无铅压电陶瓷的制备与性质
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收稿日期: 2007- 03- 05 * 基金项目: 广东省自然科学基金重点项目 ( 020951)
作者简介: 庄志强 ( 1945-), 男, 教授 , 博士 生导师, 主 要从 事信息功能材料与 电子元器件的 研究. E-m a i:l tszhuang@ scu t. edu. cn
已经做了大量的工作. 目前在国际和国内的电子产 品制造中应用量大、面广 的焊料和陶瓷电容器 ( 包 括瓷料和电极浆料 ) 已经基本实现了无铅化, 其它 无铅铁电、压电等材料也一直在努力探索中.
目前 研究 的 无 铅 压电 陶 瓷 主 要 包括 钛 酸 钡 ( BT )基无铅压电陶瓷、铋层状结构无铅压电陶瓷、
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华 南 理 工 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 )
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第 35卷
钛酸铋钠 ( B i0 5 N a0 5 ) T iO3 ( BNT )基无铅压电陶瓷和 铌酸盐系无铅压电陶瓷. BT 基无铅压电陶瓷是指以 BT 为基通过固溶第二组元或者通过掺杂改性来提 高其压电性能, 以满足一定的应用要求. 例如, 在 BT 中固溶 了锆酸 钡 ( BZ ) 形成 了固 溶体 的锆钛 酸钡 ( BZT ) 陶瓷的压电常数 ( d33 ) 可达 300 pC /N 以上. BT 基压电陶瓷的研究和应用曾经大大地促进了铁 电、压电材料的研究和发展. 但是由于 BT 的居里温 度比较低, 难以通过掺杂改性提高材料的压电性能, 稳定性不如 PZT, 同时必须在比较高的温度下烧结, 直接取代铅基压电陶瓷比较困难. 早期一般在水听 器领域获得应用 [ 9] . 铋层状结构无铅压电陶瓷中的 B i层结构一般由二维的钙钛矿相和 ( B i2 O2 ) 2 + 层按 照一定空间规则交替排列而成. 铋层状结构无铅压 电陶瓷的主要特点 [ 10] 是: 介电常数 ( K ) 低, 居里温 度 (T C ) 高, 存在明显的压电各向异性, 老化率低. 但 是, 由于其需要极化电场强度比较高和压电效应低, 例如, EM B i4T i4 O15陶瓷 ( 其中 EM 代表硷土 金属 ) 的 典型性能为: T C = 800 , K = 130~ 149, d33 = 7 ~ 20 pC /N, 平面机电耦合系数 ( kp ) 约为 0 05, 因而限 制了它的应用, 一般只 适宜在静水压 环境下使用. BNT 基无铅压电陶瓷是以 BNT 为基发展起来的一 类无铅压电陶瓷 [ 11-13] . BNT 是 1960 年由 Sm o lensky 等人合成和发现的复合钙钛矿结构铁电体, 室温时 属于三方晶系, 居里温度为 320 . 高密度 BNT 有较 高的剩余极化强度 ( P r = 38 C / cm2 ) , 较高的纵向机 电耦合系数 ( k33, 在 40% 左右 ) , 介电常数比较小和 声学匹配特性较佳等特点. 但是, 除了 N a在加工过 程中容易吸潮难以保证组成化学计量和烧结温度范 围比较窄之外, 由于娇顽场强高达 73 kV / cm 使陶瓷 难于极化, 因此纯 BNT 难以获得应用. 近年来人们 通过掺杂改性的方法解决了上述问题, 制备出若干 性能比较好的无铅 BNT 基压电陶瓷系统. 其典型特 性包括: T C = 250~ 350 , d33 = 70~ 181 pC /N, kp = 10% ~ 36% , 机电品质因数 ( Q m ) 约为 100. 日本在 BNT 陶瓷的改性和加工方面的研究处于领先地位. 前些年我国的大部分研究力量主要集中在这个研究 领域, 但是性能上并未取得明显突破. 所以, BNT 基 无铅压电陶瓷虽然得到了比较充分的研究, 也取得 了进展, 却仍然未能得到工业应用.
