三大无铅压电陶瓷体系的最新进展

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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

钛酸铋钠基无铅压电陶瓷研究近期进展

研究表明，温下Ｂ常ＮＴ为三方相，与其它相结它构的铁电相或反铁电相的陶瓷固溶后，能存在准同可
型相界（Ｂ。根据ＭＰＭＰ）Ｂ附近铁电陶瓷的极化会相
大，高温烧结时Ｂ离子的挥发使其电阻率降低，陶ｉ使
有相当的差距，其性能有待进一步提高。从ＢＮＴ基陶瓷改性、陶瓷新体系以及陶瓷制备技术等多方面，分析
了提高ＢＮＴ基陶瓷性能的原理、径和方法，出了途指
发明陶瓷新体系的有关思路，论了陶瓷制备技术与讨陶瓷性能的关系。同时，列举了近期在性能的影响，对今后的相关研究进行了展望。并
关键词：钛酸铋钠；铅压电陶瓷；性；瓷新体无改陶系；制备技术中图分类号：ＴＭ２１２文献标识码：Ａ
对ＢＮＴ陶瓷的改性，以在一定程度上有效地提高组可分在相界附近的陶瓷的性能。改性后的ＢＮＴ基固溶
窄，使得陶瓷的化学稳定性和致密度欠佳［；ＮＴ基１Ｂ陶瓷压电活性虽然在无铅陶瓷材料中有一定的优势，
对ＢＮＴ陶瓷的研究趋势作了一定的探讨。
２ＢＴ陶瓷的改性Ｎ
纯ＢＮＴ陶瓷有以下缺点：陶瓷的矫顽场高达该７３Ｖ／．ｋｍｍ，以极化［；了防止Ｂ元素的蒸发，难２为ｉ烧结温度一般应低于１０ ℃且烧结温度范围窄，２０因此陶瓷的致密度欠佳；Ｂ纯ＮＴ的介电性能不太高，对介相电常数较小（般在２０３０，电活性也不太理一４～４）压想，。ｄ。一般在１０ＣＮ以下Ｌ。为了实现Ｂ０ｐ／｜］ＮＴ陶瓷的实用化，类材料的电学特性必须进一步地提高。该要提高ＢＮＴ基无铅压电陶瓷性能，常采用以下两种通途径：备性能较好的Ｂ制ＮＴ基多元固溶体系和ＢＮＴ基陶瓷的掺杂改性。

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

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。

(Na0.5K0.5)NbO3基无铅压电陶瓷的研究进展

议．
关键词：无铅压电陶瓷，钙钛矿结构，压电材料，（ａＫｏ￣ＮｂＮｏ．）Ｏ３５
中图分类号：ＴＭ２２８文献标识码：Ａ
１引言
压电陶瓷是一种可实现机械能与电能相互转换的功能材料，广泛应用于军事、车、被汽商业和医疗技术领域＿．目前，压电陶瓷的生产仍集中于传统的锆钛酸铅Ｐ（ｒＴ）（Ｚ１Ｊ对ｂＺ，ｉＰＴ）Ｏ３基压电陶瓷【引．是ＰＴ基陶瓷中氧化铅的含量超过原料总质量的６％以上＿．化铅２但１Ｚ０４氧Ｊ是一种易挥发性的有毒物质，如果长时间工作在具有氧化铅的环境中，这些氧化铅将蓄积在人的体内，致使大脑和神经系统受到损伤．另外，如果这些铅基压电陶瓷废弃后管理不善被丢弃在大自然中，这些物质中所包含的铅可以通过酸雨等途径进入水中、渗透进土壤，造成对地下水和农田的污染，给人类及生态环境带来严重的危害］这与人类社会的可持，续发展相悖．近年来，许多国家都立法禁止使用含铅的电子材料．根据＜Ｓｉｎｅ＞上的报＜ｃｃ＞ｅ
具有优良的压电性能和机械性能，被认为是很有前途替代ＰＴ的无铅压电材料．在以 “ Ｚ竞

BT基无铅压电陶瓷的最新进展

BT基无铅压电陶瓷的最新进展戴中华;谢景龙;琚思懿;刘卫国【摘要】BaTiO3(BT)基无铅压电陶瓷因其较高的相对介电常数、优良的铁电、压电、热释电、耐压和绝缘等性能,在目前无铅压电陶瓷几大体系中有巨大应用前景.近年来,关于该体系材料的改性制备研究的报道越来越多,本文着重于从离子掺杂改性、多组元改性、烧结助熔剂改性及纳米粉体制备四个方面介绍了BT基压电陶瓷的最新研究进展.总结了各种添加剂对BT基无铅压电陶瓷体系压电性能的影响机理和规律,介绍了当前制备工艺对其微观结构和压电性能改性的研究成果,并展望了BT基无铅压电陶瓷体系的发展趋势.【期刊名称】《电子元件与材料》【年(卷),期】2018(037)008【总页数】9页(P1-9)【关键词】无铅压电陶瓷;BaTiO3;综述;掺杂改性;低温烧结;压电性能;纳米级粉体制备【作者】戴中华;谢景龙;琚思懿;刘卫国【作者单位】西安工业大学陕西省薄膜与光学检测技术重点实验室, 陕西西安710021;西安工业大学陕西省薄膜与光学检测技术重点实验室, 陕西西安 710021;西安工业大学陕西省薄膜与光学检测技术重点实验室, 陕西西安 710021;西安工业大学陕西省薄膜与光学检测技术重点实验室, 陕西西安 710021【正文语种】中文【中图分类】TN304压电材料作为一种能够实现电能-机械能转换的功能材料,因其优异的铁电、介电和压电性能已在驱动器、传感器、谐振器、超声换能器、滤波器等电子元器件中得到广泛应用[1-2]。

