无铅压电陶瓷的研究现状
无铅压电陶瓷的研究现状＊
石伟丽１，２
，邢志国２，王海斗２，李国禄１，张建军１
（１ 河北工业大学材料科学与工程学院，天津３００１３０；２ 装甲兵工程学院装备再制造技术国防科技重点实验室，北京１０００７２
）摘要 简要介绍了无铅压电陶瓷的研究进展，重点介绍了ＢａＴｉＯ３（ＢＴ）基、钛酸铋钠（ＢＮＴ）基和铋层状无铅压电陶瓷的性能。分析了掺杂改性对ＢＮＴ基和铋层状无铅压电陶瓷压电性能的影响，详细对比了无铅压电陶瓷的制备方法，为改进工艺提高压电性能提供了理论支持。展望了ＢＴ基压电材料在热喷涂领域的应用前景，并分析了亟待解决的问题。
关键词 无铅压电陶瓷 压电性能 掺杂改性 制备中图分类号：ＴＧ１１３ 文献标识码：Ａ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｌｅａｄ－ｆｒｅｅ Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ
ＣｅｒａｍｉｃｓＳＨＩ Ｗｅｉｌｉ １，
２，ＸＩＮＧ Ｚｈｉｇｕｏ２，ＷＡＮＧ Ｈａｉｄｏｕ２，ＬＩ Ｇｕｏｌｕ１，ＺＨＡＮＧ Ｊｉａｎｊ
ｕｎ１
（１ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｂｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００１３０；２ Ｎａｔｉｏｎａｌ ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙ ｆｏｒ Ｒｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ａｒｍｏｒｅｄ Ｆｏｒｃｅｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ
１０００７２）Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｌｅａｄ－ｆｒｅｅ ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｅｒａｍｉｃｓ ｉｓ ｂｒｉｅｆｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒ－ｍａｎｃｅ ｏｆ ＢＴ，ＢＮＴ ａｎｄ ｂｉｓｍｕｔｈ ｌａｙｅｒｅｄ ｌｅａｄ－ｆｒｅｅ ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｅｒａｍｉｃｓ ａｒｅ ｍａｉｎｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｄｉｆ－ｆｅｒｅｎｔ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｎ ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ＢＮＴ ａｎｄ ｂｉｓｍｕｔｈ ｌａｙｅｒｅｄ ｌｅａｄ－ｆｒｅｅ ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｅｒａ－ｍｉｃ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｒｅ ｃｏｎｓｔｒａｓｔｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ，ｗｈｉｃｈ ｗｉｌｌ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｓｕｐｐｏｒｔｓ ｔｏ ｉｍ－ｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ａｎｄ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＢＴ ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｔｈｅｒｍａｌ ｓｐｒａｙｉｎｇ ｉｓｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄ ａｎｄ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｔｏ ｂｅ ｓｏｌｖｅｄ ａｒｅ ａｎａｌｙ
ｚｅｄ．Ｋｅｙ
ｗｏｒｄｓ ｌｅａｄ－ｆｒｅｅ ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｅｒａｍｉｃ，ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｄｏｐｉｎｇ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ＊国家自然科学基金（５１２７５５２６）；国家９７３计划（２０１１ＣＢ０１３４０５）；国家杰出青年科学基金（５１１２５０２３）；北京市自然科学基金重大项目（３１２０００１
） 石伟丽：女，１９８８年生，硕士，从事热喷涂智能压电涂层等研究 Ｅ－ｍａｉｌ：４０１８８３１７６＠ｑｑ
．ｃｏｍ 王海斗：通讯作者，男，１９６９年生，教授，从事表面工程、摩擦学等研究 Ｔｅｌ：０１０－６６７１８４７５ Ｅ－ｍａｉｌ：ｗａｎｇ
ｈａｉｄｏｕ＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ０ 引言
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
［１］
。自１９世纪８０年代居里
兄弟首先在石英晶体上发现压电效应后，压电材料的研究就迅速展开。压电陶瓷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材料的特性，而广泛应用于振荡器、滤波器、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
［２－４］
。然
而，目前广泛使用的高性能压电陶瓷是含铅陶瓷，主要为锆
钛酸铅系（Ｐｂ（Ｔｉ，Ｚｒ）Ｏ３，
简写作ＰＺＴ）含铅固溶体［５－７］
，其主要成分之一为ＰｂＯ。ＰｂＯ是一种有毒的物质，在高温烧结或加工时易挥发。这类陶瓷在生产、
使用及废弃过程中都会对人类社会和自然界造成长期危害［８］
，因此国内外学者围绕寻
找性能优异的无铅压电陶瓷代替含铅压电陶瓷展开了大量
的研究工作［
９，１０］
。近年来主要研究的高性能的无铅压电陶瓷体系大致可分为钙钛矿系、铋层状结构系和钨青铜系。钙钛矿系无铅压