第 35卷 第 10期 2007年 10月
华南理工大学学报 ( 自然科学版 ) Journa l o f South C hina U niversity o f T echno log y
( N atura l Science Edition)
V o .l 35 N o. 10 O ctober 2007
成完全固溶体, 在单斜晶相 - 四方晶相相变温度附近出现单斜晶相与四方晶相共存的情
形. 文中还讨论了 T a组分对材料介电常 数温度特性、压电性质 的影响. 当 x = 17% 时,
LNKNT 陶瓷 的压 电 常 数、平 面机 电 耦 合系 数 和 介 电常 数 分 别 为 235 pC /N、0 49 和
1 样品制备与性能表征
实验中 用 电子 级 N a2 CO3 ( 99 8% )、K2 CO 3
( 98 0% ) 、L i2 CO3 ( 97 0% ) 、N b2 O5 ( 99 0% )、 T a2O 5 ( 99 99% ) 为 原 料. 按 照 配 方 组 成 分 子 式 L iy ( N a0 5 K0 )5 1-y ( N b1-x T ax ) O3 ( LNKNT, 其 中 x 和 y 分别表示 T a和 L i组分, x 和 y 分别为 0 10( 摩尔分 数, 以下同 ) 、0 15、0 16、0 17、0 18、0 20 和 0 1 ~ 0 6) 进行配方计 量, 称料 经过 3 h 干法 混料后, 在 850 进行预合成; 合成粉体加入粘合剂造粒后在 8M P a压力下压成厚 1 0~ 1 2mm、直径 13 4mm 的 生坯片, 排胶后于 1050~ 1 200 温度下在大气中烧 结 1~ 2h; 样品烧上银电极后在 2 5~ 4 kV /mm 直流 场强下在 120 的硅油中进行极化 20~ 30m in, 供压 电特性测量. 其中, d33用准静态 d33测量 仪测量, kp 用 H P4194A阻抗分析仪通过谐振 - 反谐振法测量, 用 H P4278A 型 LCR仪测得样品在 1 kH z时的介电
压电与铁电陶瓷作为一种重要的电、力、热、光 敏感功能材料, 已经在传感器、超声换能器、微位移 器和其它电子元器件等方面有着广泛的应用 [ 2-8] . 目 前, 使用的压电陶瓷主要以 Pb( Zrx T i1-x )O3 ( PZT ) 为 基材料, 其压电性能大大优越于其它压电陶瓷材料, 而且可以通过掺杂改性和工艺控制在很大的范围内 调节材料的电学和物理特性, 以满足各种应用需求. 然而, 目前获得工业应用的压电、铁电陶瓷, 包括弛 豫铁电陶瓷, 主要是含铅陶瓷, 其中氧化铅的含量约 占材料总质量的 60% 以上. 可见, 含铅压电陶瓷材 料, 在材料加工过程、储运、元件制造、使用及其废弃 物处理过程中, 都容易对环境和人类造成严重危害. 因此, 研究和开发压电、铁电陶瓷等无铅电子陶瓷材 料是近年来研究与开发的重要方向和热点课题.
无铅压电陶瓷的研究与开发. 文中在目前无铅压电陶瓷研究的基础上, 进行了 T a、L i固溶
改性铌酸钾钠无铅压电陶瓷 ( LNKNT ) 的制备和性质的研究. 根据 XRD 分析, 当 T a组分
( x )为 10% ~ 20% 时, LNKNT 陶瓷室温相为单斜晶系钙钛矿相; 当 x = 17% 和 20% 时, 形
2 结果与讨论
2. 1 LNKNT 陶瓷的介电特性
图 1是 L iy ( N a0 5K 0 )5 1-y ( N b1-x T ax ) O3 ( 其中 y < 6% )陶瓷的介电常数随温度变化 ( 介温 ) 曲线. 各样 品的介温曲线均出现两个相变峰. 随着 T a组分 x 的 增加, 居里温度向低温方向移动, 说明 T a已经固溶 进入 B位形成新固溶体, 且随着 T a组分的增加, 居 里温度向低温方向移动得 越多, 可见 T a 在 B 位的 固容量也增大. 同时, T a的 B 位固溶也使单斜晶相 ( M ) - 四方晶相 ( T ) 相变 ( tM-T ) 的相变温度 ( 详见下 文分析 ) 降低. 由图还可见, 随着 T a固溶量增加, 材 料的室温介电常数增加. 在室温至 350 温度范围 内, 介电常数都随着 T a 的固溶量的 增加而全面提 高. 介电常数的提高有利于改善材料的压电特性. 同 时由 图 可见, 当 组 成中 x = 0 时, LNKNT 陶瓷 在 120 附近有明显的相变峰, 相变温度范围比较窄, 相变温度在 120 附近. 当 T a 的组分由 0 10增加 到 0 20时, tM-T相变温度向低温方向移动, 相变温度 范围变宽. 这说明在 tM-T相变温度范围内可能出现 两相共存的情况. 当 x = 0 17时, 相变温度范围已经 移到室温范围内, 在室温介电常数增大的同时提高 了介温稳定性, 有利于改善材料的压电特性和温度 稳定性.