自1950年发现锆钛酸铅 (PZT)压电陶瓷以来,市场上所使用压电陶瓷大部分为铅基材料。

由于原料中PbO是一种有毒物质,在生产过程中,其粉末以及高温下挥发出的气体易造成环境污染和危害人类健康;在烧结过程中PbO易挥发导致组分偏离,也使材料重复性和一致性降低。

寻找能够全面代替Pb(Ti,Zr)O3(PZT)的高性能无铅压电材料已成为世界性的紧迫课题[3]。

无铅压电陶瓷材料的研究现状

无铅压电陶瓷材料的研究现状作者：吴思华王平付鹏来源：《佛山陶瓷》2008年第02期摘要本文综述了近年来国内外无铅压电陶瓷材料方面的研究进展，重点介绍了钛酸钡基、铋层状结构、钛酸铋钠基、碱金属铌酸盐系以及钨青铜结构无铅压电陶瓷体系的研究现状，并对无铅压电陶瓷的发展作了展望。

关键词无铅压电陶瓷，铋层状结构，钛酸铋钠基，钨青铜结构1引言随着社会可持续发展战略的实施和人们环保意识的增强，无铅压电陶瓷材料的研究和应用更日益引起人们的关注。

压电陶瓷被广泛应用于通信、家电、航空、探测和计算机等诸多领域，是最重要的电子材料之一，然而，目前使用的压电陶瓷材料仍是含铅的，其中铅基压电陶瓷中氧化铅约占原材料总量的70%，由于氧化铅是一种易挥发的有毒物质，在生产过程中，氧化铅粉尘以及高温合成或烧结过程中挥发出来的氧化铅极易造成环境污染，在使用和废弃后的处理过程中也会给人类及生态环境造成严重危害。

于是近年来，为了保护人类及生态环境，许多国家都在酝酿立法禁止使用含铅的压电陶瓷材料，因此，开发无铅基的环境协调性（绿色）压电陶瓷材料是一项紧迫而具有重要科学意义的课题。

近年来，国内外研究的无铅压电陶瓷体系主要有：钛酸钡基、铋层状结构、钛酸铋钠基、碱金属铌酸盐系及钨青铜结构无铅压电陶瓷。

2钛酸钡基无铅压电陶瓷钛酸钡（BaTiO3）是最早发现的典型无铅压电材料，其居里温度较低，工作温度范围较窄，压电性能属于中等水平，难以通过掺杂改性来大幅度改善其压电性能,且在室温附近存在相变，所以其在压电方面的应用受到限制。

目前，BaTiO3基无铅压电陶瓷体系主要有：（1）（1-x）BaTiO3-xABO3(A=Ba、Ca等；B=Zr、Sn、Hf、Ce等)；（2） (1-x）BaTiO3-xA′B′O3（A′=K、Na等；B′=Nb、Ta等）；（3） (1-x）BaTiO3-xA0.5〞NbO3(A〞= Ba、Ca、Sr等)。

研究结果表明，在上述三个体系中，都存在顺电立方-铁电四方相变，此相变具有弛豫铁电性的特征，而某些组分不再出现宏观上的铁电四方到铁电正交的相变，因而有利于室温下使用。

batio3基无铅压电陶瓷的制备及性能研究

原创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究取得的成果。

除文中已经注明引用的内容外，论文中不含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得聊城大学或其他教育机构的学位证书而使用过的材料。

对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人承担本声明的法律责任。

学位论文作者签名：日期导师签名：日期学位论文使用授权声明本学位论文作者完全了解聊城大学有关保留、使用学位论文的规定，即：聊城大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。

本人授权聊城大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其它手段保存、汇编学位论文。

学位论文作者签名：日期导师签名：日期摘要本文从以下两个方面对BaTiO3压电陶瓷进行性能改性：采用固相合成法制备了对BaTiO3进行A、B位掺杂的BaTiO3基无铅压电陶瓷，研究了等价或异价离子掺杂对BaTiO3压电陶瓷的结构和性能的影响；改进了压电陶瓷的工艺制备过程，研究了直接反应烧结法对BaTiO3基压电陶瓷的结构和性能的影响。