电陶瓷又包括几个亚类：钛酸钡（ＢａＴｉＯ３，简记为ＢＴ）系无铅压电陶瓷、碱金属铌酸盐（（Ｋ１／２Ｎａ１／２）ＮｂＯ３，简记为ＫＮＮ）系无铅压电陶瓷、钛酸铋钠（（Ｂｉ０．５Ｎａ０．５）ＴｉＯ３，简记为ＢＮＴ）系无铅压电陶瓷。由于其成分和结构的不同，
这些无铅压电材料的压电性能呈现出不同的特点。现阶段的研究主要从两方面来改善无铅压电陶瓷材料的压电性能：（１）
通过不同的制备方法和制备工艺来提高压电性能［１１］
，其应用比较广泛，
而且现在新技术的使用为提高无铅压电陶瓷的性能提供了更广阔的空间。（２）通过材料组分的掺杂改性来提高材料的压电性能。对于ＢＮＴ基和铋层状无铅压电陶瓷而言，掺杂改性可很好地提高材料的压电性能。针对不同压电陶瓷的性能，本文主要综述了无铅压电陶瓷粉体的制备方法、ＢＴ基陶瓷压电性能的研究应用现状，以及ＢＮＴ基和铋层状压电陶瓷的掺杂改性研究情况，并且展望了无铅压电陶瓷未来的研究方向。
１ 粉体常用制备方法
粉体是制备压电陶瓷的原料，它的性能直接影响陶瓷材
·
５４·无铅压电陶瓷的研究现状／石伟丽等
料的组成与结构，进而影响材料的性能。粉体的制备方法主要有溶胶－凝胶法、水热法、熔盐法等，此外还包括压电厚膜技术、
陶瓷晶粒定向技术、放电等离子烧结技术等。采用溶胶－凝胶法制备压电陶瓷有许多优点：凝胶的热处理和烧结温度低，
确保了化学计量比，降低了能耗；制得了均匀性好，结构致密，压电、介电性能优异的压电陶瓷；反应过
程易于控制，
设备简单易于操作。赵明磊等［１２］
采用溶胶－凝胶法制得粉末烧结的（Ｂｉ０．５Ｎａ０．５）０．９４Ｂａ０．０６ＴｉＯ３压电陶瓷，其压电常数（ｄ３３＝
１７３ｐｃ／Ｎ）比其他工艺制得的陶瓷的压电常数（ｄ３３＝
１２５ｐｃ／Ｎ）高约４０％。Ｈｏｕ等［１３］
采用溶胶－凝胶工艺制备出高度均匀、致密的钙钛矿相Ｋ０．５Ｂｉ０．５ＴｉＯ３粉末，
且用其烧结的陶瓷的介电性能也比较好。但是溶胶－凝胶法制备粉体也存在许多缺点，如干燥收缩大、金属醇盐价格昂贵、有机溶剂对身体有害。
水热法是一种制备粉末的化学沉淀方法，其优点是：低温合成，
减少了物质的挥发；颗粒度可控，团聚度轻；无需球磨和高温煅烧；烧结的压电陶瓷密度高，介电性能优异；原料比较便宜，制备过程重复性好。利用水热法合成的Ｋ０．５Ｂｉ０．５ＴｉＯ３粉末制备无铅压电陶瓷，其相对介电常数εｒ＝
７００，与传统方法制备粉末烧结的陶瓷的相对介电常数接近，但是介电损耗ｔｇδ＝０．０４８，仅为传统方法（０．４９０）的１／１０。这种陶瓷优良的介电性能归因于高的陶瓷密度（５．５６ｇ
／ｃｍ３，达到理论密度（５．９３ｇ／ｃｍ３）的９４％）［１４］。Ｊｉｎｇ等［１５］利
用水热法在１６０～２２０℃以Ｔｉ（ＯＣ４Ｈ９）４、Ｂｉ（ＮＯ３）３·
５Ｈ２Ｏ、ＮａＯＨ合成了Ｎａ０．５Ｂｉ０．５ＴｉＯ３粉体（
图１）。随着ＮａＯＨ浓度的升高，得到的粉体具有良好的结晶性，晶体呈现规则立方体形，具有较好的介电常数，从而优化了压电性能。但是水热法必须在密闭的容器中进行，
无法观察生长过程，而且设备要求高（耐高温高压的钢材，耐腐蚀的内衬），制备时技术难度大（
温压控制严格）、安全性能差
。图１ 不同ＮａＯＨ浓度下水热２４ｈ得到的
Ｎａ０．５Ｂｉ０．５ＴｉＯ３的照片
［１５］
Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ ｐｈｏｔｏｓ ｏｆ Ｎａ０．５Ｂｉ０．５ＴｉＯ３ｂｙ ｈｙｄｒｏ－ｔｈｅｒｍａｌｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ２４ｈａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ
ＮａＯＨ［１５］
熔盐法是另一种制备粉体的主要方法，其合成无铅压电
陶瓷粉体有以下优点：
操作工艺简单，不需其他专用设备；合成温度低、保温时间短，比较容易控制粉体颗粒的形状和尺寸；
盐易分离，在熔盐的反应过程以及随后的清洗过程中，有利于杂质的清除，形成纯度较高的反应产物；粉体化学成分均匀、
晶体形貌好、纯度高、各组分配比准确，无偏析。杨建锋等［１６］
利用熔盐法合成了纯钙钛矿结构Ｋ０．５Ｂｉ０．５ＴｉＯ３（ＫＢＴ）
无铅陶瓷粉体，与传统固相法相比，熔盐法合成温度显著降低且颗粒平均粒径明显减小。固相法合成的粉体平均粒径为１１５ｎｍ，ＫＣｌ含量为５％和２０％的熔盐法合成的粉
体平均粒径分别为７８ｎｍ和６７ｎｍ。Ｚｅｎｇ等［１７］
用不同的盐（ＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＮａＣｌ－ＫＣｌ）成功合成了ＫｘＮａ１－ｘＮｂＯ３陶瓷粉
体，发现在低温７５０℃形成了单一的钙钛矿相结构，不同的盐对粉体的形貌和化学组成有显著的影响，用这种方法制备的粉体均匀，
基本没有产生团聚现象。传统的陶瓷制备技术难以得到高性能陶瓷。近年来，采用晶粒定向技术，
使晶粒择优定向排列，能够获得性能良好的非铅体系。晶粒定向技术其实是一种结构改性，它是利用压电材料性能各向异性的特点，
将无规则取向的陶瓷晶粒定向排列。与传统制备技术相比，其特点是能够在不改变材料居里温度的前提下大幅度提高陶瓷的性能，
常见的有热处理技术、模板晶粒生长技术、多层晶粒生长技术和定向凝固法等。其中热处理技术是利用高温下晶粒内位错的运动和晶粒间晶界的滑移使陶瓷晶粒实现定向排列。而模板晶粒生长技术是利用局部规整反应制得晶粒取向陶瓷，它是以陶瓷粉体的颗粒形貌为基础的，通常要求粉体形貌具有明显的各向异性，如晶须状或片状。制备过程中首先采用流延或挤压的方法（视陶瓷粉体的形貌而定）使各向异性的粉体在素坯中定向排列，
最后通过烧结得到织构化的陶瓷。相对于热锻技术，该技术制备工艺简单，成本较低。
不同方法有不同优点，以不同方法制备的粉体制得的压电陶瓷具有不同的性能特点。因此，
根据材料的不同选择合适的粉体制备方法，除掌握相应的知识以外还需具备一定的实验基础。
２ 无铅压电陶瓷的性能及改性研究
２．１ 钛酸钡基压电陶瓷的研究现状
ＢａＴｉＯ３是最早发现的一种具有ＡＢＯ３型钙钛矿晶体结构的典型铁电体，具有很高的介电常数、较大的机电耦合系
数、中等的机械品质因数和较小的损耗［２］
。由于ＢａＴｉＯ３具
有铁电、压电、介电、热释电和光电性能而广泛应用于陶瓷电容器、绝缘子、介质放大器等。但是ＢａＴｉＯ３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［１８］
。随着对ＢＴ基无铅压电陶瓷研究的不断深入［１９－２１］
，研究人员探索出离子取代［２２］、引入新组元［２３］
和采用新制备技术等一
系列ＢＴ基陶瓷改性方法。
由于晶粒尺寸对钛酸钡压电陶瓷的铁电性能有很大的影响，因此当钛酸钡陶瓷的晶粒尺寸不同时，钛酸钡的晶体
