压电陶瓷概论
简述压电陶瓷
简述压电陶瓷压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料，属于无机非金属材料，是一种具有压电效应的陶瓷材料。
与压电单晶材料相比，具有机电耦合系数高，压电性能可调节性好，化学性质稳定，易于制备且能制得各种形状、尺寸和任意极化方向的产品、价格低廉等优点。
它具有压电效应。
所谓压电效应是正电压效应和负电压效应。
前者是指由应力诱导出极化或电场的现象，后者则是由电场诱导出应力或应变的现象，二者统称为压电效应。
目前为止，压电陶瓷的这种压电效应已被广泛应用于与人们生活息息相关的许多领域，遍及卫星广播、电子设备、生物、航空航天、医疗卫生、日常生活等等。
由此可见压电陶瓷的应用十分广泛，研究意义非常重大。
一些材料在机械应力作用下，引起内部正负电荷中心相对位移而发生极化，导致材料两端表面出现符号相反的束缚电荷的现象，称为压电效应。
具有这种性能的陶瓷称为压电陶瓷，它的表面电荷的密度与所受的机械应力成正比。
反之，当这类材料在外电场作用下，其内部正负电荷中心移位，又可导致材料发生机械变形，形变的大小与电场强度成正比。
常用的压电陶瓷有钛酸钡系、锆钛酸铅二元系及在二元系中添加第三种ABO3（A表示二价金属离子，B表示四价金属离子或几种离子总和为正四价）型化合物，如：Pb(Mn1/3Nb2/3)O3和Pb(Co1/3Nb2/3)O3等组成的三元系。
如果在三元系统上再加入第四种或更多的化合物，可组成四元系或多元系压电陶瓷。
此外，还有一种偏铌酸盐系压电陶瓷，如偏铌酸钾钠（Na0.5·K0.5·NbO3）和偏铌酸锶钡（Ba x·Sr1-x·Nb2O5）等，它们不含有毒的铅，对环境保护有利。
目前，我国所使用的压电陶瓷体系主要是铅基压电陶瓷，材料其中含铅化合物PbO（或Pb3O4）约占原料总质量的百分之七十左右。
由于含铅化合物在高温时具有挥发性，这些材料在生产、使用、废弃过程中都会对人类健康和生态环境造成很大的危害。
《压电陶瓷》课件
03
压电陶瓷的制造工艺
配料与混合
配料
根据生产需要，将各种原材料按 照配方准确称量，确保原材料的 质量和稳定性。
混合
将称量好的原材料进行充分混合 ，确保各种原材料均匀分布，以 提高产品的性能和稳定性。
预烧与成型
预烧
在一定温度和气氛下，将混合好的原 料进行预烧结，以促进原料的初步反 应和烧结。
易于加工和集成
压电陶瓷可以通过陶瓷工艺进 行加工和集成，与其他电子元
件实现一体化，方便应用。
压电陶瓷的应用领域
传感器
利用压电陶瓷的压电效应，可以制作 出各种压力、加速度、振动等物理量 的传感器。
换能器
驱动器
利用压电陶瓷的逆压电效应，可以制 作出各种微小位移、微小角度的驱动 器，用于精密定位、光路控制等领域。
压电陶瓷的工作模式
工作模式定义
工作模式是指压电陶瓷在受到机 械力作用时，如何将机械能转换
为电能的过程。
工作模式分类
压电陶瓷的工作模式可以分为直 接模式和逆模式。直接模式是指 陶瓷在受到压力时产生电压，逆 模式是指陶瓷在受到电压作用时
产生形变。
工作模式的应用
不同的工作模式适用于不同的应 用场景，如直接模式适用于传感 器，逆模式适用于超声波发生器
压电陶瓷广泛应用于传感 器、换能器等领域，如超 声波探头、电子点火器等。
压电陶瓷的极化
极化定义
极化是指压电陶瓷在制造过程中，通过施加高电 压使其内部电偶极矩定向排列的过程。
极化原理
在极化过程中，陶瓷内部的电偶极矩会沿着一定 的方向整齐排列，形成一个宏观的电场。
极化过程
极化过程需要在高温和高压环境下进行，通常需 要数千至上万伏的电压。
第六章 压电陶瓷
随着电子工业的发展，对压电材料与器件的要求就越来 越高了，二元系PZT已经满足不了使用要求，于是研究和 开发性能更加优越的三元、四元甚至五元压电材料。
第六章 压电陶瓷
二、压电效应 压电效应产生的根源是晶体中离子电荷的位移，当 不存在应变时电荷在晶格位置上分布是对称的，所 以其内部电场为零。 但当给晶体施加应力则电荷发生位移，如果电荷 分布不在保持对称就会出现净极化，并将伴随产生 一个电场，这个电场就表现为压电效应。
压电陶瓷在振动时，为了克服内摩擦需要消耗能量。机械品质因
数Qm是反映能量消耗大小的一个参数。Qm越大，能量消耗越小。 机械品质因数Qm的定义式是：
谐振时振子储存的机械 能
Qm 2 每一谐振周期振子所消 耗的机械能
Qm
2fr R(C0
f
2 a
C1
)(
f
2 a
fr2 )
其中：
fr为压电振子的谐振频率 fa为压电振子的反谐振频率 R为谐振频率时的最小阻抗Zmin（谐振电阻） C0为压电振子的静电容 C1为压电振子的谐振电容
第六章 压电陶瓷
d (pC/N) 33Fra bibliotek360
340
320
300
280
260
240
220
200
180
160
0.44
0.46
0.48
0.50
0.52
0.54
Composition(x)
第六章 压电陶瓷
Q m
k p
1600
kp
0.60
Qm
1500
9.5 压电陶瓷
or：
由压电效应转换的电能 K 储入的机械能总量
2
由 逆 压 电 效 应 转 换 的械 机能 K 储入的电能总量
2
K值越大，材料的压电耦合效应越强。 除此之外，还有压电系数d、机械品质因素Q、 弹性系数S和频率常数N等。
主晶相结构 钙钛矿型、钨青铜型、焦绿石型、含钛层状结构。
目前应用最广泛的是BaTiO3、PbTiO3、 PbZrO3等, 都属钙钛矿型晶胞结构。
三、压电陶瓷的应用
