无铅压电陶瓷材料研究进展

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无铅压电陶瓷材料的研究进展

污染，还会对陶瓷生产工艺的控制及稳定性造成不利的影响。从人类生存环境的保护及
“自２０年７日起实行有毒有害物质的减０３月１
量化生产措施 ” ，所以，研发无铅材料是解
决压电陶瓷工业领域铅污染问题的关键。本文结合笔者所在课题组的研究情况，
维普资讯 http://wห้องสมุดไป่ตู้
摘要：无铅压电陶瓷是当前压电铁电领域的研究重点。本文结合国内外有关无铅压电陶瓷
方面的论文和专利，从两个方面综述了无铅压电陶瓷材料的研究进展：一是从掺杂
）Ｚ …Ｎ０－ｂ。ＰＮＰ）。这些铅ｂｎｂＰＴ（Ｚ－Ｔ等３ｉ０基陶瓷虽然具有优良的压电及介电性能，特别是在准同型相界附近。但是此类材料氧化铅的含量几乎均在６％以上，氧化铅在高温０
体投入大量资金立项进行无铅压电陶瓷的研究与开发。我国电子信息产业部也相继通过了类似的法令，如早在２０年《０３电子信息产
品生产污染防治管理办法》中就已经规定
哓结时不仅伴随着严重的挥发，对环境造成
组成范围内系统研究了（ｘＢＴｘＫ卜）Ｎ— ＢＴ

BNT基无铅压电陶瓷研究进展

度和简单的制造工艺．因此，ＮＴ基无铅压电陶瓷被认为是取代铅基压电陶瓷最优体系之一．是，ＮＴＢ但Ｂ
压电陶瓷在室温下矫顽场较大（３１ｋｃ，电流高，以充分极化，且ＢＥ一７．Ｖ／ｍ）漏难而ＮＴ陶瓷中的Ｎａ０。易吸水，烧结温区狭窄，导致了陶瓷的致密性和化学物理性能稳定性欠佳，因此，纯的钛酸铋钠陶瓷难以单实用化［］如何降低ＢＴ的矫顽场、４．Ｎ提高ＢＴ的压电活性、Ｎ改善烧结性能等是ＢＮＴ陶瓷实用化的关键．２Ｏ世纪６Ｏ年代起，内外大量学者开始对Ｂ国ＮＴ基压电陶瓷进行广泛研究，成功制备了许多具有并实用化前景的陶瓷体系．文归纳了Ｂ本ＮＴ基无铅压电陶瓷体系的各种改性研究及发展趋势．
１添加多组元改性ＢＮＴ基压电陶瓷
从对ＰＴ压电陶瓷研究经验看，同型相界（Ｂ对压电陶瓷的电学性能有较大影响［］同样，Ｚ准ＭＰ）６．通
过对ＢＮＴ基无铅压电陶瓷添加另外一种或多种体系，加体系的多元化，求二元或多元体系的准同型增寻
相界（Ｂ以获得较好的压电性能，ＭＰ）被认为是目前对ＢＮＴ改性最重要而且是最有效的方法之一［．８］１１二元改性Ｂ．ＮＴ基无铅压电陶瓷体系
现在，已经成功合成了许多具有实用化前景的ＢＮＴ基压电陶瓷，而其中有些体系的研究已经相当成熟，：ＮＴＢＴｉ３Ｂ，Ｎ — ｉ５ｏＴＯ（ＫＴ）如Ｂ＿ａＯ（Ｔ）ＢＴＢｏＫ．ｉ３Ｂ．５体系等．

KNN基无铅压电陶瓷的最新研究进展

第３０卷第４期２００９年１２月
《陶瓷学报》
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＣＥＲＩＡＭＣＳ
Ｖｏ１３０Ｎｏ．．．４Ｄｅ３２Ｏ９ｌ．Ｏ
文章编号：００２７（０９０－５８０１０－２８２０）４０５－６
ＫＮ基无铅压电陶瓷的最新研究进展Ｎ
为００５ｄ．，船为２０ｋ和ｋ分别为０４２３，Ｄｔ．５和０４１．６１１。此外，吴浪采用传统工艺制备ＬＴＯ掺杂ＫＮ陶瓷ｉａ。Ｎ
采用Ｌ，ｇ两元素调节ＮｏｉＡａ。．ｂａ瓷．ｑＯ陶￣
（－）（ａ４５ｎＬｎＮＯ．（ｎｎＮＯ￣１ｘ［ｏ２４ｉＮ．Ｋ７ｂ３ｘＡｇ山ｉ）ｂ．ｓ的
受到限制；常规烧结方法得到性能为ｄ＝ＯＣＮ，稿７／ｐｋ０５０６而与ＰＴ陶瓷的性能相差较多，ｏ．．．，＝２３Ｚ故对ＫＮ进行改性和制备工艺的研究成为必须。Ｎ
节的电性能如下：．２２－０ＣＮ，ｐ３％￣４ｄ＝４＂０ｐ／ｋ＝６５％，￣ｓ４８＝５－５０和Ｔ＝３－３￣１。ＹｎｅＣａｇ等￣７０２０￣２０４０Ｃ［ｏｕｆｉｈｎｌ
性能优良的陶瓷，其相对介电常数为９５介电损耗２，
研究表明，当ｘ０１＝．时得到陶瓷较好的压电介电性０
能：３Ｔ，ｐＰｄ３。ｋｒ分另，Ｕ为２０ｐ／４６Ｃ，７，２ＣＮ，７￣３％