第 10期
庄志强 等: 无铅 压电陶瓷的制备与性质
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常数 (K )的温度特性. 用 Philip 公司 X 射线衍射仪 对陶瓷 烧 结试 样 进行 XRD 分 析 ( 衍射 源 为 铜靶 CuK , 积分时间 0 1 s, 扫描步长 0 02 , 常规扫描速 度为 12 /m in, 管流 30mA, 管压 30kV ).
文章编号: 1000-565X ( 2007) 10- 0105-06
无铅压电陶瓷的制备与性质 *
庄志强 1 黄浩源1 王 歆 1 魏 群2 莫卿具 2
( 1. 华南理工大学 材料科学与工程学院, 广东 广州 510640; 2. 信息产业部 广州通信研究所, 广东 广州 510310)
摘 要: 基于对人类环境的保护和发展环境友好材料与电子产品的要求, 近年来开展了
1 293 5. 该陶瓷材料已经达到工业应用的要求, 目前已被尝试应用于制造压电蜂鸣器.
关键词: 无铅压电陶瓷; 锂; 钽; 铌酸钾钠; X 射线衍射; 介电特性; 压电特性
中图分类号: TQ 174
文献标识码: A
继 2001年之后, 2003年欧盟议会及欧盟委员 会发布了 关于禁止在电器和电子设备中使用某些 有害物质 的 RoH S 指令. 指令规定从 2006年 7月 1日起, 在新投放市场的电气电子设备产品中, 禁止 或限制 使 用 铅 ( Pb )、镉 ( Cd )、汞 ( H g ) 、六 价 铬 ( C r6+ ) 、多溴二苯醚 ( PBDE )和多溴联苯 ( PBB )等 6 种有害物质, 包括在生产过程中以及原材料中可能 含有上述 6种有害物质的电气电子产品. 美国一些 州也相继制订了自己的 R oH S 法规 [ 1] . 我国信息产 业部也相继于 2006年 2月颁布了 电子信息产品污 染防治管理办法 , 拟于 2007年 3月 1日起开始计 划实施. 为了保护地球和人类的生存空间, 防止环境 的污染, 保证可持续发展战略的实施, 十多年来, 国 际和国内在无铅电子产品和材料的研究和开发方面
热压纯铌酸钾钠 ( N a0 5K 0 5 ) N bO3 ( NKN ) [ 有 14-15] 两个相变温度, 分别在 420和 200 处发生立方 - 四 方相变 ( tC-T ) 和四方 - 正交相变 ( tT-O ) . 在接近准同 形相界 ( M PB ) 处, 即在 K /N a的摩尔比为 50 /50 时 的 NKN 组分固溶体有中等介电常数和理想的压电 特性. 但是实验证明, 用一般氧化物固相反应法难以 得到致密的 NKN 陶 瓷烧 结体, 压 电性 能很 低, 如 d33 80 pC /N, kp 36% . 早在 1960年就 用热压或 者静水压热压烧结来制备高密度瓷体. 据报道, 用热 压工艺加工的 NKN 陶瓷密度可以达到理论密度的 99% , TC 高达 420 , d33约为 160pC /N, kp 达到 40% 以上 [ 16] . 也 有用 传统 的 氧化 物固 相 反应 法, 通 过 M g-A 位掺杂或者 Nb过剩形成 A 空位来促进烧结, 或者通过加入其它钙钛矿组分与之形成固溶体或者 用 Spark等离子体烧结方法制备出高性能的无铅压 电陶瓷材料[ 17-18] . 下面介绍和讨论本课题组近年来在 NKN 无铅压电陶瓷改性研究方面的主要研究结果.
就目前的研究情况来看, 铌酸盐系无铅压电陶
瓷是最有应用前景的无铅压 电材料. 经 过 200M Pa 冷静水压成型、在 850 温度下合成和在 1 110 温 度烧结的钙钛矿结构 A 和 B 位固溶改性的铌酸钾 钠 ( K1-x N ax ) N bO3 ( NKN ) 陶瓷的主要介电和压电性 能包括: K = 320~ 800, kp = 12% ~ 36% , d33 = 35 ~ 200 pC /N. 经过掺杂改性该材料系统可能在性能和 应用上会获得大的突破.