1880~1940：压电晶体； 上世纪40年代中期：BaTiO3压电陶瓷问世； 由于压电陶瓷具有突出优点，包括： 制造方便，设备简单，成本低廉，不受尺寸大小限制，可 以在任意方向极化; 通过调节组分可以在很宽范围改变材料的性能，以适应各 种需要； 不溶于水，耐热耐湿； 可以很方便地制成各种复杂的形状等。 近年来压电陶瓷的应用不断发展，在航天、通讯、超声技 术、精密测量、红外技术等领域均得到广泛应用，是当代 高技术中的一种重要的功能材料。
可在信号处理中作滤波器，放大器，表面波导等器件；传 感与测量领域作加速度计，压力计，角速度计，位移发生 器等。
谢 谢！
其它几种重要的压电陶瓷包括
PbTiO3- PbZrO3； Pb(Mg1/3Nb2/3)O3- PbTiO3- PbZrO3 ；
Pb(Co1/3Nb2/3)O3- PbTiO3- PbZrO3 ；
Na0.5K0.5NbO3 ；Pb0.6Ba0.4Nb2O6 ； BNT(B0.5Na0.5TO3)、KNN(K0.5Na0.5NbO3）等。
（2）烧成
PZT坯体成形后，还要煅烧，影响烧成的因素： A. 组分中活性离子多，则易烧结； 为满足不同使用要求，可在PZT中添加某些元素进行改性 B.添加物 软性添加物：La, Nd, Bi, Nb等，可形成阳离子空位，加速 离子扩散，促进烧结； 硬性添加物：Fe, Co, Ni, Mn等，产生O2-空位，晶胞收缩， 降低离子扩散速度，难于烧结； 产生液相的添加物：如MgO，使T烧结↘，Δ T ↘ ，加速烧 结过程； 晶格产生畸变的添加物：促进烧结过程的进行； 限制晶粒长大的晶界分凝添加物：如Fe3+、Al3+、 Nb3+、 Cr3+、Ni3+等，能改善陶瓷的机械性能；
压电陶瓷
压电陶瓷压电陶瓷（Piezoelectric ceramics）是一种特殊的陶瓷材料，具有压电效应。
它具有压电效应，能够在外界施加压力或扭转时产生电荷，同时在外加电场下也能产生机械变形。
因此，压电陶瓷广泛应用于传感器、换能器、储能器、振动器等领域。
本文将介绍压电陶瓷的原理、特性以及应用领域。
首先，我们来了解一下压电陶瓷的原理。
压电现象最早是由法国物理学家庞丁（Pierre Curie）和雅克（Jacques Curie）在1880年发现的。
他们发现某些晶体，如石英和长石，在外界施加压力时会产生电荷。
这被称为正压电效应。
而如果在外加电场的作用下，这些晶体会发生机械变形，这被称为反压电效应。
接下来，我们来探讨一下压电陶瓷的特性。
压电陶瓷具有几个主要的特性。
首先，它们具有良好的压电和逆压电效应。
这使得它们成为制造传感器和换能器的理想材料。
其次，压电陶瓷还具有良好的机械强度和稳定性。
它们可以承受高压力和机械应力，并且能够在广泛的温度范围内工作。
此外，压电陶瓷具有较宽的频率范围和较高的输出功率。
这使得它们成为制造振动器和储能器的理想选择。
压电陶瓷具有广泛的应用领域。
其中一个主要应用是在传感器领域。
压电陶瓷可以用于制造压力传感器、加速度传感器、力传感器等。
这些传感器可以广泛应用于自动化、工业控制、医疗设备等领域，实现对压力、加速度、力等参数的测量和监控。
另一个主要应用是在换能器领域。
压电陶瓷可以用于制造超声换能器、声波清洗器、喇叭等。
这些换能器可以将电能转化为机械能，实现声音的放大和传播。
此外，压电陶瓷还可以应用于振动器、储能器、精密电机等领域。
总之，压电陶瓷是一种独特的陶瓷材料，具有压电效应。
它具有压电和逆压电效应、良好的机械强度和稳定性、较宽的频率范围和高输出功率等特性。
压电陶瓷在传感器、换能器、储能器、振动器等领域有广泛的应用。
它们在实际生活中发挥着重要的作用，促进了科技的发展和进步。
希望随着科技的不断发展，压电陶瓷能够在更多领域发挥重要作用，为人们的生活带来更多便利和创新。
压电陶瓷
在压电陶瓷上加上电场，设电场方向与极化方向相同， 则晶体的极化加强，晶体沿极化方向伸长，产生了形变— —逆压电效应。若加上反向场强，则晶体沿极化方向缩短； 若加上交变电场，则晶体产生振动。
Qm ,热稳定性好 抗老化性好
低衰减 硬性材料 频率稳定 软性材料
§ 7-1 压电陶瓷
由于一些性能往往是互相克制的，如Qm ↑ ，则KP ↓ ； ε↑则tgδ ↑ ；KP ↑则热稳定性↓，因此选用材料时应全面考虑， 适当折中。
三§元7系-1铅基压压电电陶陶瓷瓷
a、所谓三元系压电陶瓷，是在PZT的基础上再添加三元复合钙钛矿型物质(A,A’)(B,B’)O3 而组成的。在实际大多 数多元系压电陶瓷中，A位元素仍是铅，所改变的只是处 于八面体中的B位的元素。因此：在钙钛矿结构的三维八 面体网中，在相互固溶的情况下，八面体的中心将有四种 或更多电价不一定为4的元素（包括Zr和Ti）统计地均匀 分布，改变其元素种类与配料，就可调整、优选出一系列 具有特殊性能的压电陶瓷。
等 价 取 代
PZT的
改
性
分
为：异
价
取
软 性 代硬 性
取 取
代 代
改 改
性 性
其 它 取 代 改 性
§ 7-1 压电陶瓷
⑶ 常用PZT瓷料 压电陶瓷用途很多，不同场合对压电陶瓷性能要求不同。
接
收
型
水
声
换
能
器
：g33或g31大
，K
P
,
高效率、高灵敏度 软性材料
换 能 器
常用的为横向压电系数d31和纵向压电系数d33（脚标第 一位数字表示压电陶瓷的极化方向；第二位数字表示机械 振动方向）。四方钙钛矿结构有三个独立的压电系数d31 、 d33和 d15 。
压电陶瓷
压电陶瓷学院: 长春理工大学光电信息学院班级: 无机非金属材料工程姓名: 张瑞君学号: 0914119日期: 2012-9-24压电陶瓷引言压电陶瓷能够自适应环境的变化实现机械能和电能之间的相互转化，具有集传感、执行和控制于一体的特有属性。
近几年关于压电陶瓷的研究越来越受人们的关注，同时也发现了它的许多优越性，但是也存在缺陷。
比如含铅压电陶瓷中就含有对环境有污染的铅，而环境是人类生存和发展的基础。
