钛矿结构。N N O一N O ab 结 a b 3K b,系陶瓷的居里温度较高 (> 10 )压电性能良好 (>10p
/。但是，金属易挥发，用传统陶瓷工艺难以获得致密性良好的陶 6%, d 0 C N)碱采瓷体，陶瓷性能变差。采用热压或等静压工艺能够获得致密的 N N O -N O使 a b,K b陶瓷，材料的温度稳定性得到较大改善，相对密度可达 9%, K N 9当/ a=1时， K N。 ) b K N)瓷存在三方· (。 a. N O ( N陶 四方准同型相界 ( P,,大，小，电耦合系数达到峰值， M B)P最 E最机但材料的稳定性程度并不令人十分满意。热压烧结法
( P和火花等离子体烧结法( P ) H) S S虽然能获得致密的 K N陶瓷， N但生产成本难以降低，另外氧化铌成本高、钾盐和钠盐容易溶于水，制备工艺要求高。这些因素都极大地限制了 K N基陶瓷材料的实际应用。 N 此后人们又相继研究了 N N O .ib N N O .ib,K b,系，以 T、b等部分置换取代 B位 a b LN O、 a b 3LN O一 N O体并 as的 N _’, b2。使碱金属铌酸盐陶瓷向多元化方向发展。王矜奉采用传统电子陶瓷工艺制备了( a。 N KL N O, 0 0 6时样品的居里温度高达 5 0C, i b3 )= .6 1￣比纯 ( a.。 N O N 0 K ) b 3陶瓷高 7 5 0℃左右， 4 0 c经 5 c退火
2,鹪 4h d仍高达 15p/, 2 C N损耗较低，是一种应用前景良好的高性能的高温无铅压电铁电材料，可用于高温压电传感器。
4钨青铜结构无铅压电陶瓷 钨青铜结构铁电体化合物是仅次于钙钛矿型化合物的第二大类铁电体，由于此类晶体结构因类似四是角钨青铜 K WO和 N , aWO而得名，一结构基本特征是存在[ O]氧八面体。其中 B为 N¨、a这 B式 b T¨离子，非填满型 ( K LN 。)填满型 ( B aN。,)有如，ib0,、如 aN b。。和完全填满型 ( K L b。,) 0如 i。。三种类型。铁 N 0电钨青铜结构铌酸盐大多具有自发极化大、里温度较高、电常数较低、光系数比较大，居介电半波电压比较低等特点，有优良的电光或者非线性光学性质 (具尤其全填充型结构，损伤非常小 )而且多数可以通过提拉光，法生长出符合要求的单晶，一类很
有前途的铁电、是电光晶体材料。近几年对该体系陶瓷进行掺杂或取代的改性研究，得了较大的进展。铌酸盐钨青铜结构陶瓷在成分和构造上的差别对它的铁电性能有重要影响。取 目前研究的钨青铜结构无铅压电陶瓷体系有：( ) r aN: 6 1 S B b 0基无铅压电陶瓷； ( ) r N N 5 l 2 A S1 a b O5 基无铅压电陶瓷 ( A=C、 a Mg B0 L0、 i 5 0、 i5 a ) a B、、 i5 i5B 0 K B0 N 0等； l 5 I 5 ( ) aA N 5 l无铅压电陶瓷。 3 B g bO基 在[ b 八面体空隙中引入碱金属或碱土金属阳离子可获得具有稳定的填满或未填满钨青铜结构的 NO]铌酸锶钡基陶瓷 S B b0 ( B。S N具有优良的介电、电、 r aN: S N) B压热释电、电光以及光折变性能，泛地应广用于电光调制器、释电红外探测器、息成像存储器等集成光电器件中。D rn等用模板晶粒生长热全 ua
(G ) T G技术制备出相对密度大于 9%的 S N织构陶瓷 s0, a, N: 其在 1k z的介电常数达到 5 B r5B。 bO, H下.
75,电常数 d为 7 C N, 50压 3 8p/居里温度为 1 1 11o剩余极化强度为 1. C c 4~ 5 C, 32t/ m。 x S2 a bO r N。 N属于填满型钨青铜结构铁电体，里温度为 2 0℃,居 7自发极化强度为 2 C c 9￣/ m。单纯的S2 a bO5 rN N 5。陶瓷压电性能低，密度小， S2 a bO。将 r N5 N中的 s和 N r a以碱土金属 ( C、、 a或 B。 Na如 a Mg B i5。. .
、
B0 i等复合离子 ) K等碱金属离子部分取代，以得到压电性能改良的陶瓷材料， T、 i5 _ L和可以 aV取代 N b也可以得到性能较好的陶瓷。改性的 S2 a bO rN N 。基压电陶瓷压电性能在非钙钛矿陶瓷中相比性能优良，有具