作者简介: 庄志强 ( 1945-), 男, 教授 , 博士 生导师, 主 要从 事信息功能材料与 电子元器件的 研究. E-m a i:l tszhuang@ scu t. edu. cn
已经做了大量的工作. 目前在国际和国内的电子产 品制造中应用量大、面广 的焊料和陶瓷电容器 ( 包 括瓷料和电极浆料 ) 已经基本实现了无铅化, 其它 无铅铁电、压电等材料也一直在努力探索中.
目前 研究 的 无 铅 压电 陶 瓷 主 要 包括 钛 酸 钡 ( BT )基无铅压电陶瓷、铋层状结构无铅压电陶瓷、
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华 南 理 工 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 )
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第 35卷
钛酸铋钠 ( B i0 5 N a0 5 ) T iO3 ( BNT )基无铅压电陶瓷和 铌酸盐系无铅压电陶瓷. BT 基无铅压电陶瓷是指以 BT 为基通过固溶第二组元或者通过掺杂改性来提 高其压电性能, 以满足一定的应用要求. 例如, 在 BT 中固溶 了锆酸 钡 ( BZ ) 形成 了固 溶体 的锆钛 酸钡 ( BZT ) 陶瓷的压电常数 ( d33 ) 可达 300 pC /N 以上. BT 基压电陶瓷的研究和应用曾经大大地促进了铁 电、压电材料的研究和发展. 但是由于 BT 的居里温 度比较低, 难以通过掺杂改性提高材料的压电性能, 稳定性不如 PZT, 同时必须在比较高的温度下烧结, 直接取代铅基压电陶瓷比较困难. 早期一般在水听 器领域获得应用 [ 9] . 铋层状结构无铅压电陶瓷中的 B i层结构一般由二维的钙钛矿相和 ( B i2 O2 ) 2 + 层按 照一定空间规则交替排列而成. 铋层状结构无铅压 电陶瓷的主要特点 [ 10] 是: 介电常数 ( K ) 低, 居里温 度 (T C ) 高, 存在明显的压电各向异性, 老化率低. 但 是, 由于其需要极化电场强度比较高和压电效应低, 例如, EM B i4T i4 O15陶瓷 ( 其中 EM 代表硷土 金属 ) 的 典型性能为: T C = 800 , K = 130~ 149, d33 = 7 ~ 20 pC /N, 平面机电耦合系数 ( kp ) 约为 0 05, 因而限 制了它的应用, 一般只 适宜在静水压 环境下使用. BNT 基无铅压电陶瓷是以 BNT 为基发展起来的一 类无铅压电陶瓷 [ 11-13] . BNT 是 1960 年由 Sm o lensky 等人合成和发现的复合钙钛矿结构铁电体, 室温时 属于三方晶系, 居里温度为 320 . 高密度 BNT 有较 高的剩余极化强度 ( P r = 38 C / cm2 ) , 较高的纵向机 电耦合系数 ( k33, 在 40% 左右 ) , 介电常数比较小和 声学匹配特性较佳等特点. 但是, 除了 N a在加工过 程中容易吸潮难以保证组成化学计量和烧结温度范 围比较窄之外, 由于娇顽场强高达 73 kV / cm 使陶瓷 难于极化, 因此纯 BNT 难以获得应用. 近年来人们 通过掺杂改性的方法解决了上述问题, 制备出若干 性能比较好的无铅 BNT 基压电陶瓷系统. 其典型特 性包括: T C = 250~ 350 , d33 = 70~ 181 pC /N, kp = 10% ~ 36% , 机电品质因数 ( Q m ) 约为 100. 日本在 BNT 陶瓷的改性和加工方面的研究处于领先地位. 前些年我国的大部分研究力量主要集中在这个研究 领域, 但是性能上并未取得明显突破. 所以, BNT 基 无铅压电陶瓷虽然得到了比较充分的研究, 也取得 了进展, 却仍然未能得到工业应用.
