無(wú)鉛壓電陶瓷這一突破性的

進(jìn)展,掀起了持續(xù)至今的無(wú)鉛壓電陶瓷研究熱潮,極大地促進(jìn)了無(wú)鉛壓電陶瓷的研究和開發(fā).迄今為止,可被考慮的無(wú)鉛壓電陶瓷體系主要有以下5類:(Bi0.5Na0.5)TiO3(縮寫為BNT)基無(wú)鉛壓電陶瓷;K1-xNaxNbO3(縮寫為KNN)基無(wú)鉛壓電陶瓷;鉍層狀結(jié)構(gòu)無(wú)鉛壓電陶瓷;鎢青銅結(jié)構(gòu)無(wú)鉛壓電陶瓷;BaTiO3基無(wú)鉛壓電陶瓷.本文結(jié)合無(wú)鉛壓電陶瓷研究和開發(fā)的近期進(jìn)展,綜合評(píng)述了無(wú)鉛壓電陶瓷的研究思路、研究現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì),著重討論了BNT基及KNN基無(wú)鉛壓電陶瓷的體系構(gòu)建、改性手段、相變特性及溫度穩(wěn)定性,并就無(wú)鉛壓電陶瓷今后的研究和發(fā)展提出了一些建議.

氧化物摻雜改性 從鉛基陶瓷發(fā)展歷程可知,氧化物摻雜改性是提高PZT陶瓷電學(xué)性能的必要途徑,是PZT陶瓷實(shí)用化的關(guān)鍵和基礎(chǔ).如未摻雜的準(zhǔn)同型相界(MPB)組成的Pb(Ti0.48Zr0.52)O3陶瓷d33僅為223pC/N,而在La,Nb等施主摻雜改性后,其d33升高至274~710pC/N,從而滿足實(shí)際應(yīng)用的要求.類似地,氧化物摻雜改性對(duì)BNT基陶瓷壓電鐵電性能的影響也被廣泛研究.表4列出了氧化物摻雜改性的BNT基陶瓷的壓電性能.從表4可以看出,類似于氧化物改性的PZT陶瓷,受主和施主離子摻雜改性將導(dǎo)致BNT基陶瓷壓電性質(zhì)的/硬化0和/軟化0.Mn和Co一般顯示出受主摻雜效應(yīng).Co摻雜提高了機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm,壓電性能略為降低;與Co稍有不同,Mn摻雜使Qm提高,也改善了壓電性能,這可能是由于陶瓷致密度的改善和Mn元素本身的多價(jià)態(tài)特性.

就工藝而言,傳統(tǒng)陶瓷工藝仍為經(jīng)濟(jì)的選擇.鉛壓電陶瓷在材料體系、電學(xué)性能、制備工藝等多方面還存在許多不足之處,還有一些亟待解決的科學(xué)和技術(shù)問(wèn)題.就作者看來(lái),無(wú)鉛壓電陶瓷的研究和開發(fā)還需要做大量的工作,主要應(yīng)著眼于以下6個(gè)方面:(1)鈣鈦礦鉛基PZT陶瓷和鈣鈦礦無(wú)鉛壓電陶瓷(即BNT基、KNN基及BaTiO3基等鈣鈦礦無(wú)鉛陶瓷)本質(zhì)屬性的異同.(2)無(wú)鉛壓電陶瓷新型體系的構(gòu)建和拓展.理論計(jì)算表明,A位含Bi的(類)鈣鈦礦化合物BMiO3(M=A、lSc、Ga等)擁有極大的剩余極化強(qiáng)度,因此,含Bi鈣鈦礦型化合物可望成為新型[148]的無(wú)鉛陶瓷候選體系.再如,已有實(shí)驗(yàn)表明,AgNbO3在室溫下展現(xiàn)出雙電滯回線,具有極大的極化強(qiáng)度(52LC/cm),有可能發(fā)展出新型的AgNbO3基無(wú)鉛壓電陶瓷材料.(3)BNT基和KNN基陶瓷材料壓電性的起源、相變特性、溫度穩(wěn)定性及改性手段的研究.(4)超高溫?zé)o鉛壓電陶瓷的研究和開發(fā).(5)與實(shí)際生產(chǎn)兼容性良好的新型陶瓷制備工藝研究.(6)無(wú)鉛壓電陶瓷的實(shí)用化研究.認(rèn)識(shí)和明確上述問(wèn)題,有利于無(wú)鉛壓電陶瓷新型體系的構(gòu)建,有利于獲得新的壓電性能強(qiáng)化手段,有效地拓展無(wú)鉛壓電陶瓷的研究對(duì)象,從而有力推進(jìn)無(wú)鉛壓電陶瓷

的實(shí)用化,實(shí)現(xiàn)壓電陶瓷的/無(wú)鉛化