(K,Na)NbO3基无铅压电陶瓷的研究现状与进展

ＪＡＮＧａｇ，ＬＩＹｕｍｉｇＩＬｉｎｅｎ，ＺＨＡＮＧｌ，ＬＩＨＬａＡｏｎｕ，ＷＡＮＧｈｍｅ，ＨＯＮＧｎＲｕｈａＺｕｉＹａ
（ｈｏｆａｅｉｌｃｅｃｎｇｎｅｉｇ，Ｊｎｄｚｅｒｍｉｎｔｔｔ，Ｊｎｄｚｅ３４３ｃｓｏｌｏｔｒａｓＳｉｎｅａｄＥｎｉｅｒｎＭｉｇｅｈｎＣｅａｃＩｓｉｕｅｉｇｅｈｎ３３０）
０引言
压电材料是一类重要的高技术新材料，泛应用于机广
受关注。ＳｉａｏＹ等制备的织构化（Ｎ）ｂ。简称ｔＫａＮＯ（ＮＫＮ）系无铅压电陶瓷的压电性能几乎与ＰＴ相媲美，体Ｚ使
ｔｉａｄｄｅｅｔｉｒｐｒｉｓｎｔｅｅｄｈｕｕｅｐｏｐｃｆ（，）（３ｂｓｄｌａ —ｒｅｐｅｏｌｃｒｃｃｒｍｉｓｉｒｃｎｉｌｃｒｃｐｏｅｔ．Ｉｈｎ，ｔｅｆｔｒｒｓｅｔｅｏＫＮａＮｂ）ａｅｅｄｆｅｉｚｅｅｔｉｅａｃｎｄｐｎｎｄｆａｉｎａｄｇａｎｏｉｎａｉｎｔｃｎｑｅｓｐｅｉｔｄｏｉｇａｄｍｏｉｉｔｎｒｉｒｅｔｔｅｈｉｕｓｉｒｄｃｅ．ｃｏｏＫｅｒｓｙｗｏｄ（，）Ｏａｏｉｇｍｏｉｉａｉｎ，ｌａｆｅｉｚｅｅｔｉｅａｉｓｒｉｒｅｔｔｏｅｈｉｕＫＮａＮｂ，ｄｐｎｄｆｔｃｏｅ＆ｒｅｐｅｏｌｃｒｃｃｒｍｃ，ｇａｎｏｉｎａｉｎｔｃｎｑｅ

钛酸钡与铌酸钾钠无铅压电陶瓷研究进展

Dongguan 523008, China; 4. China Harbour Engineering Company Ltd., Beijing 100027, China)
Abstract: Barium titanate ( BaTiO3 ) and potassium sodium niobate ( K0. 5 Na0. 5 NbO3 ) piezoelectric ceramics have become
主导地位 [3] 。然而,长期使用或不当处置高含铅量的铅基压电陶瓷会对人体和环境造成严重负面影响。因
此,各个地区和国家均积极投入了大量资源进行高性能无铅压电陶瓷研发。
无铅压电陶瓷也被称为环境协调型压电陶瓷,在诸多无铅压电陶瓷体系中,钛酸钡( BaTiO3 , BT) 和铌
酸钾钠( K0. 5 Na0. 5 NbO3 , KNN) 陶瓷具有钙钛矿结构,机械品质因数和居里温度较合适,可替代铅基压电陶
而成为国际高新技术材料研究的前沿热点,有望替代部分铅基压电陶瓷应用于国防、航空航天、通信等领域的电子
器件中。本文综述了 BaTiO3 和 K0. 5 Na0. 5 NbO3 压电陶瓷材料的最新研究进展,从构造相界调控压电性能、BaTiO3
基压电陶瓷的材料体系设计、K0. 5 Na0. 5 NbO3 基压电陶瓷的热稳定性及改善、压电陶瓷的新型成型及烧结工艺等方
Sn4 + 取代 Ti4 + 引起 T T-C 温度下降,T R-O 和 T O-T 值升高,而引入 Ca2 + 对 T T-C 影响较小( 轻微降低) ,T R-O 和 T O-T 值
降低。
图 1 纯 BT 压电陶瓷的相变过程 [10]
Fig. 1 Phase transition process of pure BT piezoelectric ceramics [10]