因此，保护环境和发展环境协调型材料及制备技术是二十一世纪材料科学发展的必然趋势。
1.1压电陶瓷压电陶瓷的概念，所谓压电陶瓷是一种能够将机械能和电能相互转换的功能陶瓷,属于无机非金属材料。
它是指把氧化物混合(氧化锆、氧化铅、氧化钛等)高温烧结固相反应后而成的多晶体并通过直流高压极化处理使其具有压电效应的铁电陶瓷的统称这是一种具有压电效应的材料。
在能量转换方面，利用压电陶瓷将机械能转换成电能的特性，可以制造出压电点火器、移动X光电源、炮弹引爆装置。
电子打火机中就有压电陶瓷制作的火石，打火次数可在100万次以上。
用压电陶瓷把电能转换成超声振动。
可以用来探寻水下鱼群的位置和形状对金属进行无损探伤以及超声清洗、超声医疗还可以做成各种超声切割器、焊接装置及烙铁对塑料甚至金属进行加工。
1.2 压电陶瓷的分类以及特性压电材料是指一种具有压电效应的材料其按物理结构分类：石英、酒石酸钾钠、磷酸二氢铵、铌酸锂、硫酸锂、钽酸锂、锗酸锂、钛酸钡、钛酸铅、铌酸钾钠、偏铌酸铅、锆钛酸铅、偏铌酸铅钡、铌镁-锆-钛酸铅、铌钴-锆-钛酸铅、铌锌-锆-钛酸铅、铌锑-锆-钛酸铅铌锰-锆-钛酸铅、压电高分子聚合物、聚偏二氟乙烯、PVDF 复合压电材料等压电材料。
压电陶瓷具有敏感的特性，可以将极其微弱的机械振动转换成电信号，可用于声纳系统、气象探测、遥测环境保护、家用电器等。
地震是毁灭性的灾害，而且震源始于地壳深处，以前很难预测，使人类陷入了无计可施的尴尬境地。
完整版压电陶瓷片的原理及特性
完整版压电陶瓷片的原理及特性压电陶瓷是一种可压电材料，当施加外力时会产生电荷累积，从而产生电压。
压电陶瓷的原理是基于压电效应，即当施加外力时，材料内部的正负电荷会重新排列，形成电荷不平衡。
这种电荷不平衡会导致材料产生电位差，即产生电压。
压电陶瓷片由于具有良好的压电性能，广泛应用于传感器、超声换能器、无线电设备、换能器、纳米位移器、振动器等领域。
它的特点和特性如下：1.高压电系数：压电陶瓷片具有较高的压电系数，能够将机械能转化为电能，并且具有较高的能量转化效率。
这使得压电陶瓷片在能量采集、传感和控制领域应用广泛。
2.宽温度范围：压电陶瓷片的工作温度范围通常较宽，可以在极端的高温或低温环境下正常工作。
这使得它在航天、航空以及极地等恶劣环境中的应用具有独特的优势。
3.频率响应范围广：压电陶瓷片能够在较宽的频率范围内工作，通常从几千赫兹到几百兆赫兹。
因此，在超声波成像、荧光光谱仪和无线电通信等领域中具有重要的应用。
4.稳定性好：压电陶瓷片的性能稳定，具有优异的机械和电学性能。
它不易受到外界环境的影响，具有较长的使用寿命。
5.易于加工与制造：压电陶瓷片可以通过多种加工方法加工成不同形状和尺寸，如切割、打孔、磨削等。
这使得它在不同应用场合下可以满足不同形状和尺寸的需求。
6.低功率消耗：压电陶瓷片的功率消耗较低，适合用于需要低功耗的场合，如无线传感、医疗设备等。
7.较高的精度和稳定性：由于压电陶瓷片的工作原理和特性，它可以实现较高的精度和稳定性。
可以采集到更加准确和稳定的电信号或实现更加精确的控制。
总而言之，压电陶瓷片具有高压电系数、宽温度范围、频率响应范围广、稳定性好、易于加工与制造、低功率消耗和较高的精度和稳定性等特点和特性。
这使得它在诸多领域中有着广泛的应用前景。
简述压电陶瓷的压电原理
简述压电陶瓷的压电原理压电陶瓷是一种特殊的陶瓷材料，拥有压电特性，即能够在受到机械压力或电场激励时发生形变，同时也能够在受到外力的作用下产生电荷。
这一特性使得压电陶瓷在许多领域具有广泛的应用，包括传感器、换能器、电子器件等。
压电陶瓷的压电效应是由于其晶胞结构的不规则性而产生的。
在压电材料中，晶胞内的离子位置存在偏移，形成了正负离子间的偏压。
当受到外力压力或电场激励时，这种偏压会发生改变，导致原子或离子发生位移，从而引起整体的形变。
具体来说，压电陶瓷的压电效应可分为直接压电效应和逆压电效应。
直接压电效应是指当施加机械压力时，压电陶瓷会产生电荷。
这是由于物质晶体内部正负电荷的位移而产生的，形成电荷极化。
这种电荷极化的大小与施加的压力大小成正比。
逆压电效应是指当施加电场时，压电陶瓷会产生形变。
压电陶瓷内部的正负离子会受到电场力的作用，发生位移，从而导致整体形变。
这种形变的大小与施加的电场强度成正比。
压电陶瓷的压电效应既能够将机械能转化为电能，也能够将电能转化为机械能，具有相互转换的特性，因此被广泛应用于能量转换和传感器领域。
压电陶瓷的优点在于具有很高的压电系数、良好的稳定性和可重复性，以及宽广的工作温度范围。
这些特性使得压电陶瓷在各种环境条件下都能够正常工作，并具备长周期稳定性。
压电陶瓷的压电原理是其内部正负离子间的位置偏移和位移能够导致电荷极化和形变。
压电效应的存在使得压电陶瓷成为一种重要的功能性材料，具备广泛的应用前景。
对于我个人而言，我认为压电陶瓷的压电原理是一种非常有趣和神奇的物理现象。
它不仅能够将机械能转化为电能，还能够将电能转化为机械能，实现相互转换。
这种能力在很多应用中都能够发挥重要的作用，比如用于能量转换、传感器等领域。
压电陶瓷的优点也使得它成为一种非常有前景的材料，可以在各种环境条件下稳定工作。
我相信随着科技的进步和应用的推广，压电陶瓷将会发展出更多新的应用，并为我们的生活带来更多便利和创新。
半导体(压电陶瓷)
压电陶瓷材料在我们的生活中随处可见的物质，材料的发展深深的影响着人们的生活质量，同时也是我们人类社会进步和文明的重要标志。
随着社会的进步和发展，电子陶瓷材料在信息技术中占有非常重要的作用，常常被用来制作一些重要的电子元器件如：传感器、电容器、超声换能器。
因此，高性能的电子陶瓷材料是信息技术发展和研究的重要方向。
压电陶瓷是一种具有压电性能的多晶体,是信息功能陶瓷的重要组成部分。