结构、
铁电性能等有很大的不同。吴思华等［２４］
的研究表明，·６４·材料导报Ａ：综述篇 ２
０１４年２月（上）第２８卷第２期
对于粗晶钛酸钡，其在居里温度（Ｔｃ）为４０３Ｋ以上时为立方相，随温度降低，发生从四方相到正交相再到三角相的连续转变，因而有利于室温下使用。对某些配比，如以Ｚｒ取代Ｔｉ
的位置，可得到压电性和铁电弛豫性都较好的陶瓷［２５］
，如Ｂａ－
（Ｔｉ１－ｘＺｒｘ）Ｏ３基压电陶瓷的ｄ３３可达３
４０ｐｃ／Ｎ（室温下约３００ｐ
Ｃ／Ｎ），并且工作温区有所拓宽。高礼杰等［２６］
对晶粒尺寸在０．４５～２．
２μｍ范围的ＢＴ无铅压电陶瓷的研究显示：在晶粒尺寸为１．２μｍ时室温的介电常数达到最大值（４１４３），当晶粒尺寸小于１．２μｍ时，
随晶粒尺寸的减小，介电常数迅速减小。Ｗｕ等［２７］
研究了不同Ｃ／Ｆ比（其中Ｃ代表微米级粗颗粒（２μｍ），Ｆ代表纳米级细颗粒（４０ｎｍ）
）粉体对钛酸钡陶瓷的影响。结果表明，
随着纳米级颗粒含量的增加，钛酸钡陶瓷的晶粒尺寸减小、介电常数增加。在含有Ｈ２Ｓ气体氛围中，纯钛酸钡对甲烷固体氧化物燃料电池转化起到一种良好的阳极催化剂作用。ＢＴ基燃料电池产生更高的功率密度，
并在长期的测试中显示更好的稳定性［
２８］
。近年来为利用压电陶瓷的压电性能实现复杂形状表面的受力监测，许多学者试图采用热喷涂的方法将压电陶瓷以
涂层的方式制备于零件表面。Ｐａｖｅｌ
Ｃｔｉｂｏｒ等［２９］
通过等离子喷涂在复杂基体表面制备了ＢａＴｉＯ３涂层，如图２所示，发现涂层在一个面上大小不规则且部分截面有裂纹和气孔，接下来对涂层微观结构、
相转变与电性能和力学性能之间的联系进行了讨论。Ａ．Ｈ．Ｄｅｎｔ利用火焰喷涂制备了ＢａＴｉＯ３和
（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３涂层，
其具有较好的力学及压电性能［３０］
。王海斗等［３１］
也利用超音速等离子喷涂制得了ＢａＴｉＯ３涂层，
涂层组织结构致密，无大的裂纹和孔隙，涂层与基体结合紧密，粒子融化状态良好。由此可见，采用喷涂法制备的ＢａＴｉＯ３涂层具有较高的压电性能和机电耦合性能，进一步扩展了其应
用范围［
３２］
。图２ ＢａＴｉＯ３的Ｓ
ＥＭ图［２９］
Ｆｉｇ．２ ＳＥＭ ｉｍａｇｅｓ ｏｆ ＢａＴｉＯ３
［２９
］
２．２ 钛酸铋钠基无铅压电陶瓷的改性研究
钛酸铋钠是１９６０年由Ｓｍｏｌｅｎｓｋｙ等首次合成并发现的具有钙钛矿结构的铁电体，是钛酸盐系列的典型代表
［３３］
。其
在室温属三方相，居里温度Ｔｃ为５９３Ｋ。ＢＮＴ具有铁电性强、压电性能良好（ｄ３３＝７０ｐＣ／Ｎ）、介电常数较小、声学性能佳、烧结温度低的特点，是目前研究最广泛、最具有吸引力的无铅压电陶瓷体系之一。但是由于ＢＮＴ基压电陶瓷的矫顽场高（Ｅｃ＝７．３ｋＶ／ｍｍ）、机电耦合系数低（一般都在０．１～０．３之间）
以及在铁电相区电导率较高，因而极化困难。为了克服ＢＮＴ陶瓷的极化困难和难以烧结成致密样品的缺点，目前对提高钛酸铋钠ＢＮＴ基压电陶瓷性能的研究有很多，主要是通过掺杂改性来大幅度提高其性能。
尹丹等［３４］
采用固相合成法取代制备的Ｉｎ２Ｏ３掺杂Ｂ
ＮＴ基压电陶瓷，研究结果显示样品具有２个介电反常峰，且都随掺杂量的增加向高温移动。陶瓷的弥散特性随掺杂量的
增加更为明显。Ｚｈａｎｇ
Ｙａｎｊｉｅ等［３５］
制备了Ｓｍ２Ｏ３掺杂０．８２Ｂｉ０．５Ｎａ０．５ＴｉＯ３－０．１８Ｂｉ０．５Ｋ０．５ＴｉＯ３基无铅压电陶瓷，
ＸＲＤ显示当掺杂量为０．３％时其压电常数ｄ３３达到１４７ｐＣ／Ｎ，ｋｐ
达到０．２２４。Ｆｕ Ｐｅｎｇ等［３６，３７］
制备了Ｌａ２Ｏ３掺杂Ｂ
ＮＢＴ６陶瓷，研究表明，当掺杂０．６％的Ｌａ２Ｏ３时，（Ｂｉ０．５Ｎａ０．５）０．９４
－Ｂａ０．０６ＴｉＯ３（ＢＮＢＴ６）陶瓷的压电常数ｄ３３达到１
６７ｐＣ／Ｎ，机电耦合系数达到０．３０，介电常数达到１４７０，当掺杂量为０．４％时，制备的压电陶瓷的压电性能最好，其中ｄ３３＝１
７５ｐＣ／Ｎ，ｋｐ＝０．３１，Ｑｍ＝１１８，此时晶粒的边界也很明显（如图３所示）
。图３ Ｌａ２Ｏ３掺杂的Ｂ
ＮＢＴ６陶瓷的ＳＥＭ图［３６］
Ｆｉｇ．３ ＳＥＭ ｍｉｃｒｏｇｒａｐ
ｈｓ ｏｆ ＢＮＢＴ６ｃｅｒａｍｉｃｓｄｏｐｉｎｇ
Ｌａ２Ｏ３［３６
］
单召辉等［３８］
采用两步合成工艺Ｂ位取代制备了一种新
型的（１－ｘ）Ｂｉ０．５Ｎａ０．５Ｏ３－ｘ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３无铅压电陶瓷材
料，结果显示当ｘ＝０．００５～０．
０２０时陶瓷具有最佳的压电性能，当ｘ＝０．０２０时，压电常数ｄ３３＝９９ｐＣ／Ｎ，ｋｐ＝
０．４７０。单召辉等［３９］
同样采用两步合成工艺制备了（１－ｘ）Ｂｉ０．５Ｎａ０．５
－ＴｉＯ３－ｘ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３无铅压电陶瓷材料，
综合材料压电性能测量结果表明，在ｘ＝０．０１５时，最佳ｄ３３＝１０１ｐＣ／Ｎ，ｋｔ＝
０．４８。Ｌｉｎ Ｄｕｎｍｉｎ等［４０］
用双位复合取代制备了（Ｂｉ１－ｘ－ｙ－Ｎａ０．９２５－ｘ－ｙＬｉ０．０７５）０．５ＢａｘＳｒｙＴ
ｉＯ３无铅压电陶瓷，当ｘ＝０．０４～０．０８时，其压电常数ｄ３３＝１
３３～１９３ｐＣ／Ｎ，机电耦合系数·
７４·无铅压电陶瓷的研究现状／石伟丽等
ｋｐ＝
１６．２～３２．１。此外，在ＢＮＴ中掺杂稀土元素及锰的氧化物可以改善ＢＮＴ陶瓷的压电特性。自２０世纪七八十年代以来，日本学者致力于ＢＮＴ的改性研究，解决了ＢＮＴ的极化问题，得到性能较好的无铅压电陶瓷，取得了丰硕的研
究成果［
４１］
。以上研究结果表明，通过掺杂改性来提高ＢＮＴ基压电陶瓷的性能时，无论Ａ位、Ｂ位还是双位取代都取得了很好的效果。
２．３ 铋层状结构无铅压电陶瓷性能及改性研究
掺杂改性不仅对ＢＮＴ基压电陶瓷适用，在铋层状压电陶瓷中也取得了一定的研究进展。铋层状结构压电陶瓷材料具有以下特点：
低介电常数、高居里温度、压电性各向异性明显、
高绝缘强度、高电阻率、低老化率、高的介电击穿强度以及烧结温度等［４２］
。这类材料的矫顽场过高，不利于极化；压电活性低，电阻系数低［４３］
，但由于高温能使矫顽场降低，其
是适合于高温高频场合使用的压电材料。因此，
为了改善铋层状结构的压电活性，通常采用两种方法，即掺杂改性和工艺改进。
Ｔａｄａｓｈｉ Ｔａｋｅｎａｋａ等［４４］
以Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２（
ＢＩＴ）为基掺杂Ｎｂ５＋和Ｖ５＋