(Na0.5Bi0.5)TiO3基无铅压电陶瓷研究进展

ｐａｎｄｗｉｈｍｏｅｕａＴｉａｈｏｙＴｈｅｔｒａｓｓｅａｉｈａｅｗｉｅｙｉｖｓｉａｅｔｐｅｅｒｅｅａｌｌｉｅｔｌｃｌｒｏｂｔｌｔｅｒ．ｒｅｍａｅｉｌｙｔｒｓｗｈｃｔｄｎｅｔｇｔｄａｒｓｎｔ８ｅｇｎｒｌｙ
ｏｔｎｄＴｈｙｔｍｓａｅＮＢＡＴｉ（ — ＣａＳ，ａ）ＮＢＢＮｂ（ｕｌｅ．ｅｓｓｅｒｉＴＯ￣Ａ，ｒＢ，ＴＯＢ— ＮａＫ）ａｄＮＢ１ｎｄｐｎｙｔｍ．ｅ，ｎＴｏｉｇｓｓｅＴｈｃｍｐＭｔｎ＇ｒｐｒｉｎｐｌａｉｎｆｔｅｅｓｓｅｓａｅｓｍｍｅｉｅａｄｔｅｐｉｃｐｅｏｅｉｎｏｏｏｉｐｏｅｔｅａｄａｐｉｔｓｏｈｓｙｔｍｒｕｏｓｃｏｒｚｄ，ｎｈｒｎｉｌｆｄｓｇｆＮＢＴｂｓｄａｅｌａｒｅｐｅｏｌｃＮｃｃｒｍｉｓｉａｓｒｐｓｄｅｄｆｅｉｚｅｅｔｅａｃｓｌｏｐｏｏｅ
ｓｓｅｎａｔｒｎｕｎｉｇｔｅａｅｒｖｅｄｉｈｓｐｐｒｔｅｒａｏｓｆｒｓｒｎ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱｒｏｌｃｒｃｌｏｙｔｍｓａｄｆｃｏｓｉｆｅｃｎｈｍｒｅｉｗｅｔｉａｅ．ｈｅｓｎｏｔｏｇｆｒｅｅｔｉｔｆｌｎｅＮＢＴａｅｅｒｘ
关键词无铅压电陶瓷钛酸船钠铁电性分子轨道

无铅压电陶瓷材料的研究现状

目前市场上大规模使用的压电陶瓷材料体系主
要是铅基压电陶瓷，ＰＴｉ－ＰＺＯ。ＰＴｉ。即ｂＯ。ｂｒ、ｂＯ一
１ＢＴＯ基压电陶瓷ａｉ。ＢＴＯ。压电陶瓷研究比较成熟。在室温时，ａｉ基它的压电性能居于中等，相对较高的压电常数有（。ｄ。可达１０Ｃ／，它并不能替代锆钛酸铅压电９ｐＮ）但
日本东芝公司Ｙｍｓｉ博士２０年在上海无ａａｈｔａ０３铅压电材料国际研讨会上报告中［，压电陶瓷应ｓ将Ｊ
用分为３类，高端应用（要用在医疗和军事方即主
面）中端应用（，指具有高ｋ３ｄｓ压电器件使用）ｓｓ和的和低端应用（指具有低ｋ。ｄｓ压电器件使用）其。ｓ和的，中低端和中端应用在总量中占很大比例，用目前而研究生产的无铅压电陶瓷材料代替原先的铅基材料就可满足其性能要求，样可以大大降低铅污染这从２ｏ世纪６Ｏ年代起，研人员就开始了以铌酸科盐和钛酸盐为主的钙钛矿结构无铅压电陶瓷的研
高温烧结时会大量挥发，造成对环境的铅污染，人给
２铋层状结构压电陶瓷
Ａｕｉｌｕ于１４ｒｌｓｖｉ９９年发现了铋层状结构化合
类健康带来很大危害，有违予人类发展和环境保这