第 35卷 第 10期 2007年 10月
华南理工大学学报 ( 自然科学版 ) Journa l o f South C hina U niversity o f T echno log y
( N atura l Science Edition)
V o .l 35 N o. 10 O ctober 2007
成完全固溶体, 在单斜晶相 - 四方晶相相变温度附近出现单斜晶相与四方晶相共存的情
形. 文中还讨论了 T a组分对材料介电常 数温度特性、压电性质 的影响. 当 x = 17% 时,
LNKNT 陶瓷 的压 电 常 数、平 面机 电 耦 合系 数 和 介 电常 数 分 别 为 235 pC /N、0 49 和
1 样品制备与性能表征
实验中 用 电子 级 N a2 CO3 ( 99 8% )、K2 CO 3
( 98 0% ) 、L i2 CO3 ( 97 0% ) 、N b2 O5 ( 99 0% )、 T a2O 5 ( 99 99% ) 为 原 料. 按 照 配 方 组 成 分 子 式 L iy ( N a0 5 K0 )5 1-y ( N b1-x T ax ) O3 ( LNKNT, 其 中 x 和 y 分别表示 T a和 L i组分, x 和 y 分别为 0 10( 摩尔分 数, 以下同 ) 、0 15、0 16、0 17、0 18、0 20 和 0 1 ~ 0 6) 进行配方计 量, 称料 经过 3 h 干法 混料后, 在 850 进行预合成; 合成粉体加入粘合剂造粒后在 8M P a压力下压成厚 1 0~ 1 2mm、直径 13 4mm 的 生坯片, 排胶后于 1050~ 1 200 温度下在大气中烧 结 1~ 2h; 样品烧上银电极后在 2 5~ 4 kV /mm 直流 场强下在 120 的硅油中进行极化 20~ 30m in, 供压 电特性测量. 其中, d33用准静态 d33测量 仪测量, kp 用 H P4194A阻抗分析仪通过谐振 - 反谐振法测量, 用 H P4278A 型 LCR仪测得样品在 1 kH z时的介电
压电与铁电陶瓷作为一种重要的电、力、热、光 敏感功能材料, 已经在传感器、超声换能器、微位移 器和其它电子元器件等方面有着广泛的应用 [ 2-8] . 目 前, 使用的压电陶瓷主要以 Pb( Zrx T i1-x )O3 ( PZT ) 为 基材料, 其压电性能大大优越于其它压电陶瓷材料, 而且可以通过掺杂改性和工艺控制在很大的范围内 调节材料的电学和物理特性, 以满足各种应用需求. 然而, 目前获得工业应用的压电、铁电陶瓷, 包括弛 豫铁电陶瓷, 主要是含铅陶瓷, 其中氧化铅的含量约 占材料总质量的 60% 以上. 可见, 含铅压电陶瓷材 料, 在材料加工过程、储运、元件制造、使用及其废弃 物处理过程中, 都容易对环境和人类造成严重危害. 因此, 研究和开发压电、铁电陶瓷等无铅电子陶瓷材 料是近年来研究与开发的重要方向和热点课题.
无铅压电陶瓷的研究与开发. 文中在目前无铅压电陶瓷研究的基础上, 进行了 T a、L i固溶
改性铌酸钾钠无铅压电陶瓷 ( LNKNT ) 的制备和性质的研究. 根据 XRD 分析, 当 T a组分
( x )为 10% ~ 20% 时, LNKNT 陶瓷室温相为单斜晶系钙钛矿相; 当 x = 17% 和 20% 时, 形
2 结果与讨论
2. 1 LNKNT 陶瓷的介电特性
图 1是 L iy ( N a0 5K 0 )5 1-y ( N b1-x T ax ) O3 ( 其中 y < 6% )陶瓷的介电常数随温度变化 ( 介温 ) 曲线. 各样 品的介温曲线均出现两个相变峰. 随着 T a组分 x 的 增加, 居里温度向低温方向移动, 说明 T a已经固溶 进入 B位形成新固溶体, 且随着 T a组分的增加, 居 里温度向低温方向移动得 越多, 可见 T a 在 B 位的 固容量也增大. 同时, T a的 B 位固溶也使单斜晶相 ( M ) - 四方晶相 ( T ) 相变 ( tM-T ) 的相变温度 ( 详见下 文分析 ) 降低. 由图还可见, 随着 T a固溶量增加, 材 料的室温介电常数增加. 在室温至 350 温度范围 内, 介电常数都随着 T a 的固溶量的 增加而全面提 高. 介电常数的提高有利于改善材料的压电特性. 同 时由 图 可见, 当 组 成中 x = 0 时, LNKNT 陶瓷 在 120 附近有明显的相变峰, 相变温度范围比较窄, 相变温度在 120 附近. 当 T a 的组分由 0 10增加 到 0 20时, tM-T相变温度向低温方向移动, 相变温度 范围变宽. 这说明在 tM-T相变温度范围内可能出现 两相共存的情况. 当 x = 0 17时, 相变温度范围已经 移到室温范围内, 在室温介电常数增大的同时提高 了介温稳定性, 有利于改善材料的压电特性和温度 稳定性.