，使获得的Ｂｉ４Ｔｉ３－ｘＮｂｘＯ１２（ＢＩＴＮ）和Ｂｉ４Ｔｉ３－ｘ－ＶｘＯ１２（ＢＩＴＶ）致密度达到理论值的９５％以上，ＢＩＴ的电阻系数是１０１０～１０１１Ω·ｃｍ，ＢＩＴＮ和ＢＩＴＶ为１０１３～１０１４
Ω·ｃ
ｍ，从而获得了高阻抗，由此可以有效地改善陶瓷的极化性能。
Ｌｉａｎ Ｚｈａｎｇ等［４５］
将Ｎｂ２Ｏ５加入到Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２中构成层状
Ｂｉ４Ｔｉ３－ｘＮｂＯ１２＋ｘ／２（
ＢｉＴＮ），结果表明，所有样品的密度都达到理论值的９５％，并且没有第二相产生。杨庆也将Ｎｂ２Ｏ５掺杂入层状Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２中构成层状Ｂｉ３ＮｂＴｉＯ９，当掺杂量ｘ＝４．００％（
摩尔分数）时（如图４所示），晶粒尺寸最均匀、致密，相对密度达到最大值的９８．７％，
陶瓷压电性能得到提高［４６］
。Ｎｂ
５＋
的掺杂能减小晶粒尺寸，限制各向异性的生长；在ｘ＝０．０８和ｘ＝０．１１时，
陶瓷具有最佳性能
。图４ ＢＩＴ－Ｎ陶瓷抛光热腐蚀表面的Ｓ
ＥＭ照片［４６］
Ｆｉｇ．４ ＳＥＭ ｉｍａｇｅｓ ｆｏｒ ｐｏｌｉｓｈｅｄ ａｎｄ ｔｈｅｒｍａｌｌｙ
ｅｔｃｈｅｄｓｕｒｆａｃｅｓ ｏｆ ＢＩＴ－Ｎ
ｃｅｒａｍｉｃｓ［４６
］
李永祥等［４７］在ＣａＢｉ４Ｔｉ４Ｏ１５（
ＣＢＴ）中掺杂Ｖ５＋
和Ｗ６＋，研究结果表明，Ｖ
５＋
的掺杂能提高材料的剩余极化，同时降低其矫顽场（图５）。虽然Ｗ６＋掺杂的ＣＢＴ陶瓷的剩余极化较
掺杂前有所降低，但是其矫顽场也减小，因此少量的掺杂仍
然能提高其压电性能。然而，与Ｖ５＋
相比，Ｗ６＋掺杂对ＣＢＴ
陶瓷压电性能的改善效果要小得多
。
图５ ＣＢＴＶｘ（ａ）与ＣＢＴＷｘ（ｂ）的压电常数ｄ３３
随掺杂含量变化的对比［
４７］
Ｆｉｇ．５ Ｐｉｅｚｏｅｌｅｎｔｒｉｃ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｄ３３ｄ
ｅｐｅｎｄｅｎｃｅ ｏｆ ｄｏｐｉｎｇｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ＣＢＴＶｘ（ａ）ａｎｄ ＣＢＴＷｘ（ｂ）ｃｅｒａｍｉｃｓ［４７］
另外，通过新的制作可以改进陶瓷的显微结构，从而提高压电性能。通过粉体制备工艺可以制备高度均匀的铁电陶瓷板和铁电薄膜，可以使材料的某一方面性能达到最佳。采用溶胶－凝胶法在晶体表面上可制得高ｃ轴取向的Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２薄膜，
该薄膜取向程度为８７％，并有很好的光透射能力［４８］
。采用溶胶－凝胶法制备的（Ｂｉ９．６Ｌａ０．４）Ｔｉ３Ｏ１２粉末为
纳米级、分散良好，分布一致。采用适当的热处理技术可以
在高温下使晶粒内发生位错运动，晶粒间发生晶界滑移，从而使陶瓷晶粒实现定向排列，达到提高压电陶瓷部分性能的目的。在固相合成法制成的ＢａＢｉ４Ｔｉ４Ｏ１５基体中加入质量分数不同的模板流延，然后在１１４０℃烧结得到ＢａＢｉ４Ｔｉ４Ｏ１５，结果显示，随着模板含量的增加，定向程度明显增加。Ｔａｋｅｕ－
ｃｈｉ Ｔ等［４９］
分别采用流延和挤压工艺定向后织构化Ｃａ－
Ｂｉ４Ｔｉ４Ｏ１５陶瓷，
通过与任意取向的陶瓷进行比较，得出晶粒定向后陶瓷的电学性能有效提高的结论。
２．４ 其他无铅压电陶瓷的研究
无铅压电陶瓷还包括铌酸盐系，主要是指钙钛矿系铌酸
盐和钨青铜结构系铌酸盐。钙钛矿结构铌酸盐化合物的通式为ＡＮｂＯ３（Ａ为Ｎａ、Ｋ、Ｌｉ），与ＰＺＴ等铅基压电陶瓷相比，碱金属铌酸盐陶瓷具有介电常数小、压电性能高、频率常数大、密度小等特点，多年来作为电光材料受到重视，以其优越的压电性能和较高的居里温度而被视作替代ＰＺＴ基压电材
·８４·材料导报Ａ：综述篇 ２
０１４年２月（上）第２８卷第２期
料的主要选择对象之一，但是由于其成本很高，很难实现大规模实用化。在ＫＮａＮｂＯ
３
陶瓷中加入适当助熔剂（如ＣｕＯ、ＺｎＯ等），采用传统陶瓷工艺便可以获得性能和稳定性良好的陶瓷材料。Ｙ．Ｓａｉｏ等［５０］在ＫＮＮ中添加１％（摩尔分数）的ＣｕＯ后，其体积密度由４．３４ｇ／ｃｍ３提高到了４．４６ｇ／ｃｍ３，达到了理论密度的９８．９％，机电耦合系数ｋｐ和机械品
质因数Ｑ
ｍ
分别提高到３８．９％和１４０８。Ｍ．Ｍａｔｓｕｂａｒａ等［５１］在从室温到烧结温度过程中观察到了液相的存在，从而证实烧结过程中液相的产生导致了陶瓷致密度的提高，当样品中
添加摩尔分数为０．４％的Ｎａ
５．６Ｃｕ１．２Ｓｂ１０Ｏ２９时，压电常数可达
到２６１ｐＣ／Ｎ，平面机电耦合系数ｋ
ｐ
高达４７．２％。
钨青铜结构化合物是次于（类）钙钛矿型化合物的第二
类铁电体，其特征是存在［ＢＯ
６
］式氧八面体，Ｂ为Ｎｂ５＋、Ｔａ５＋或Ｗ６＋等。该化合物具有自发极化大、居里温度较高、介电常数较低等特点，同时具有优良的电光性能和热释电性能，是一类很有前途的电光晶体材料。因此，近年来钨青铜结构铌酸盐陶瓷作为重要的无铅压电陶瓷体系越来越受到重视［２４］。
这些无铅压电材料由于成分和结构不同，其压电性能各有特点，根据器件应用性能参数的要求，实际应用领域也各有侧重。但是由于这些无铅压电材料制备的压电陶瓷性能不是很好，因此对其深入研究也相对较少，在这里不做详细介绍。
３ 结语
压电陶瓷具有很高的研究价值，尤其是开发性能优异、环保、健康的无铅压电材料具有更大的现实意义。与含铅压电陶瓷相比，无铅压电陶瓷材料在器件应用上还有很大的差距，医疗和军事上还是以铅基压电陶瓷为主，而无铅压电陶瓷材料还主要应用在大量中端和低端的器件上，目前，掺杂改性的无铅压电材料作为一种铅基压电材料的替代材料，可应用到高频率的超声波换能器中［５２］。
无铅压电陶瓷的质量对器件性能有很大影响，通过改进无铅压电陶瓷制备工艺来提高其质量还需要进行大量而深入的研究。改进方向主要可以从以下几个方面入手：（１）新制备技术的研究和应用。研究和开发有别于传统陶瓷制备技术的新技术，使陶瓷的微观结构呈现一定的单晶体特征，是其研究的一个重要发展方向。
（２）开展压电铁电理论的基础研究和提高压电陶瓷的居里点。针对不同的应用，采用不同的无铅压电陶瓷体系组合，将ＰＺＴ陶瓷的现有合适的理论运用到无铅压电陶瓷中，寻求新的不同于以上压电材料的材料体系。随着压电陶瓷的广泛应用，需要在高温和其他苛刻环境下使用，因此提高压电陶瓷居里点具有现实意义。
（３）开发纳米压电陶瓷。近些年来，陶瓷纳米化、纳米陶瓷、纳米器件是陶瓷进一步发展的必然趋势，也正成为国际研究的一个新的热点。
（４）开发新的计算方法（如分子动力学、有限元分析等）来寻求微观提高压电性能的有效方法。模拟压电陶瓷的晶体受力变化情况，计算出压电陶瓷的各项性能参数，寻找能提高压电陶瓷各项性能的有效方法。