压电陶瓷材料的研究进展与发展趋势_李环亭

[ 14] [ 13] [ 12] +
现代技术陶瓷
的驱动力 , 更好的压电性能。 P Z T 压电厚膜材料已被广泛地应用于制造微型机械泵、厚膜微致动器、高频声纳换能器、压力传感器、微机械谐振器、压电加速度转换器、新型超声复合换能器、弹性波传感器、光纤调制器、压电多层致动器、微电子机械系统 ( M E M S ) 器件等
价值的压电陶瓷 , 这是压电材料的一个飞跃。 1955 年 J a f f e 等在系统地研究各种钙钛矿型化合物固溶体性能和结构的基础上 , 发现 P Z T ( 锆钛酸铅 ) 压电陶瓷在因成分变化引起的所谓准同型相界或同质异晶相变成分 ( X= 0. 52 ) 附近 , 四方相和三角相共存 , 相变激活能低 , 只要在微弱电场的诱导下 , 就能发生晶相结构的转变 , 极化处理时可以获得高压电活性和高介电常数 , 压电常数是 B a T i O 3的两倍 , 且其各方面的性能比 B a T i O 3陶瓷好得多 , 具有耦合系数大、压电性更强、居里温度高和可通过变更成分在很大范围内调节性能以满足多种不同需要等优点。因此 , P Z T 压电陶瓷一经出现就得到各国研究者的重视 , 并迅速在电子、光、热、声等领域得到广泛的应用。 1965 年松下电器公司的研究人员在 P Z T 的组成中加入 P b ( M g b O 铌镁酸铅 ) , 试制 1/ 3 N 2/3 ) 3( 成功了三元系压电陶瓷 , 取名为 P C M 。此后 ,
2009年第 2 期 ( 总第 120期 )
碍了极化 , 使 Q m提高。当掺杂量超过一定量时 , M n 除了进入晶格之外 , 多余的部分聚集在晶界处 , 阻碍了晶粒的生长 , 降低了晶粒分布均匀性和晶粒强度 , Q 相对降低。 m

无铅压电陶瓷研究进展

质，生产、用及废弃后的处理过程中，会在使都给人类和生态环境造成损害。ＰＯ的挥发也ｂ会造成陶瓷中的化学计量比的偏离，产品的使
一
ＢＴｉ。ａＯ研究体系主要有：１（一ｘＢＴｉ。（）１）ａＯ一ｘＯ（ＡＢ３Ａ—Ｂ、ａ； — Ｚ、ｎＨｆＣ等）ａＣ等ＢｒＳ、、ｅ；
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第５期
王红丽，艳改：铅压电陶瓷研究进展刘无
３１
３铌酸盐基压电陶瓷
铌酸盐压电陶瓷无铅无铋，具有密度小，学声
ＫＬＯ。。钨青铅型自发极化强度大、里ｉ。。）Ｎｂ居温度高、电常数低，铁电、电、释电、线介在压热非性光学等方面性能十分优越，得到广泛关注，尤其对该体系陶瓷进行掺杂或取代的改性，现在研是
ＢＴＯ。究比较成熟，并不能替代ＰＴａｉ研但Ｚ
陶瓷在压电铁电领域的广泛应用。主要是因为以下不足：１居里点不高（１０，能的时（）Ｔ一２ ℃）性
和化学稳定性等优点，已广泛用于电子、通信、航空、电、发探测、冶金、计算机等诸多领域［。４］
（）电性能与含铅系列陶瓷相比，有一定差３压还
距，且难以通过掺杂改性大幅度改善其性能；４（）需高温烧结（３０１５ ℃）且烧结存在一定难１０～３０，

Bi0.5 Na0.5 TiO3基无铅压电陶瓷的研究进展

第２９卷第１４期２０１３年７月
甘肃科技
ＧａｎｓｕＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏ１
ｆ．２９Ｎｏ．１４
０１３Ｊｕｔ．２
Ｂ－０＿５Ｎａｏ．５ＴｉＯ３基无铅压电陶瓷的研究进展
２．１溶胶一凝胶法
瓷的替代品。
１ＢＮＴ无铅压电陶瓷
ＢＮＴ无铅压电陶瓷是１９６０年有Ｓｍｏｌｅｎｓｋｙ
溶胶一凝胶法是制备超微颗粒的一种湿化学方
法，它的基本原理如图１所示。
等发现的一种Ａ位复合取代的钙钛矿（ＡＢＯ）结构的铁电材料。ＢＮＴ在室温下为三方晶系（ａ＝０．３８８６ｎｍ，仅＝８９．１６ ℃），在约２３０ｏＣ左右经历弥散相变（ＤＰＴ）转变为反铁电相，在３２０℃转变为四方顺电相，５２０ｃＩ：以上，ＢＮＴ为立方相＿４Ｊ。ＢＮＴ陶瓷具有铁电性强、相对较大的剩余极化强度（Ｐｒ＝３８￣ｅ／ｅｍ）、大的压电系数（，，约为４０％一５０％）、
・基金项目：宁夏大学科学研究基金资助项目（ＺＲＩ１５３）。教育部自然科学重点基金资助项目（１０５１５４）
第ｌ４期
师金华等：Ｂｉ０＿５Ｎａ。．５ＴｉＯ。基无铅压电陶瓷的研究进展