其具有机电耦合系数高(压电振子在振动过程中，将机械能转变为电能，或将电能转变为机械能的效率)、价格便宜、易于批量生产等优点,已被广泛应用于社会生产的各个领域,尤其是在超声领域及电子科学技术领域中,压电陶瓷材料已逐渐处于绝对的支配地位,如医学及工业超声检测、水声探测、压电换能器、超声马达、显示器件、电控多色滤波器等。
1.压电陶瓷性能1.1压电性压电陶瓷最大的特性是具有正压电性和逆压电性。
正压电性是指某些电介质在机械外力作用下,介质内部正负电荷中心发生相对位移而引起极化,从而导致电介质两端表面内出现符号相反的束缚电荷。
反之,当给具有压电性的电介质加上外电场时,电介质内部正负电荷中心不但发生相对位移而被极化,同时由于此位移而导致电介质发生形变,这种效应称之为逆压电性。
1.2介电性能材料在电场作用下，表现出对静电能的储蓄和损耗的性质，通常用介电常数（ε r ）和介质损耗（tanδ）来表示。
当在两平板之间插入一种介质（材料）时，电容C将增加，此时电容 C与真空介质时该电容器的电容量 C0的比即为相对介电常数k：k＝C/C＝ (εA/d)/（ε0A/d）＝ε/ε（ε—真空介电常数：8.854×10－12F/m）当一个正弦交变电场V＝Vexpiωt施加于一介电体上时，电荷随时间而变化而产生了电流Ic， Ic在无损耗时比 V 超前90°。
但实际是有损耗的。
有损耗时，总电流超前电压不再是90°而是90°-δ。
压电陶瓷的工作原理及其应用
压电陶瓷的工作原理及其应用1. 什么是压电陶瓷嘿，朋友们，今天咱们就聊聊一个神奇的材料——压电陶瓷。
乍一听这个名字，可能会让你觉得有点高大上，但其实它可比你想的要简单有趣多了！压电陶瓷是一种能够把机械压力转化为电能的陶瓷材料。
听着是不是感觉像魔法？其实，这就是科学的魅力所在！它们就像是“电力小精灵”，无论我们是用手一碰，还是给它施加点压力，它们就能乖乖地输出电流，太神奇了吧！1.1 工作原理说到工作原理，咱们就要提到“压电效应”了。
简单来说，压电效应就是那些陶瓷在受到压缩时，内部的分子结构发生了变动，从而产生电荷。
这种原理就像我们玩橡皮泥，捏捏搓搓后，形状有了变化，当然，压电陶瓷一旦受到力的作用，电流便会流动起来！所以乍一看，这可不是一个传统的电池，但说它是一个“力”的发电机，应该是无可厚非的。
同样，它也能反向运作——当施加电压时，陶瓷会发生微小的形变，变得扭来扭去，宛如小舞者一样，摸起来可是特别有趣哦。
1.2 材料构成说到这里，有人可能会好奇，压电陶瓷到底是什么“做”的呢？实际上，它们一般是由一种叫做钛酸铅或锆钛酸铅的化合物制成的。
这些材料在高温下经过特殊处理，就能形成压电特性。
嘿，这听起来是不是好像科学实验室里那些复杂的步骤？别担心，这只是为我们赠送了这些神奇小玩意的“开机”密码！而且，压电陶瓷的种类也很多，像是单晶压电材料、陶瓷复合材料等等，各种各样的人才齐上阵，因为不同的应用需求，各有所长嘛。
2. 压电陶瓷的应用说完了原理，咱们再聊聊这些压电陶瓷到底能在哪儿派上用场。
其实，咱们的日常生活中，很多地方都藏着它们的身影哦。
比如说——声纳和麦克风，这些小玩意能把声波转化成电信号，或者把电信号转化为声波，而其中的关键材料就是压电陶瓷。
是不是感觉涨知识了呢？此外，在医疗器械中，超声波诊断仪也是用得上压电陶瓷，通过振动产生声波图像，助医生“大显神通”呢！2.1 家庭中的应用你还知道吗，在咱们的家庭中，压电陶瓷其实也贡献了不少力量呢！比如常见的点火器，尤其是在烧烤的时候，叮的一声，火就起来了，这可全靠压电陶瓷的的“点石成金”之功。
压电陶瓷综述
摘要:本文综述了无铅压电陶瓷研究开发的相关进展,着重介绍了钙钛矿结构无铅压电陶瓷(包括BaTiO3(BT)基无铅压电陶瓷、Bi1/2Na1/2TiO3(BNT)基无铅压电陶瓷、碱金属铌酸盐K1/2Na1/2NbO3(KNN)基无铅压电陶瓷)、钨青铜结构无铅压电陶瓷及铋层状结构无铅压电陶瓷等不同陶瓷种类的相关体系、制备方法及压电铁电性能,并根据相关性能参数分析了无铅压电器件的应用领域,最后对其发展前景进行了展望。
关键词:无铅压电陶瓷;钙钛矿结构;钨青铜结构;铋层状结构1引言压电陶瓷作为一种将机械能与电能相互转换的重要功能材料,因具有稳定的化学特性、优异的物理性能、易于制备各种形状和任意极化方向的材料特性,广泛应用于基于压电等效电路的振荡器、滤波器和传感器,各种类型的水声、超声、电声换能器等,遍及日常生活、工业生产以及军事等领域[1]。
随着电子信息技术的飞速发展,现在对电子元器件的小型化、功能化、低成本、高稳定性的要求更高,压电陶瓷材料及其应用研究也正在加深,期望得到具有性能好、品种多、增值高、污染少等优点的压电陶瓷材料。
目前大规模使用的压电陶瓷材料主要是性能优异的以PZT为基的二元系及多元系陶瓷,但是PbO(或Pb3O4)含量约占其原料总量的70%左右,PbO有毒、高温下具有挥发性,在材料的制备过程中不仅危害环境,而且使其化学计量式偏离了计算配方,进而使产品一致性和重复性降低,导致陶瓷性能下降。
另外,含铅器件废弃后也会给人类及生态环境带来危害,如果将其回收实施无公害处理,所需成本将很高,甚至远高于当初器件的制造成本[2]。
因此,不管是为了满足市场需求,还是出于保护环境,压电陶瓷材料的无铅化是必然趋势 ,进行无铅压电陶瓷及其应用的研究开发将是一个具有现实意义的课题。
2无铅压电陶瓷概况无铅压电陶瓷,也称为环境协调压电陶瓷,要求陶瓷材料既具有尽可能高的压电性能又具有良好的环境协调性。
从20世纪60年代起国内外的科研人员就开始了对铌酸盐和钛酸盐为主的钙钛矿结构无铅压电陶瓷的研究。
压电陶瓷及其应用综述
压电陶瓷及其应用一. 概述压电陶瓷是一种具有压电效应的多晶体，由于它的生产工艺与陶瓷的生产工艺相似（原料粉碎、成型、高温烧结）因而得名。