参考文献
１ 朱华，江毅．无铅压电陶瓷的研究与展望［Ｊ］．中国陶瓷，２００６，４２（１２）：３１
２ 孟希敏，刘心宇，周昌荣．无铅压电陶瓷的研究现状与发展趋势［Ｊ］．电工材料，２００６（３）：４０
３ 尹奇异，廖运文，赁郭敏，等．无铅压电陶瓷的器件应用分析［Ｊ］．压电与声光，２００６，２８（２）：１６４
４ 赵亚，李全禄，王胜利，等．无铅压电陶瓷的研究与应用进展［Ｊ］．硅酸盐通报，２０１０，２９（３）：６１６
５ 毛剑波，易茂祥．ＰＺＴ压电陶瓷极化工艺研究［Ｊ］．压电与声光，２００６，２８（６）：７３６
６ Ｚｅｎｇ Ｊ Ｍ．Ｓｏｌ－ｇｅｌ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｂ（Ｚｒ０．５０Ｔｉ０．５０）Ｏ３ｔｈｉｎｆｉｌｍｓ ｕｓｉｎｇ ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ ｏｘｙｎｉｔｒａｔｅ ａｓ ｔｈｅ ｚｒｉｃｏｎｉｕｍ ｓｏｕｒｃｅ［Ｊ］．Ｊ Ａｍ Ｃｅｒａｍ Ｓｏｃ，１９９９，８２（６）：４６１
７ 李涛，彭同江．锆钛酸铅压电陶瓷的研究进展与发展动态［Ｊ］．湘南学院学报，２００４，２５（２）：５４
８ 张卫珂，尹衍升，张敏，等．无铅压电陶瓷的开发及目前研究现状［Ｊ］．硅酸盐通报，２００５，１２（５）：４２
９ Ｎｇｕｙｅｎ Ｑ Ｍ，Ｔａｋａｈａｓｈｉ Ｔ．Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｃｅ－ｒａｍｉｃ ｆｕｅｌ ｃｅｌｌｓ［Ｍ］．Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ：Ｅｌｓｅｖｉｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｌｔｄ，１９９５
１０Ｌｉ Ｊ Ｈ，Ｆｕ Ｘ Ｚ，Ｌｕｏ Ｊ Ｌ，ｅｔ ａｌ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＢａＴｉＯ３ａｓａｎｏｄｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｆｏｒ Ｈ２Ｓ－ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ＣＨ４ｆｕｅｌｅｄ ｓｏｌｉｄ ｏｘｉｄｅｆｕｅｌ ｃｅｌｌ［Ｊ］．Ｊ Ｐｏｗｅｒ Ｓｏｕｒｃｅｓ，２０１２，２３：６９
１１周东祥，黎慧．无铅压电陶瓷材料的研究进展［Ｊ］．高层论坛功能材料信息，２００７，４（７）：７
１２赵明磊，王渊旭，王春雷，等．溶胶－凝胶法制备（Ｂｉ０．５－Ｎａ０．５）１－ｘＢａｘＴｉＯ３陶瓷的性能［Ｊ］．功能材料与器件学报，２００４，１０（４）：４１３
１３Ｈｏｕ Ｙ Ｄ，Ｚｈｕ Ｍ Ｋ，Ｈｏｕ Ｌ，ｅｔ ａｌ．Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅ－ｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｌｅａｄ－ｆｒｅｅ Ｋ０．５Ｂｉ０．５ＴｉＯ３ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ ｂｙ ｓｏｌ－ｇｅｌｔｅｃｈｎｉｑｕｅ［Ｊ］．Ｊ Ｃｒｙｓｔ Ｇｒｏｗｔｈ，２００５，２７３：５００
１４侯磊，侯育冬，宋雪梅，等．水热法合成Ｋ０．５Ｂｉ０．５ＴｉＯ３纳米陶瓷粉体［Ｊ］．无机化学学报，２００６，２２（３）：５６３
１５Ｊｉｎｇ Ｘ Ｚ，Ｌｉ Ｙ Ｘ，Ｙｉｎ Ｑ Ｇ．Ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆＫ０．５Ｂｉ０．５ＴｉＯ３ｆｉｎｅ ｐｏｗｄｅｒｓ［Ｊ］．Ｍａｔｅｒ Ｓｃｉ Ｅｎｇ Ｂ，２００３，９９：５０６
１６杨建锋，侯育冬，贾琳．熔盐法合成钛酸铋钾陶瓷粉体［Ｊ］．电子元件与材料，２００７，２６（１１）：２６
１７Ｚｅｎｇ Ｊ Ｔ，Ｋｗｏｋ Ｋ Ｗ，Ｃｈａｎ Ｈ Ｌ．ＫｘＮａ１－ｘＮｂＯ３ｐｏｗｄｅｒｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ ｂｙ ｍｏｌｔｅｎ－ｓａｌｔ ｐｒｏｃｅｓｓ［Ｊ］．Ｍａｔｅｒ Ｌｅｔｔ，２００７，６１（２）：４０９
１８肖定全．压电、热释电与铁电材料［Ｍ］．天津：天津大学出版社，２０００
１９Ｙｕ Ｚ，Ａｎｇ Ｃ，Ｇｕｏ Ｒ．Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ａｎｄ ｓｔｒａｉｎ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆＢａ（Ｔｉ１－ｘＺｒｘ）Ｏ３ｃｅｒａｍｉｃｓ［Ｊ］．Ｊ Ａｐｐｌ Ｐｈｙｓ，２００２，９２（３）：１４８９
·
９
４
·
无铅压电陶瓷的研究现状／石伟丽等
２０Ｍａｎｓｏ－Ｓｉｌｖａｎ Ｍ，Ｆｕｅｎｔｅｓ－Ｃｏｂａｓ Ｌ，Ｍａｒｔｉｎ－Ｐａｌｍａ Ｒ Ｊ，ｅｔａｌ．ＢａＴｉＯ３ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｓｏｌ－ｇｅｌ ｓｐｉｎ ｃｏａｔｉｎｇ［Ｊ］．Ｓｕｒｆ Ｃｏａｔ Ｔｅｃｈｎ，２００２，１５１－１５２：１１８
２１Ｗａｄａ Ｓ，Ｐｕｌｐａｎ Ｐ．Ｄｏｍａｉｎ ｗａｌｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｉｎ ｌｅａｄ－ｆｒｅｅ ｐｉｅ－ｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌｓ［Ｊ］．Ｋｅｙ Ｅｎｇ Ｍａｔｅｒ，２０１０，１３：４２１
２２Ｇｕｌｗａｄｅ Ｄ，Ｇｏ ｐａ ｌａｎ Ｐ．Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏ ｆ Ａ－ａｎｄ Ｂ－ｓｉｔｅ ｄｏｐｅｄ ＢａＴｉＯ３：Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｌａ ａｎｄ Ｇａ［Ｊ］．Ｐｈｙｓｉｃａ Ｂ：Ｃｏｎ－ｄｅｎｓ Ｍａｔｔｅｒ，２００９，４０４（１２－１３）：１７９９
２３Ｌｉｕ Ｗ Ｆ，Ｒｅｎ Ｘ Ｂ．Ｌａｒｇｅ ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｅｆｆｅｃｔ ｉｎ Ｐｂ－ｆｒｅｅ ｃｅ－ｒａｍｉｃｓ［Ｊ］．Ｐｈｙｓ Ｒｅｖ Ｌｅｔｔ，２００９，１０３（２５）：２５７