无铅压电陶瓷

无铅压电陶瓷摘要：锆钛酸铅系(简写PZT)含铅陶瓷是目前广泛使用的高性能压电陶瓷，然而其对人类和自然会造成长期危害。

本文综述了替换材料无铅压电陶瓷的研究进展，包括锆钛酸钡（BZT）基、钛酸铋钠（BNT）基、铌酸钾钠(KNN）基、铋层状结构和钨青铜结构五类无铅压电陶瓷的性能，并分析制备方法和掺杂改性对无铅压电陶瓷的性能的影响，为改进工艺提高压电性能提供理论依据.关键词：无铅压电陶瓷；压电性能；锆钛酸钡；钛酸铋钠；铌酸钾钠；铋层状结构;钨青铜结构Abstract：Leaded ceramic is widely used because of its high-performance piezoelectric so far. However，it can cause long—term hazards to human and natural。

The research development of lead—free piezoelectric ceramics is briefly introduced,and the performance of BZT，BNT, KNN, and bismuth layered lead-free piezoelectricceramics are mainly introduced，and the effects of different modification methods on piezoelectric performance on them are analyzed。

It will provide theoretical supports toimprove the piezoelectric properties.Keywords:lead—free piezoelectric ceramic; piezoelectric performance; BaTiO3; Bi0。

无铅压电陶瓷行业发展现状及潜力分析研究报告

无铅压电陶瓷的重要性
环保需求
随着全球环保意识的提高，无铅压电陶瓷作为无铅环保材料，符合绿色环保发展趋势，具有广阔的市场前景。
技术进步
无铅压电陶瓷技术的不断进步，推动了相关领域的技术创新和产业升级，为行业发展注入了新的活力。
无铅压电陶瓷的历史与发展
历史
无铅压电陶瓷的研究始于20世纪末，经过多年的研究和发展，技术逐渐成熟，应用领域不断扩大。
02 03
换能器
无铅压电陶瓷在换能器领域也有广泛应用，如超声波探伤、清洗、焊接等。与传统的含铅压电陶瓷相比，无铅压电陶瓷具有更高的工作温度和更长的使用寿命。
其他应用
无铅压电陶瓷还可应用于电子陶瓷、能量转换等领域，具有广阔的应用前景和市场潜力。
01
无铅压电陶瓷行业发展趋势状及潜力分析研究报告
THE FIRST LESSON OF THE SCHOOL YEAR
汇报人：XXX
20XX-XX-XX
目录CONTENTS
• 无铅压电陶瓷行业概述 • 无铅压电陶瓷行业市场现状 • 无铅压电陶瓷技术发展现状 • 无铅压电陶瓷行业发展趋势与潜力
目录CONTENTS
市场需求
随着电子、通信、能源等领域的快速发展，无铅压电陶瓷在声学、振动、压力传感等领域的应用越来越广泛，市场需求持续增长。
预测
根据市场调研和数据分析，预计未来几年无铅压电陶瓷市场需求将保持稳定增长，尤其在智能家居、汽车电子、医疗器械等领域有较大发展空间。
行业发展趋势
技术创新
无铅压电陶瓷行业正不断加大研发投入，推动材料、工艺和性能等方面的技术创新，以提高产品性能和降低成本。
无铅压电陶瓷的压电性能
无铅压电陶瓷是指不含铅元素，具有优异压电性能的陶瓷材料。与传统的含铅压电陶瓷相比，无铅压电陶瓷具有更高的压电系数、更稳定的物理性能和更广泛的应用前景。

KNN基无铅压电陶瓷组分设计与相界构建研究进展

KNN基无铅压电陶瓷组分设计与相界构建研究进展KNN (K-sodium Niobate)基无铅压电陶瓷是一种具有优良压电性能的无铅压电材料，在电子器件、传感器、声波器件等方面具有广泛的应用前景。