某些各向异性的晶体，在机械力作用下，产生形变，使带电粒子发生相对位移，从而在晶体表面出现正负束缚电荷，这种现象称为压电效应。
晶体的这种性质称为压电性。
压电性是J·居里和P·居里兄弟于1880年发现的。
几个月后他们又用实验验证了逆压电效应、即给晶体施加电压时，晶体会产生几何形变。
1940年以前，只知道有两类铁电体（在某温度范围内不仅具有自发极化，而且自发极化强度的发向能因外场强作用而重新取向的晶体）：一类是罗息盐和某些关系密切的酒石酸盐；一类是磷酸二氢钾盐和它的同品型物。
前者在常温下有压电性，技术上有使用价值，但有易溶解的缺点；后者要在低温（低于—14 C）下才有压电性，工程使用价值不大。
1942-1945年间发现钛酸钡（BaTiO）具有异常高的介电常数，不久又发现它具有压电性，BaTi O压电陶瓷的发现是压电材料的一个飞跃。
这以前只有压电单晶材料，此后出现了压电多晶材料——压电陶瓷，并获得广泛应用。
1947年美国用BaTiO陶瓷制造留声机用拾音器，日本比美国晚用两年。
BaTiO存在压电性比罗息盐弱和压电性随温度变化比石英晶体大的缺点。
1954年美国B·贾菲等人发现了压电PbZrO-PbTiO(PZT)固溶体系统，这是一个划时代大事，使在BaTiO时代不能制作的器件成为可能。
此后又研制出PLZT透明压电陶瓷，使压电陶瓷的应用扩展到光学领域。
迄今，压电陶瓷的应用，上至宇宙开发，下至家庭生活极其广泛。
我国对压电陶瓷的研究始于五十年代末期，比国外晚10年左右，目前在压电陶瓷的试制、工业生产等方面都已有相当雄厚力量，有不少材料已达到或接近国际水平。
二. 压电陶瓷压电性的物理机制压电陶瓷是一种多晶体，它的压电性可由晶体的压电性来解释，晶体在机械力作用下，总的电偶极矩（极化）发生变化，从而呈现压电现象、因此压电性与极化，形变等有密切关系。
压电陶瓷概论
关于压电陶瓷的研究压电材料是指具有压电效应，能够实现电能与机械能相互转换的晶体材料，受到压力作用时会在两端面间出现电压，进而表现出压电效应。
而压电效应是法国物理学家P. 居里和J.居里兄弟在1880年发现的。
当他们把重物放在石英晶体上，晶体某些表面会产生电荷，电荷量与压力成比例，这就是压电效应。
随后，居里兄弟又发现了逆压电效应，即在外电场作用下压电体会产生形变。
压电效应的机理是：具有压电性的晶体对称性较低，当受到外力作用发生形变时，晶胞中正负离子的相对位移使正负电荷中心不再重合，导致晶体发生宏观极化，而晶体表面电荷面密度等于极化强度在表面法向上的投影，所以压电材料受压力作用形变时两端面会出现异号电荷。
反之，压电材料在电场中发生极化时，会因电荷中心的位移导致材料变形。
压电陶瓷是一种具有压电性能的多晶体压电材料，能够将机械能和电能互相转换的信息功能陶瓷材料。
其具有价格低廉、易于批量生产等优点，已被广泛应用于社会生产的各个领域,尤其是在超声领域及电子科学技术领域中,压电陶瓷材料已逐渐处于绝对的优势支配地位,如医学及工业超声检测、水声探测、压电换能器、超声马达、显示器件、电控多色滤波器等。
压电陶瓷的用途非常广泛，利用压电陶瓷能够实现电能与机械能的转换的特点，人们制造出了声音转换器、压电打火机、超声波换能器等。
像拾音器、传声器、耳机、蜂鸣器、超声波探深仪、声纳、材料的超声波探伤仪等都可以用压电陶瓷做声音转换器。
如儿童玩具上的蜂鸣器就是电流通过压电陶瓷的逆压电效应产生振动，而发出人耳可以听得到的声音。
压电陶瓷通过电子线路的控制，可产生不同频率的振动，从而发出各种不同的声音。
例如电子音乐贺卡，就是通过逆压电效应把交流音频电信号转换为声音信号。
现在煤气灶上用的一种新式电子打火机，就是利用压电陶瓷制成的。
只要用手指压一下打火按钮，打火机上的压电陶瓷就能产生高电压，形成电火花而点燃煤气，可以长久使用。
所以压电打火机不仅使用方便，安全可靠，而且寿命长，例如一种钛铅酸铅压电陶瓷制成的打火机可使用100万次以上。
压电陶瓷简介介绍
02
压电陶瓷具有高灵敏度、高可靠性、高稳定性等优点，因此在
声纳、医学成像、雷达、电子乐器等领域得到广泛应用。
压电陶瓷在军事、航空航天、环境监测等领域也有着不可替代
03
的作用。
目前存在的问题及解决方案
01
02
03
压电陶瓷的机电转换效 率较低，且在高温、高 湿等恶劣环境下性能不 稳定，影响了其应用范
围。
压电陶瓷的主要类型
根据材料组成和晶体结构，压电陶瓷主要分为以下几类
1. 钙钛矿结构压电陶瓷：如钛酸钡（BaTiO3）和锆钛酸 铅（Pb（Zr,Ti）O3）等。
2. 钨青铜结构压电陶瓷：如铌镁酸铅（Pb（ Mg1/3,Nb2/3）O3）和铅锌酸铅（Pb（Zn1/3,Nb2/3 ）O3）等。
3. 铋层状结构压电陶瓷：如铋镁酸铅（Pb（ Bi1/2,Mg1/2）O3）和铋锌酸铅（Pb（Bi1/2,Zn1/2） O3）等。
表面涂层
通过涂层技术对压电陶瓷 表面进行改性处理，以提 高其耐腐蚀性和机械强度 等性能。
04
压电陶瓷的性能参数及测试方法
压电陶瓷的性能参数及测试方法
• 压电陶瓷是一类具有压电效应的功能陶瓷材料。压电陶瓷的特 性在于其能够将机械能转换为电能，或者将电能转换为机械能 。这种材料在制造传感器、换能器、发电机等方面具有广泛的 应用。
广泛应用于清洗精密零件、光学 元件、电子元件等。
超声波探伤
压电陶瓷作为换能器，将电能 转换为超声波，通过检测反射 回来的超声波判断物体内部的 缺陷。
可用于检测金属、非金属等材 料内部缺陷。
检测结果受物体表面状态、材 料性质、缺陷类型等多种因素 影响。
医学诊断
压电陶瓷制成的超声波探头，可 用于医学诊断，如B超、彩超等
压电陶瓷
七、排塑：目的是将制粒时加入的粘合剂从毛坯中除掉。
应用
主要用途
常见运用