２４吴思华，王平，付鹏．无铅压电陶瓷材料的研究现状［Ｊ］．佛山陶瓷，２００８（２２）：３５
２５赁敦敏，肖定全．无铅压电陶瓷研究开发进展［Ｊ］．压电与声光，２００３，２５（２）：１２７
２６高礼杰，刘晓林，王松泉，等．无铅压电陶瓷的研究进展［Ｊ］．功能材料，２００５，３６（３）：３９０
２７符春林，赵春新，蔡苇．钛酸钡陶瓷材料制备及介电性能研究进展［Ｊ］．功能材料信息，２０１０，７（１）：１６
２８Ｌｉ Ｊ Ｈ，Ｆｕ Ｘ Ｚ，Ｌｕｏ Ｊ Ｌ，ｅｔ ａｌ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＢａＴｉＯ３ａｓａｎｏｄｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｆｏｒ Ｈ２Ｓ－ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ＣＨ４ｆｕｅｌｅｄ ｓｏｌｉｄ ｏｘｉｄｅｆｕｅｌ ｃｅｌｌｓ［Ｊ］．Ｊ Ｐｏｗｅｒ Ｓｏｕｒｃｅｓ，２０１２，２１３：６９
２９Ｃｔｉｂｏｒ Ｐ，Ａｇｃｏｒｇｃｓ Ｈ，Ｓｃｄｌａｃｃｋ Ｊ，ｅｔ ａｌ．Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｐｌａｓｍａ ｓｐｒａｙｅｄ ＢａＴｉＯ３ｃｏａｔｉｎｇｓ［Ｊ］．ＣｅｒａｍＩｎｔ，２０１０，６：２１５５
３０Ｄｅｎｔ Ａ Ｈ，Ｐａｔｃｌ Ａ，Ｕｕｔｌｃｂｃｒ Ｊ，ｅｔ ａｌ．Ｈｉｇｈ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｏｘｙ－ｆｕｅｌａｎｄ ｐｌａｓｍａ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ＢａＴｉＯ３ａｎｄ（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３［Ｊ］．Ｍａｔｅｒ Ｓｃｉ Ｅｎｇ Ｂ，２００１，８７：２３
３１王海斗，卢晓亮，李国禄，等．超音速等离子喷涂ＢａＴｉＯ３涂层的制备及表征［Ｊ］．功能材料，２０１３（５）：７３１
３２Ｃｔｉｂｏｒ Ｐ，Ｓｅｉｎｅｒ Ｈ，Ｓｅｄｌａｃｅｋ Ｊ，ｅｔ ａｌ．Ｐｈａｓｅ ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｉｎｐｌａｓｍａ ｓｐｒａｙｅｄ ＢａＴｉＯ３［Ｊ］．Ｃｅｒａｍ Ｉｎｔ，２０１３，３９：５０３９
３３Ｋｒｅｉｓｅｌ Ｊ，Ｇｌａｚｅｒ Ａ Ｍ．Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆＮａ０．５Ｂｉ０．５ＴｉＯ３ａｎｄ ｒｅｌａｔｅｄ ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ ｔｙｐｅ ｔｉｔａｎａｔｅｓ［Ｊ］．ＪＰｈｙｓ：Ｃｏｎｄｅｎｓ Ｍａｔｔｅｒ，２０００，１２：９６８９
３４尹丹，周昌荣．Ｉｎ２Ｏ３掺杂Ｂｉ０．５（Ｎａ０．８２Ｋ０．１８）０．５ＴｉＯ３无铅压电陶瓷的研究［Ｊ］．电子元件与材料，２０１０，２９（５）：５
３５Ｚｈａｎｇ Ｙ Ｊ，Ｃｈｕ Ｒ Ｑ，ｅｔ ａｌ．Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ａｎｄ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｒｏ－ｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｓｍ２Ｏ３－ｄｏｐｅｄ ０．８２Ｂｉ０．５Ｎａ０．５ＴｉＯ３－０．１８Ｂｉ０．５Ｋ０．５－ＴｉＯ３ｃｅｒａｍｉｃｓ［Ｊ］．Ｊ Ａｌｌｏｙｓ Ｃｏｍｐｄ，２０１０，５０２：３４１
３６Ｆｕ Ｐ，Ｘｕ Ｚ Ｊ，Ｃｈｕ Ｒ Ｑ，ｅｔ ａｌ．Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ，ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ａｎｄｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｌａ２Ｏ３ｄｏｐｅｄ（Ｂｉ０．５Ｎａ０．５）０．９４Ｂａ０．０６－ＴｉＯ３ｌｅａｄ－ｆｒｅｅ ｃｅｒａｍｉｃｓ［Ｊ］．Ｍａｔｅｒ Ｄｅｓ，２０１０，３１：７９６
３７Ｆｕ Ｐ，Ｘｕ Ｚ Ｊ，Ｃｈｕ Ｒ Ｑ，ｅｔ ａｌ．Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ，ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃａｎｄ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｎｄ２Ｏ３－ｄｏｐｅｄ（Ｂｉ０．５Ｎａ０．５）０．９４－
Ｂａ０．０６ＴｉＯ３ｌｅａｄ－ｆｒｅｅ ｃｅｒａｍｉｃｓ［Ｊ］．Ｍａｔｅｒ Ｓｃｉ Ｅｎｇ Ｂ，２０１０，１６７（３）：１６１
３８单召辉，刘心宇，周昌荣，等．（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）４＋取代的ＢＮＴ系无铅压电陶瓷性能［Ｊ］．电子元件与材料，２０００，２７（５）：３２
３９单召辉，刘心宇，杨桂华，等．Ｂ位复合离子取代ＢＮＴ无铅压电陶瓷的压电介电性能［Ｊ］．人工晶体学报，２００８，３７（５）：１１５２
４０Ｌｉｎ Ｄ Ｍ，Ｋｗｏｒｋ Ｋ Ｗ．Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ａｎｄ ｐｉｅｚｏｅ－ｌｅｃｔｒｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ（Ｂｉ１－ｘ－ｙＮａ０．９２５－ｘ－ｙＬｉ０．０７５）０．５Ｂａｘ－ＳｒｙＴｉＯ３ｌｅａｄ－ｆｒｅｅ ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｅｒａｍｉｃｓ［Ｊ］．Ｃｕｒｒ ＡｐｐｌＰｈｙｓ，２００９，９：１３６９
４１赁敦敏，肖定全，朱建国，等．从发明专利看无铅压电陶瓷的研究与发展———无铅压电陶瓷２０年发明专利分析之一［Ｊ］．功能材料，２００３，３４（３）：２５０
４２李晓娟，李全禄，谢妙霞，等．压电陶瓷材料的发展及其新应用［Ｊ］．陕西理工学院学报，２００６，２２（１）：８