第 10期
庄志强 等: 无铅 压电陶瓷的制备与性质
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常数 (K )的温度特性. 用 Philip 公司 X 射线衍射仪 对陶瓷 烧 结试 样 进行 XRD 分 析 ( 衍射 源 为 铜靶 CuK , 积分时间 0 1 s, 扫描步长 0 02 , 常规扫描速 度为 12 /m in, 管流 30mA, 管压 30kV ).
文章编号: 1000-565X ( 2007) 10- 0105-06
无铅压电陶瓷的制备与性质 *
庄志强 1 黄浩源1 王 歆 1 魏 群2 莫卿具 2
( 1. 华南理工大学 材料科学与工程学院, 广东 广州 510640; 2. 信息产业部 广州通信研究所, 广东 广州 510310)
摘 要: 基于对人类环境的保护和发展环境友好材料与电子产品的要求, 近年来开展了
1 293 5. 该陶瓷材料已经达到工业应用的要求, 目前已被尝试应用于制造压电蜂鸣器.
关键词: 无铅压电陶瓷; 锂; 钽; 铌酸钾钠; X 射线衍射; 介电特性; 压电特性
中图分类号: TQ 174
文献标识码: A
继 2001年之后, 2003年欧盟议会及欧盟委员 会发布了 关于禁止在电器和电子设备中使用某些 有害物质 的 RoH S 指令. 指令规定从 2006年 7月 1日起, 在新投放市场的电气电子设备产品中, 禁止 或限制 使 用 铅 ( Pb )、镉 ( Cd )、汞 ( H g ) 、六 价 铬 ( C r6+ ) 、多溴二苯醚 ( PBDE )和多溴联苯 ( PBB )等 6 种有害物质, 包括在生产过程中以及原材料中可能 含有上述 6种有害物质的电气电子产品. 美国一些 州也相继制订了自己的 R oH S 法规 [ 1] . 我国信息产 业部也相继于 2006年 2月颁布了 电子信息产品污 染防治管理办法 , 拟于 2007年 3月 1日起开始计 划实施. 为了保护地球和人类的生存空间, 防止环境 的污染, 保证可持续发展战略的实施, 十多年来, 国 际和国内在无铅电子产品和材料的研究和开发方面
热压纯铌酸钾钠 ( N a0 5K 0 5 ) N bO3 ( NKN ) [ 有 14-15] 两个相变温度, 分别在 420和 200 处发生立方 - 四 方相变 ( tC-T ) 和四方 - 正交相变 ( tT-O ) . 在接近准同 形相界 ( M PB ) 处, 即在 K /N a的摩尔比为 50 /50 时 的 NKN 组分固溶体有中等介电常数和理想的压电 特性. 但是实验证明, 用一般氧化物固相反应法难以 得到致密的 NKN 陶 瓷烧 结体, 压 电性 能很 低, 如 d33 80 pC /N, kp 36% . 早在 1960年就 用热压或 者静水压热压烧结来制备高密度瓷体. 据报道, 用热 压工艺加工的 NKN 陶瓷密度可以达到理论密度的 99% , TC 高达 420 , d33约为 160pC /N, kp 达到 40% 以上 [ 16] . 也 有用 传统 的 氧化 物固 相 反应 法, 通 过 M g-A 位掺杂或者 Nb过剩形成 A 空位来促进烧结, 或者通过加入其它钙钛矿组分与之形成固溶体或者 用 Spark等离子体烧结方法制备出高性能的无铅压 电陶瓷材料[ 17-18] . 下面介绍和讨论本课题组近年来在 NKN 无铅压电陶瓷改性研究方面的主要研究结果.
就目前的研究情况来看, 铌酸盐系无铅压电陶
瓷是最有应用前景的无铅压 电材料. 经 过 200M Pa 冷静水压成型、在 850 温度下合成和在 1 110 温 度烧结的钙钛矿结构 A 和 B 位固溶改性的铌酸钾 钠 ( K1-x N ax ) N bO3 ( NKN ) 陶瓷的主要介电和压电性 能包括: K = 320~ 800, kp = 12% ~ 36% , d33 = 35 ~ 200 pC /N. 经过掺杂改性该材料系统可能在性能和 应用上会获得大的突破.