1、声音转换器声音转换器是最常见的应用之一。像拾音器、传声器、耳机、蜂鸣器、超声波探深仪、声纳、 材料的超声波探伤仪等都可以用压电陶瓷做声音转换器。如儿童玩具上的蜂鸣器就是电流通过压电陶瓷的逆压电 效应产生振动，而发出人耳可以听得到的声音。压电陶瓷通过电子线路的控制，可产生不同频率的振动，从而发 出各种不同的声音。例如电子音乐贺卡，就是通过逆压电效应把交流音频电信号转换为声音信号。
压电陶瓷
具有压电特性的电子陶瓷材料
01 基本释义
03 物质组成
目录
02 发展历史 04 特性
05 原理
07 应用
目录
06 制造工艺
压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的信息功能陶瓷材料-压电效应，压电陶瓷除具有压电性外，还 具有介电性、弹性等，已被广泛应用于医学成像、声传感器、声换能器、超声马达等。压电陶瓷利用其材料在机 械应力作用下，引起内部正负电荷中心相对位移而发生极化，导致材料两端表面出现符号相反的束缚电荷即压电 效应而制作，具有敏感的特性，压电陶瓷主要用于制造超声换能器、水声换能器、电声换能器、陶瓷滤波器、陶 瓷变压器、陶瓷鉴频器、高压发生器、红外探测器、声表面波器件、电光器件、引燃引爆装置和压电陀螺等，除 了用于高科技领域，它更多的是在日常生活中为人们服务，为人们创造更美好的生活而努力。
其中u12为压电能，u1为弹性能，u2为介电能。
经过极化了的压电陶瓷片的两端会出现束缚电荷,所以在电极表面上吸附了一层来自外界的自由电荷。当给陶 瓷片施加一外界压力F时，片的两端会出现放电现象。相反加以拉力会出现充电现象。这种机械效应转变成电效应 的现象属于正压电效应。
压电陶瓷片的原理及特性
压电陶瓷片的原理及特性
压电陶瓷片是一种具有压电效应的陶瓷材料，其原理基于压电效应的物理特性。
压电效应是指在某些材料中，当这些材料受到力或压力作用时，会产生电荷分离，从而产生电势差。
具体来说，压电陶瓷片由许多微小的、高度有序排列的、带电荷的晶体单元组成。
在正常情况下，这些电荷平衡分布，不存在净电荷。
当外力或压力作用于压电陶瓷片上时，晶体单元会被压缩或拉伸，导致电荷的不平衡。
这种不平衡的电荷分布产生了一个电势差，即压电效应。
压电陶瓷片具有以下特性：
1. 压电效应：压电陶瓷片可以将机械能转化为电能，或者将电能转化为机械能。
当外力施加到陶瓷片上时，它会产生电势差，可以用作传感器或驱动器件。
2. 快速响应：压电陶瓷片的响应速度很快，可以在微秒级别做出响应。
这使得它在一些需要快速反应的应用中非常有用。
3. 宽频响范围：压电陶瓷片可以在较宽的频率范围内工作，从几赫兹到几百兆赫兹。
这使得它在声波传感、振动控制等领域有广泛的应用。
4. 高机械品质因数：压电陶瓷片具有较高的机械品质因数，即能量在压电材料中的耗散程度很低。
这意味着它可以高效地转换电能和机械能，并具有良好的能量转移特性。
5. 耐高温性：压电陶瓷片具有较高的耐高温性能，可以在高温环境下使用。
这使得它在一些特殊应用场景中具备优势。
综上所述，压电陶瓷片通过压电效应将机械能转化为电能或将电能转化为机械能。
它具有快速响应、宽频响范围、高机械品质因数和耐高温性等特点，广泛应用于声学、振动控制、传感器及驱动器件等领域。
压电陶瓷基本知识培训材料
机械品质因数
反映压电陶瓷在振动过程 中能量损耗的大小，影响 压电器件的工作效率。
化学稳定性及耐腐蚀性
化学稳定性
压电陶瓷在常温下具有良 好的化学稳定性，不易与 酸碱等化学物质发生反应。
耐腐蚀性
压电陶瓷能够抵抗一定程 度的腐蚀，但在强酸强碱 等极端环境下可能会受到 损坏。
温度稳定性
在一定温度范围内，压电 陶瓷的性能保持稳定，超 出该范围可能会导致性能 下降。
技术水平
国内压电陶瓷技术水平不断提升，部分产品性能已接近或 达到国际先进水平，但高端产品研发和生产能力仍有差距。
产业链完整性
国内压电陶瓷产业链相对完整，涵盖了原料、生产设备、 产品研发、生产及应用等环节，但部分关键原材料和高端 生产设备仍依赖进口。
政策法规影响因素分析
产业政策
国家出台了一系列支持新材料产业发展的政策，为压电陶瓷产业 提供了良好的政策环境。
换能器领域
压电陶瓷可将电能转换为声能或机 械能，用于制作扬声器、超声换能 器等音频设备，以及超声清洗、超 声焊接等工业应用。
市场需求及前景
市场需求
随着智能化、自动化技术的不断发展，压电陶瓷在传感器、 驱动器等领域的需求不断增长。同时，新能源、环保等领域 的快速发展也为压电陶瓷的应用提供了新的机遇。
成型设备包括压力机、注浆机、流延机等，用于将原料加工成所需形状的坯体。
烧结过程控制要点
温度控制
精确控制烧结温度，避免温度过 高或过低导致陶瓷性能下降。
气氛控制
根据陶瓷材料特性，选择合适的 烧结气氛，如空气、氧气或还原
气氛等。
时间控制
控制烧结时间，确保陶瓷坯体充 分致密化，同时避免过度烧结导
致性能劣化。
压电陶瓷基本知识概要
石英晶体和压电陶瓷的比较
➢ 石英晶体：一种单晶体，本身具有压电效应，居里点温度高（高达573℃），稳定性好，精度高( 精度可以达到小数点后六位数)，无热释电现象，工艺简单。但压电常数小，成本高（相同的频点 ，石英要高4～10倍以上）。
压电陶瓷的主要性能参数
对于正和逆压电效应来讲，d在数值上是相同的，即有关系：
对于企图用来产生运动或振动（例如，声纳和超声换能器）的材料来说，希望具有大的压电 应变常数d。
常用的为横向压电系数d31和纵向压电系数d33（脚标第一位数字表示压电陶瓷的极化方向； 第二位数字表示机械振动方向）。
电荷灵敏度Kq和电压灵敏度Ku分别为：
压电陶瓷的基本概念 ➢ 压电效应的本质
F
－－－－－
－
＋＋＋＋＋ Ｅ
极化方向
－－－－－ ＋＋＋＋＋ ＋
正压电效应示意图