近年来，KNN基无铅压电陶瓷的组分设计和相界构建成为研究的热点之一，通过对组分的调控和相界的控制，可以实现材料性能的优化和稳定。

本文将综述KNN基无铅压电陶瓷组分设计与相界构建的研究进展。

1.KNN基无铅压电陶瓷的研究现状KNN基无铅压电陶瓷由钾钙钛矿结构和锂钙钛矿结构构成，具有优良的压电性能和优越的功率密度。

然而，KNN基无铅压电陶瓷存在一些问题，如相转变温度较低、压电性能不稳定等，限制了其在实际应用中的推广。

因此，如何通过组分设计和相界构建来改善KNN基无铅压电陶瓷的性能成为当前研究的重点。

2.KNN基无铅压电陶瓷的组分设计组分设计是通过调控材料的化学成分来改善材料的性能。

在KNN基无铅压电陶瓷中，钾、钙、钛和锂是最主要的元素，它们的组成比例对材料的压电性能起着至关重要的作用。

研究表明，适当的调控钠、铌等元素的含量可以有效地提高KNN基无铅压电陶瓷的压电性能和热稳定性。

此外，掺入微量的稀土元素、铁、镁等元素也可以改善材料的性能。

3.KNN基无铅压电陶瓷的相界构建相界构建是指通过调控材料的晶体结构和晶界来改善材料的性能。

KNN基无铅压电陶瓷具有复杂的相结构，包括钾钙钛矿结构、锂钙钛矿结构、钙钛矿结构和钛氧钙钛矿结构等。

在实际应用中，通过控制相界的位置和分布，可以有效地提高材料的压电性能和稳定性。

目前，研究人员通过晶体取向控制、相界工程等方法来构建KNN基无铅压电陶瓷的相界，取得了一定的研究进展。

4.总结与展望KNN基无铅压电陶瓷的组分设计与相界构建是提高其性能的重要途径。

当前，通过调控材料的化学成分和晶体结构，可以有效地改善KNN基无铅压电陶瓷的压电性能和稳定性。

未来的研究方向包括提高材料的制备工艺、优化组分设计、深入研究相界构建等，将进一步推动KNN基无铅压电陶瓷的研究和应用。

无铅压电陶瓷材料的研究现状

（）（）ａｉａｘＢ０（＝、ａ等；Ｂ＝ｂ２卜ＸＢＴＯ－Ａ３ＡＫＮＮ、
Ｔａ等）；（）（）ａｉ３ｘｎＮＯ（：Ｂ、ａＳ３卜ＸＢＴ０－Ａｂ３５ＡａＣ、ｒ等）。
前使用的压电陶瓷材料仍是含铅的．其中铅基压电陶瓷
称为层数，钙钛矿的层数。理论上讲从ｘｌ到ＸＯ（即＝＝Ｏ纯钙钛矿结构）可能，能满足离子堆积的几何规则，都都对于ｘ５的物质的存在已经有大量电子衍射和高分辨电 ≤
２钛酸钡基无铅压电陶瓷
对无铅压电陶瓷的发展作了展望。
关键词
无铅压电陶瓷，层状结构，酸铋钠基，铋钛钨青铜结构
１引
言
前，ａｉ。ＢＴＯ基无铅压电陶瓷体系主要有：
（）（）ａｉ３Ａ０（＝ａＣ１卜ｘＢＴＯ－Ｂ３ＡＢ、ａ等；＝ｒＳ、ｆＣｘＢＺ、ｎ｝、ｅＩ等）：
近年来，国内外研究的无铅压电陶瓷体系主要有：钛
酸钡基、层状结构、酸铋钠基、金属铌酸盐系及钨铋钛碱
青铜结构无铅压电陶瓷。
地相互交替排列而成。它的通式为：Ｂ２Ｂ），（ｉ）（ｘ此。Ａ０处Ａ为适合于ｌ２配位的ｌ２３４价离子或它们的复合，、、、Ｂ为适合于八面体配位的离子或它们的复合，Ｘ为整数，

无铅压电陶瓷的研究现状与发展趋势

=
引言压电陶瓷是一种用途广泛的功能材料 # 可实现
结温度下挥发性大，一方面对人体、环境造成危害 # 另一方面也使陶瓷中的化学计量比偏离原配方，给工艺和产品的稳定性带来诸多问题。随着全社会对环保问题的重视，寻找能够替代 E F* 的无铅压电陶瓷材料成为电子材料领域的紧迫任务之一 H& I 。 > 无铅压电陶瓷材料体系目前，在压电陶瓷无铅化的研究与开发上，世界各国均进行了大量的工作。性能较好的无铅压电陶瓷研究体系主要有 % 类： ! 钛酸钡 $ ()* +, - ’ 基无铅压电陶瓷； " 钛酸铋钠 $ $ (+& . / 0 )& . / ’ * +, - ’ 基无铅压电陶瓷； # 铋层状结构无铅压电陶瓷； $ 铌酸钾钠锂 $ $ 1 # 0 ) # 2 + ’ 0 3, - ’ 基无铅压电陶瓷； % 钨青铜结构无铅压电陶瓷。这些无铅压电材料由于其成分和结
钛酸钡系压电陶瓷主要性能参数
#$) *+ , - $) *) , % &’ ( " 2)) ) * !. ) * (( ) * !. !)) "", "!+ #$) *, - $) *) . / 0% &’ ( !)) ) * (! ) * "+ ) * () "!) ",) .)
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图#
钛酸铋钠的晶体结构
虽然 #$%&’( 陶瓷是目前研究相当成熟的压电陶瓷，但存在有几方面的不足： ! #$%&’( 陶瓷的压电铁电性能属于中等水平，难于通过掺杂大幅度改变性能，无法满足不同的需要； " #$%&’( 陶瓷的工作温区较窄，居里点不高，在室温附近存在着相变，而且温度稳定性较差，因此适用温度区间很窄，使用不方便； # #$%&’( 陶瓷一般需要高温烧结 ; 烧结温度约为 " ()) 8 < ，且烧结存在一定难度，在很大程度上限制了其应用 = 2 > 。所以， #$%&’( 陶瓷难以直接取代铅基陶瓷。但是 #$%&’( 最大的优势就是低污染性，因此，近年来关于 #$%&’( 基陶瓷的压电性研究又重新引起人们的重视。以 #$%&’( 为基加入第二相，能够得到完全不含铅的压电陶瓷陶瓷体系主要有 = ! ? @ > ： ; "< ; "A % ! #$%&’(A % B#’( # C EF、 GH、 IJ、 -K 等 < ； ; 2< ; "A % < #$%&’(A % B#’( C :0、 %$< ； ; (< ; "A % < #$%&’(A % B) *, :0’( #$ 等 < 。 ; B C #$、 -$ 等 D ; B C L、 :$D # ; B C -$、 GF、