４３Ｔｏｓｈｉｏ Ｏｇａｗａ．Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｄｏｍａｉｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｎ ｌｅａｄ－ｆｒｅｅｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｅｒａｍｉｃｓ ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆ Ｂｉ－ｌａｙｅｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ Ｓｒ－Ｂｉ４Ｔｉ４Ｏ１５［Ｊ］．Ｊ Ｅｕｒ Ｃｅｒａｍ Ｓｏｃ，２００４，２４：１５１７
４４Ｔａｄａｓｈｉ Ｔａｋｅｎａｋａ，Ｈａｊｉｍｅ Ｎａｇａｔａ．Ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｔａｔｕｓ ａｎｄ ｐｒｏｓ－ｐｅｃｔｓ ｏｆ ｌｅａｄ－ｆｒｅｅ ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｅｒａｍｉｃ［Ｊ］．Ｊ Ｅｕｒ Ｃｅｒａｍ Ｓｏｃ，２００５，２５：２６９３
４５Ｚｈａｎｇ Ｌｉａｎ，Ｃｈｕ Ｒｕｉｑｉｎｇ．Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｎｉｏｂｉｕｍ ｄｏｐｅｄ Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２ｌａｙｅｒ－ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ ｐｉｅ－ｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｅｒａｍｉｃｓ［Ｊ］．Ｍａｔｅｒ Ｓｃｉ Ｅｎｇ Ｂ，２００５，１１６：９９
４６杨庆．铋层状压电陶瓷的结构与电性能研究［Ｄ］．景德镇：景德镇陶瓷学院，２０１１
４７李永祥，杨群保，等．铋层状结构压电材料的掺杂改性研究［Ｊ］．四川大学学报：自然科学版，２００５，４２（Ｓ２）：２２５
４８郑夏莲，许华．铋层状结构无铅压电陶瓷的研究进展［Ｊ］．宜春学院学报，２００７，２９（４）：１５
４９Ｔａｋｅｕｃｈｉ Ｔ．Ｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｌｙ ｔｅｘｔｕｒｅｄ ＣａＢｉ４Ｔｉ４Ｏ１５ｃｅｒａｍｉｃｓｂｙ ｔｈｅ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｔｅｍｐｌａｔｅｄ ｇｒａｉｎ ｇｒｏｗｔｈ ｗｉｔｈ ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ［Ｊ］．Ｊｐｎ Ｊ Ａｐｐｌ Ｐｈｙｓ，２０００，３９：５５７７
５０Ｔａｋａｏ Ｈ，Ｓａｉｔｏ Ｙ，ｅｔ ａｌ．Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｃｒｙｓｔａｌ－ｌｉｎｅ－ｏｒｉｅｎｔｅｄ（Ｋ０．５Ｎａ０．５）ＮｂＯ３ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｅｒａｍｉｃｓ ｗｉｔｈ ａｓｉｎｔｅｒｉｎｇ ａｉｄ ｏｆ ＣｕＯ［Ｊ］．Ｊ Ａｍ Ｃｅｒａｍ Ｓｏｃ，２００６，８９（６）：１９５１５１Ｍａｔｓｕｂａｒａ Ｍ，Ｙａｍａｇｕｃｈｉ Ｔ，Ｋｉｋｕｔａ Ｋ，ｅｔ ａｌ．Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ ａｎｄｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｓｏｄｉｕｍ ｎｉｏｂａｔｅ ｃｅｒａ－ｍｉｃｓ［Ｊ］．Ｊｐｎ Ｊ Ａｐｐｌ Ｐｈｙｓ，２００５，４４（１Ａ）：２５８
５２Ｗｕ Ｄ Ｗ，Ｃｈｅｎ Ｒ Ｍ，Ｚｈｏｕ Ｑ Ｆ，ｅｔ ａｌ．Ｌｅａｄ－ｆｒｅｅ ＫＮＬＮＴｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｅｒａｍｉｃｓ ｆｏｒ ｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｔｒａｎｓｄｕ－ｃｅｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ，２００９，４９：３９５
（责任编辑 杨 霞）
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·材料导报Ａ：综述篇 ２０１４年２月（上）第２８卷第２期
压电陶瓷发电技术研究报告综述
压电陶瓷发电技术的研究 摘要：信息技术的飞速发展并没有带动电源技术的快速发展，电源的能量密度没有明显的提高［1］。虽然化学能电池因使用方便而被广泛使用，但环境污染、回收困难、浪费材料等问题也日益突出。压电陶瓷振动发电机是一种持久、清洁、免维护的新型发电装置，压电陶瓷发电技术的研究已得到广泛重视，在无线传感器网络自供电方面具有较广阔的应用前景。 Abstract: The rapid developme nt of in formatio n tech no logy has n ot led to the progress of power source, an dsupply en ergy den sity is no tsig nifica ntly improved. Although the chemical batteries are widely used, but the disadva ntage that they waste materials, pollute environment and recycle difficulty. Piezoelectric vibration generator is an inno vative type ofpersiste nt, clea n and maintenan ce-free power gen erati on d evice. The research of piezoelectric ceramic tech no logyfor power gen erati on has received wide atte ntio n, which has good prospect of applicati ons in wireless sensorn etworks.