（实线代表形变前的情况，虚线代表形变后 的情况）
正压电效应本质：机械作用引起介质极化。 逆压电效应的本质：电场作用引起介质极化。
－－－－－－
＋＋＋＋＋＋
电
极化 方向
场 方
向
－－－－－－
➢ 压电陶瓷：一种多晶体，需要极化后才具有压电效应，压电常数大，成本低。但居里点温度低 (120～360℃)，精度低(精度只能满足到小数点后三位),制作工艺较为复杂，稳定性不如石英晶体 ，有热释电现象，会给传感器带来热干扰。
➢ 两者都只能作动态测量。由于外力作用在压电元件上产生的电荷只有在内部无漏损或外接负载RL 趋于无穷大时，其受力后产生的电荷才能保持，这实际上是不可能的。只有外力不断变化或高频 作用下，电荷才能得以补充，因此从这个意义上讲，压电晶体不适合静态测量。
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关于压电陶瓷的研究压电材料是指具有压电效应，能够实现电能与机械能相互转换的晶体材料，受到压力作用时会在两端面间出现电压，进而表现出压电效应。
而压电效应是法国物理学家P. 居里和J.居里兄弟在1880年发现的。
当他们把重物放在石英晶体上，晶体某些表面会产生电荷，电荷量与压力成比例，这就是压电效应。
随后，居里兄弟又发现了逆压电效应，即在外电场作用下压电体会产生形变。
压电效应的机理是：具有压电性的晶体对称性较低，当受到外力作用发生形变时，晶胞中正负离子的相对位移使正负电荷中心不再重合，导致晶体发生宏观极化，而晶体表面电荷面密度等于极化强度在表面法向上的投影，所以压电材料受压力作用形变时两端面会出现异号电荷。
反之，压电材料在电场中发生极化时，会因电荷中心的位移导致材料变形。
压电陶瓷是一种具有压电性能的多晶体压电材料，能够将机械能和电能互相转换的信息功能陶瓷材料。
其具有价格低廉、易于批量生产等优点，已被广泛应用于社会生产的各个领域,尤其是在超声领域及电子科学技术领域中,压电陶瓷材料已逐渐处于绝对的优势支配地位,如医学及工业超声检测、水声探测、压电换能器、超声马达、显示器件、电控多色滤波器等。
压电陶瓷的用途非常广泛，利用压电陶瓷能够实现电能与机械能的转换的特点，人们制造出了声音转换器、压电打火机、超声波换能器等。
像拾音器、传声器、耳机、蜂鸣器、超声波探深仪、声纳、材料的超声波探伤仪等都可以用压电陶瓷做声音转换器。
如儿童玩具上的蜂鸣器就是电流通过压电陶瓷的逆压电效应产生振动，而发出人耳可以听得到的声音。
压电陶瓷通过电子线路的控制，可产生不同频率的振动，从而发出各种不同的声音。
例如电子音乐贺卡，就是通过逆压电效应把交流音频电信号转换为声音信号。
现在煤气灶上用的一种新式电子打火机，就是利用压电陶瓷制成的。
只要用手指压一下打火按钮，打火机上的压电陶瓷就能产生高电压，形成电火花而点燃煤气，可以长久使用。
所以压电打火机不仅使用方便，安全可靠，而且寿命长，例如一种钛铅酸铅压电陶瓷制成的打火机可使用100万次以上。
采用大功率发射型压电陶瓷制作的超声波换能器是一种能把高频电能转化为机械能的装置，适用于用于超声波焊接设备以及超声波清洗设备。
超声波换能器作为能量转换器件，它的功能是将输入的电功率转换成机械功率（即超声波）再传递出去，而它自身消耗很少的一部分功率。
压电陶瓷除了在生活生产中有广泛应用，在军事装备与国防建设方面也有广泛的应用。
如自从第一次世界大战中英军发明了坦克，并首次在法国索姆河的战斗中使用而重创了德军后，坦克在多次战斗中大显身手。
然而到了20世纪六七十年代，由于反坦克武器的发明，坦克失去了昔日的辉煌。
反坦克炮发射出的穿甲弹接触坦克，就会马上爆炸，把坦克炸得粉碎。
这是因为弹头上装有压电陶瓷，它能把相碰时的强大机械力转变为瞬间高电压，爆发火花而引爆炸药。
除此之外，压电陶瓷还是制造声纳的材料。
在海战中，最难对付的是潜艇，它能长期在海下潜航，神不知鬼不觉地偷袭港口、舰艇，使敌方大伤脑筋。
如何寻找敌潜艇？靠眼睛不行，用雷达也不行，因为电磁波在海水里会急剧衰减，不能有效地传递信号，探测潜艇靠的是声纳------水下耳朵。
，它发出超声波，遇到潜艇便反射回来，被接收后经过处理，就可测出敌潜艇的方位、距离等。
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，即PbTiO3–PbZrO3、PbTiO3–PbZrO3–ABO3(ABO3为复合钙钛矿型铁电体)及PbTiO3系压电陶瓷等铅系压电陶瓷具有优异的压电性能，并且可以通过掺杂取代来调节其性能以满足不同需求，但是这些陶瓷材料中PbO(或Pb3O4)的质量约占60%左右。
铅基压电材料在生产、使用及废弃后的处理过程中都会给人类及生态环境带来严重危害，溶解在酸雨中的铅可以通过水和动植物而直接或间接地侵入人体，从而影响人的神经系统；因此新型环境友好的压电陶瓷材料已经成为世界发达国家研发的热点材料之一，由于碱金属铌酸盐系材料具有优良的压电性能和机械性能,被认为是很有前途替代PZT的无铅压电材料.在以“竞争和可持续发展”为主题的欧盟第五届框架会议上,9个欧盟国家的合作团体和丹麦的压电陶瓷生产商联合提出把碱金属铌酸盐系材料作为无铅压电陶瓷的一个重要研究方向。
但目前用传统制备工艺制备的(Na0.5K0.5)NbO3陶瓷的压电常数(d33)仅为80 pC/N，机电合系数(k p)为0.36。
热压法能够获得相对密度趋于99%的(Na0.5K0.5)·NbO3陶瓷，其Curie 温度(θc)为420 ℃，d33可达160pC/N，kp为0.45。
此后，由于研究发含铅Pb(Zr x·Li1–x)O3(PZT) 系陶瓷在准同型相界(准同型相界MPB：由于成分不同，在温度-成分相图上，随着成分的改变,相也会发生改变，那么分离两种相的边界就称为准同型相界。