(NaBi)0.5TiO3基无铅压电陶瓷研究进展

室温时属三方铁电相，电耦合系数各向异性较大（，约机ｋ
５％，ｋ０约１％）居里温度较高（２ ℃ ）而且烧结温度低３，３０，（２０）所以成为一种很有希望的无铅压电材料Ｊ＜１０ ℃ ，。但其压电活性低，阻碍了纯ＮＴ陶瓷的实用化，此提高其这Ｂ因压电活性就成为研究的焦点。国内外的研究主要集中于以
ＹＡＯｎ．ｏｇ一，ＧＡＯｎＣＨＥＮＧ－ｏｇ，ＨＯＮＧｎ－ｉＹｏｇｈｎＦｅｇ，ＬｉｈｎＲｏｇｚ，ＴＩＡＮａｇｓｅｇＣｈｎ－ｈｎ
（．ＳｈｏｆＭａｅｉｌｉｎｅａｄＥｇｎｅｉｇ，Ｎｏｔｗｅｔｒｏｙｅｈｉａｉｅｓｔ１ｃｏｌｔｒａｓＳｅｃｎｎｉｅｒｎｏｃｒｈｓｅｎＰｌｔｃｎｃｌＵｎｖｒｉｙ，Ｘｉａ７０／ ’ｎ１０２，Ｃｈｎ；ｉａ
【关键词】（ａｉＮＢ）
中图分类号：Ｍ８Ｔ２２
０；３无铅压电陶瓷；改性；构陶瓷织
文献标识码：Ａ
ＤｅｅｏｍｅｔｏＮＢ）．ｉ一ａｅｅｄＦｅｉｏｌｃｒｃＣｒｍｉｓｖｌｐｎｆ（ａｉｏＴＯ３ｂｓｄＬａ — ｒｅＰｅｅｅｔｉｅａｃ５ｚ
（Ｂ）ＴＯ３无铅压电陶瓷研究进展Ｎａｉｉ基
姚永红。高
（．北工业大学材料学院。西西安１西陕

(Na0.5Bi0.5)TiO3基无铅压电陶瓷材料的研究进展

益深入的研究．目前对ＢＮＴ系列的研究主要集中在工艺制备及其掺杂改性２个方面上．
１２ＢＴ陶瓷的制备技术．Ｎ
１２１固相烧结法．．
固相烧结法是一种传统的陶瓷制备方法，是研究人员最常用的陶瓷制备技术．格兰的ＪｎｓＯ也英ｏｅＧ
性能只属中等．Ｏ世纪５２０年代初期发现的锆钛酸铅（ｂｒＴ。Ｏ，ＰＺｉ。简称ＰＴ）一Ｚ是迄今为止使用最多的压电陶瓷ｌ．Ｚ具有优良和稳定的压电效应，使许多在ＢＴＯ。１ＰＴ］它ａｉ时代不能制作的器件成为可能．是，Ｚ陶但ＰＴ瓷的主要成分之一是易挥发的有毒物质ＰＯ，ｂ不仅污染环境，而且使陶瓷中的化学计量比与配方相偏离，给
工艺和产品的稳定性带来诸多问题．因此，寻找与环境协调性好、能优良的无铅压电陶瓷成为材料研究人性员的一项紧迫而艰巨的任务．
从结构组分来看，供选择的无铅压电陶瓷组分主要有：钛矿结构（ＢＴ０、ａＯ。ｂ。Ｂ可钙如ａｉ３ＮＮｂ一ＫＮＯ、ＮＴ
关键词：铅压电陶瓷；Ｎ。ｉＴｉｓ制备；杂改性无（ａＢ。）Ｏ；掺
中图分类号：ＴＭ８２２
文章编号：６１８１２０）２０５ —０１７ —６４（０６０ — ００５