主要内容如下：1.采用与BaTiO3的Ba2+位、Ti4+位化合价相同的离子Ca2+、Sn4+、Zr4+的两种(Ca2+、Sn4+)或三种离子(Ca2+、Zr4+、Sn4+)对BaTiO3陶瓷进行取代改性，研究了离子取代改性后陶瓷的结构和电性能。

适量的离子掺杂后的陶瓷仍具有纯的BaTiO3钙钛矿相结构，随着Ca2+添加量的增加，陶瓷的正交-四方相转变温度(T O-T)逐渐向低温移动，Ca2+掺杂量较多时T O-T移到室温以下，Ca2+的掺杂基本上不影响陶瓷的居里温度(T C)。

Zr4+和Sn4+对陶瓷相转变温度的影响相似，均能提高T O-T，但是使居里温度T C剧烈下降，合适配比的Ca2+、Sn4+共同掺杂或Ca2+、Zr4+、Sn4+共同掺杂能够调节陶瓷的正交-四方相转变至室温附近，由于在正交-四方相转变区时Gibbs自由能曲面变的较平，使得正交相和四方相的稳定性相似，在极化过程中自发极化便有更多的可转向方向，从而使得陶瓷的压电性能较为优异，Ca2+、Sn4+共同掺杂或Ca2+、Zr4+、Sn4+共同掺杂的BaTiO3基压电陶瓷因此都获得了优异的压电性能。

晶粒定向技术制备无铅压电陶瓷的研究现状与进展

它是利用局部规整反应制得取向度高的陶瓷，模板晶粒生长法是一种无需加压的晶粒定向生长技术，它是
列，提高该陶瓷材料沿某一方向的压电性能。
料。在不久的将来将禁用含铅压电铁电材料。
无铅压电陶瓷（或称环境协调性压电陶瓷）是指
２陶瓷晶粒定向技术
既具有满意的使用性又有良好的环境协调性的压电２．热煅法１陶瓷，它要求材料体系本身不含有可能对生态环境造压电陶瓷材料是由很多晶粒无规则排列而成，其成损害的物质，在制备、使用及废弃后处理过程中不压电性能是很多方向性能的平均，因此其压电性能一产生可能对生态环境有害的物质，且材料的制备工艺般不如相同成分的单晶材料。但制备压电单晶成本具有耗能少等环境协调性特征【迄今为止，４】。无铅压电高，并且制备大尺寸的单晶非常困难，，因此在大多数陶瓷体系主要有：ａｉ３基无铅压电陶瓷；ＢＴＯ的应用领域内，压电陶瓷还是发挥着很重要的作用。Ｎｉｉ３ＮＴ基无铅压电陶瓷；０（Ａ）铌酸盐系无铅陶瓷晶粒定向技术是指通过工艺控制，使原本无规则压电陶瓷；铋层状结构无铅压电陶瓷和钨青铜结构无取向的陶瓷晶粒定向排列，使之达到具有接近单晶的
中图法分类Байду номын сангаас ：Ｑ１４７文献标识码：Ｔ７．５Ａ
铅压电陶瓷。这些材料和传统的ＰＴ系列压电陶瓷Ｚ
１引
压电陶瓷在电子科学和技术中的应用极为广泛，
相比有着自己的特点，但压电性能偏低，无法完全取代目前广泛使用的ＰＴ压电陶瓷。因此，Ｚ如何提高无

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

摘要：随着人们环保意识的增强，无铅压电陶瓷的研究和开发成为当前压电材料领域研究的热点。本文综述了无铅压电陶瓷研究开发的相关进展，点介绍了ＢＴＯ，、ｉＮａ，ｉ基、层状结构、重ａｉ基Ｂ。ＴＯ，铋２（Ｎ，ｉＮｂ基及钨青铜结构无铅压电陶瓷等体系的研究现状，时对制备方法也进行了简要的Ｋ，ａＬ）Ｏ，同
ｒｍｉｓｄｏｉａｃ；ｐｎｇ；ｅｏｌｃｉｐｒｅｔｅｐｉｚｅｅｔｃｒｏｐｒｉｓ
１引言
结温度下挥发性大，一方面对人体、境造成危害，环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
评述。无铅压电陶瓷的发展趋势作了展望。对关键词：无铅压电陶瓷；层状结构；杂改性；电性能铋掺压
中图分类号：Ｍ２２文章编号：６１８７２０）３００５１７ —８８（０６０ —０４ —０
（ｐｒｍｅｔｏｎｏｍａｉｎＭａｅｉｌＳｉｃｎｎｉｅｒｇＤｅａｔｎｆｌｆｒｔｔｒｃｎｅａｄＥｇｎｅｉ，ｏａｅｎＧｕｌｎｖｒｉｆＥｅｔｎｃＴｃｎｌｇ，Ｇｕｌ，Ｇｕｎｘ４０４ＣｉａｉｎＵｉｅｓｔｏｌｒｉｅｈｏｏｙｉｙｃｏｉｎｉａｇｉ５１０，ｈｎ）

无铅压电陶瓷的研究现状与发展趋势

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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
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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

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。