)附近表现出极其优异的压电性能，使含铅PZT 系陶瓷的研究得到长足发展，其研究和应用几乎占领了整个压电陶瓷领域。
与此同时，(Na，K)NbO3基压电陶瓷由于其压电性能低以及身在陶瓷制备过程中存在的一系列问题，其研究早已远远落后于含铅PZT 系陶瓷的。
2004 年，Saito 等在(Na，K)NbO3基无铅压电陶瓷研究领域取得重要突破，即采用反应模板晶粒生长(RTGG)法制备的织构型Li、Ta 和Sb 共掺杂改性的(Na，K)NbO3基无铅压电陶瓷具有和商用PZT4 压电陶瓷相媲美的性能[9]。
然而,KNN压电陶瓷有一个很大的缺点:采用传统陶瓷工艺难以获得致密性良好的陶瓷体.这主要有两个原因:(l)根据KNbo3一NaNbO3的相图可知,KNN的相稳定性被限制在1140oC,>1140oC,KNN将不能以固态形式存在.因此,更高的烧结温度不能达到,这就阻碍了KNN陶瓷体的致密化.(2)由于在烧结过程中NaZO和KZO的挥发,使化学计量比发生偏离,导致产生另外一种杂相K4Nb6O7,当该物质遇到潮湿的环境时,非常容易发生潮解.这些极大地限制了该类材料的应用。
为了克服上述缺陷,国内外学者从添加第二组元、添加烧结助剂、离子取代改性和改善制备技术四个方面对KNN无铅压电陶瓷作了大量研究[2]。
（1）添加第二组元KNbO3和NaNbO3均属钙钛矿结构化合物。
具有钙钛矿结构的复合氧化物材料通式可用ABO3表示，其中A 和 B 代表阳离子。
许多阳离子都可能进入A 位和B 位。
加果加入具有其他结构的化合物,预示着随着所添加化合物含量的变化存在一个相结构的变化,也就是说存在准同型相界。
如KNN-ATiO3陶瓷(A为+2价离子或复合离子;Ti4+离子可被Zr4+等同价离子取代)，将ABO3型的钙钛矿钛酸盐引入KNN中可以形成KNN-ATiO3陶瓷体系。
0. 02~0. 06 molATiO3引入KNN后,降低铁电正交-铁电四方相变温度至室温,形成铁电正交-铁电四方室温共存,从而改善压电性能。
除了ATiO3型钙钛矿钛酸盐外,A位含Bi的BMi O3(M 为Sc、Al、Fe等三价离子)化合物也可引入KNN中,降低铁电正交-铁电四方相变温度,形成铁电正交-铁电四方室温共存,从而得到高压电性能的KNN基陶瓷。
又如BaTiO3掺杂的KNN-BNT 基无铅压电陶瓷（记为KNN-BNT+xBT）当x ≤3% 时，陶瓷的主晶相为正交钙钛矿结构；当x≥5% 时，陶瓷的主晶相变成了四方钙钛矿结构，并且当x=9% 时，完全转化为四方相。
说明了KNN-BNT+xBT陶瓷的准同型相界（MPB）位于3% ＜x ＜5% 处[4]。
（2）添加烧结助剂通过添加烧结助剂,在烧结过程中出现液相,是降低烧结温度的一种有效的方法.液相烧结中的晶粒重排、强化接触可提高晶界迁移率,使气孔充分排出,促进晶粒的发育,提高瓷体致密度,达到降低烧结温度的目的.但是这些液相在烧结的后期会留在陶瓷体的晶界,恶化材料的介电和压电性能所以,为了降低烧结温度,同时又保持好的压电性能,必须选择合适的烧结助剂,使其在烧结的中间阶段存在液相,烧结后期全部进入晶粒,与基体材料完全形成固溶体。
目前，关于CuO和ZnO作为KNN墓无铅压电陶瓷烧结助剂的研究最多。
采用传统工艺制备了CuO掺杂的无铅压电陶瓷(Na0.66K0.34)NbO3 ,CuO掺杂促进了晶粒生长,降低了样品的烧结温度,适量掺杂能够显著提高陶瓷样品的密度。
当掺杂量为0.5%(摩尔分数)时,样品的密度为4.26g/cm3,品质因子Qm提高到400,介电损耗tanD降低至0.8%。
CuO掺杂使得陶瓷变硬,起到硬性添加剂的作用。
随着CuO掺杂量的增加,样品的居里点(TC)、正交-四方相变温度(TT-O)、压电常数d33以及机电耦合系数k p均明显降低,而矫顽场显著增加。
对于不掺杂的(Na0.66K0.34)NbO3陶瓷,其d33高达107pC/N,该陶瓷优异的压电性能表明,除了具有准同型相界结构的(Na0.5K0.5)NbO3外,(Na0.66K0.34)NbO3也是一种具有研究潜力的无铅压电陶瓷组分[5]。
（3）离子取代离子取代主要指A 位和B 位离子掺杂。
尽管通过改善烧结工艺和添加烧结助剂的方法获得高致密度的(Na0.5K0.5)NbO3陶瓷体，但其压电性能还是偏低。
近年来，对(Na0.5K0.5)NbO3陶瓷进行A 位、B 位掺杂的研究取得了长足进步，制备出压电性能优良的(Na0.5K0.5)NbO3基复合陶瓷新体系。
目前，A 位、B位离子复合掺杂(Na0.5K0.5)NbO3陶瓷的研究是报道最多的，其中，如果A 位离子掺杂Li+或Ag+，则B位离子可以是Ta5+或Sb5+。
如在Li、Sb、Ta 共掺杂的KNN 基无铅压电陶瓷(Na0.52K0.44Li0.04)(Nb1-x-y Sb x Ta y)O3中，当固定y=0.04时，调节x=0~0.10，随Sb 含量的增加，体系从正交相转变为四方相，最后向赝立方相转变，其中在x=0.03 附近存在一个多晶相转变晶界。
当固定x=0.05 时，调节y=0~0.07，随Ta 含量的增加，体系保持均一的四方钙钛矿结构，且均具有较优的压电性能，其中，在x=0.05，y=0.06 的组分附近时，性能达到最优，d33为334 pC/N，Kp~0.35[6]。
（4）制备工艺研究人员除了通过添加烧结助剂，增加陶瓷的致密性以外，还有人研究通过优化制备工艺来增加陶瓷的致密性，如热压烧结、放电等离子烧结和反应模板定向生长法等。
但目前比较常用的还是传统固相烧结法，应为该方法比较简便，而且比较经济。
传统固相烧结法制备压电陶瓷的主要七步。
1）配料：根据化学计量配比称量各种原料粉末。
2）混合：将配好的原料粉末装入ZrO2研磨罐，研磨介质为无水乙醇（46.07g/mol）。