无铅压电陶瓷的研究与应用进展

无铅压电陶瓷的研究与应用进展一、本文概述随着科技的进步和社会的发展，无铅压电陶瓷作为一种重要的功能材料，其在众多领域中的应用越来越广泛。

无铅压电陶瓷，顾名思义，是指那些不含有铅元素，同时具备压电效应的陶瓷材料。

这类材料因其独特的物理性质，如压电性、热释电性、铁电性等，使得它们在传感器、换能器、谐振器、滤波器、驱动器等电子元器件以及医疗、环保、能源、通信等领域具有广阔的应用前景。

本文旨在全面综述无铅压电陶瓷的研究现状和应用进展。

我们将首先介绍无铅压电陶瓷的基本概念、性质及分类，然后重点论述其制备工艺、性能优化、改性方法等关键技术问题。

我们还将对无铅压电陶瓷在各个领域的应用情况进行深入探讨，分析其在不同应用场景中的优势和挑战。

我们将对无铅压电陶瓷的未来发展趋势进行展望，以期为推动该领域的研究和应用提供有益的参考。

二、无铅压电陶瓷的分类与性能无铅压电陶瓷，作为一种环境友好且性能优良的压电材料，近年来受到了广泛的关注和研究。

根据其组成和结构的不同，无铅压电陶瓷主要可以分为以下几类：碱土金属氧化物基无铅压电陶瓷、铋层状结构无铅压电陶瓷、钨青铜结构无铅压电陶瓷以及其他复杂结构无铅压电陶瓷。

碱土金属氧化物基无铅压电陶瓷，如钛酸钡（BaTiO3）和钛酸锶（SrTiO3）等，具有较高的居里温度和稳定的压电性能。

这些材料在传感器、执行器以及谐振器等领域有着广泛的应用。

然而，它们的压电性能相对铅基压电陶瓷来说较低，因此，提高其压电性能是无铅压电陶瓷研究的重要方向。

铋层状结构无铅压电陶瓷，如铋酸钠（Bi2NaNbO7）和铋酸钾（Bi2KNbO7）等，具有层状结构和良好的压电性能。

这类材料的压电常数和介电常数都较高，因此在高频、高功率、高温等极端环境下具有广泛的应用前景。

然而，其居里温度较低，限制了其在高温领域的应用。

钨青铜结构无铅压电陶瓷，如铌酸钾钠（K5Na5NbO3）和铌酸钾锂（LiNbO3）等，具有良好的压电性能和较高的居里温度。

铁酸铋基高性能无铅压电陶瓷的制备及性能调控研究

铁酸铋基高性能无铅压电陶瓷的制备及性能调控研究近年来，压电材料在电子设备、传感器和能量转换等领域中扮演着重要的角色。

然而，传统的压电材料中含有铅，对环境和人体健康造成潜在威胁。

因此，研发无铅压电材料已成为当前材料科学领域的热点之一。

铁酸铋（BiFeO3）作为一种具有多种优良物理性能的多铁性材料，引起了研究人员的广泛关注。

然而，BiFeO3的应用受到了其较低的压电性能的限制。

因此，为了提高BiFeO3的压电性能，研究人员们进行了大量的工作。

本文通过控制BiFeO3的制备工艺以及添加其他元素来调控其性能。

首先，我们采用溶胶-凝胶法制备BiFeO3陶瓷。

通过改变溶液中的配比、溶胶的浓度和煅烧温度等参数，成功地制备出高纯度的BiFeO3。

然后，我们通过添加不同的掺杂元素来调控BiFeO3的性能。

掺杂元素的选择包括钇（Y）、铌（Nb）和锰（Mn）。

掺杂后的BiFeO3陶瓷表现出了优异的压电性能。

实验结果表明，掺杂钇可以显著提高BiFeO3的压电性能。

当钇的掺杂浓度为5%时，BiFeO3的压电系数达到最大值。

而掺杂铌和锰可以改善BiFeO3的烧结性能和压电性能。

掺杂铌后，BiFeO3的烧结温度降低，烧结密度增加，压电性能得到了显著提高。

掺杂锰后，BiFeO3的晶粒尺寸减小，致密度增加，导致了更好的压电性能。

此外，我们还研究了BiFeO3陶瓷的微观结构和相变行为。

通过X射线衍射和扫描电子显微镜等表征手段，我们发现掺杂元素的添加可以引起BiFeO3的晶格畸变和相变温度的改变。

这些结构和相变调控对BiFeO3的压电性能有重要影响。

综上所述，本文通过改变制备工艺和掺杂元素的添加方式，成功地制备出了性能优良的铁酸铋基无铅压电陶瓷。

这些研究成果对于无铅压电材料的进一步研究和应用具有重要意义。