(最新整理)BNT无铅压电陶瓷的制备己进展研究
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BNT无铅压电陶瓷的制备及进展研究 摘要:随着社会可持续发展战略的实施和人们环保意识的增强，Bi0.5Na0.5TiO3基无铅压电陶瓷以其良好的电学性能和较高的的居里温度等特点成为当前铁电压电材料及其应用研究的热点之一。本文主要介绍了Bi0.5Na0.5TiO3基无铅压电陶瓷的研究现状、制备工艺及其发展与实际应用。 关键词：BNT基无铅压电陶瓷、制备工艺、研究进展、改性研究. 引言:材料是人类生活和生产活动必需的物质基础，同人类文明密切相关。历史上，人们把材料作为人类进步的里程碑，如“石器时代”、“铜器时代”、“铁器时代”等。到20世纪60年代，人们把材料、信息、能源誉为当代文明的三大支柱；20世纪70年代又把新材料、信息技术、生物技术作为新科技革命的主要标志,现在这些技术仍然是21世纪发展的主导。现代科学技术发展的历史表明，材料对推动科学技术的发展极其重要。随着信息时代的到来，各种具有优异性能的新型无机材料开始受到人们的关注和重视。20世纪80年代以来，随着高科技的兴起和发展，需要许多能满足高科技要求的新材料，其中大部分属于功能材料.因此，材料开发的重点越来越转向功能材料。可以说,研究功能材料的合成与制备、组成与结构、性能与使用效能之间的关系和规律，己经成为一门新的学科. 压电材料是功能材料的重要组成部分，是实现机械能(包括声能)与电能之间转换的重要功能材料，其应用己遍及人类日常生活的各个方面,由于其在信息、激光、导航和生物等高技术领域占有重要的地位，因此对它的研究在无机材料研究领域中非常活跃并具有诱人的前景。压电陶瓷是重要的机一电能量转换材料,其应用领域广泛，在国民经济中占有重要地位。压电陶瓷主要用于声纳(军用）、医疗设备、电视、通讯、导航及自动化.压电驱动器和超声马达构成的灵巧器件，是最近的重要发展方向。2000年，美国Business ComunicationCO。发表了长达174页的压电材料研究发展及市场的调查报告，认为这种材料具有许多重要应用领域及发展前景，并列举出44项新应
无铅压电陶瓷的研究现状与发展前景
无铅压电陶瓷的研究现状与发展前景 Tadashi Takenaka，Hajime Nagata Faculty of Science and Technology，Tokyo University of Science，Y amazaki 2641，Nada， Chiba-ken 278-8510，Japan 摘要：钙钛矿结构的陶瓷和铋层结构BLSF陶瓷因具有优良的绝缘性、铁电性和压电性，成为污染环境的含铅压电陶瓷的良好替代材料。钙钛矿陶瓷广泛应用于高能换能器，具有较高的压电常数d33(>300pC/N)和高的居里温度Tc(>200℃)。采用固相法制备的BaTiO3，即(1-x) BaTiO3-x(Bi0.5K0.5)TiO3[BTBK-100x]陶瓷,Tc随着x的增加而增加。BTBK-20+MnCO30.1wt%陶瓷显示出高的Tc（~200℃），同时机电耦合系数k33=0.35。固相法得到的a Bi0.5Na0.5)TiO3-b BaTiO3-c Bi0.5K0.5)TiO3[BNBK(100a/100b/100c)陶瓷,相对于BNBK(85.2/2.8/12)的d33和Tc 分别为191pC/N和301℃。另一方面，BLSF陶瓷是优良的高温压电传感器和具有高机械品质因数Qm的陶瓷共振器，并且在低温下谐振频繁(Tc-f r)。施主掺杂Bi4Ti3O12的陶瓷例如Bi4Ti3-x Nb x O12[BINT-x]和Bi4Ti3-x V x O12[BIVT-x]表现出高的Tc（~650℃）。BINT-0.08陶瓷初始晶粒的k33值为0.39并在350℃时保持这一值。基于固相体系的Bi3TiTaO9(BTT)Sr x-1Bi4-x Ti2-x Ta x O9[SBTT2(x)](1≤x≤2)在x=1.25的P型半导体中表现出高的Qm值(=13500)。 关键词：铁电性，压电性，钙钛矿，铋层结构铁电体 1. 前言 压电性是电子和机电材料表现出来的重要性质。应用最广泛的压电材料是三元系的PbTiO3-PbZrO3(PZT)。然而，近年来为了环境保护人们期望使用无铅材料。例如，欧盟将在电子和电器设备(WEEE)方面执行立法草案,限制有毒物质(RoHS)的排放和控制生活交通工具(ELF)。因此，无铅压电材料作为PZT陶瓷的替代材料吸引了广泛的注意力。 无铅压电材料，如压电单晶，有钙钛矿结构的铁电陶瓷，以及钨青铜和铋层结构铁电陶瓷(BLSF)已有报道。然而，没有哪种材料显示出优于PZT体系的压电性能。为了替代PZT体系，要求划分和发展各种应用领域的压电性能。例如，钙钛矿陶瓷能够应用于高能态的调节器。另一方面，铋层结构铁电陶瓷(BLSF)可应用于陶瓷过滤和谐振器的可选择材料。 本文将详细介绍钙钛矿铁电陶瓷和BLSF陶瓷的绝缘性、铁电性和压电性，这两种陶瓷是可优先选择并能减少对环境损害的无铅压电材料。
无铅压电陶瓷的制备
渭南师范学院 本科毕业论文 题目：无铅压电陶瓷的制备及其研究进展专业：材料化学 学院：化学与生命科学学院 毕业年份：2013 姓名：丁妮 学号：090944080 指导教师：李俊燕 职称：讲师 渭南师范学院教务处制
无铅压电陶瓷的制备及其研究进展 丁妮 (渭南师范学院化学与生命科学学院材料科学系09级1班) 摘要：无铅压电陶瓷的开发和应用已经成为各个国家的研究热点。因此本文总结了粉体的合成方法和无铅压电陶瓷的制备技术，并分析了当前应用最多的五类无铅压电陶瓷的特点和性能，最后指出其未来发展趋势。 关键词：无铅压电陶瓷；制备方法；水热法；陶瓷晶粒定向技术 压电陶瓷是一种能够实现机械能与电能之间转换的新型功能材料，与压电晶体相比，具有易制成复杂形状、成本低、机电耦合系数大、压电性能可调节性好以及优越的光、电、热、磁力学性能和化学稳定性等优点，已广泛用于电子、通信、航空、发电、探测、冶金、计算机等诸多领域[1]。传统压电陶瓷主要是以含铅的锆钛酸铅(PZT)系材料为主，其主要成分是氧化铅(60～70%以上)。氧化铅是一种易挥发的有毒物质，在生产、使用及废弃后的处理过程中，都会给人类和生态环境造成损害。PbO的挥发也会造成陶瓷中的化学计量比的偏离，使产品的一致性和重复性降低，需要密封烧结，使成本提高[2-6]。因此，研究开发高性能的无铅压电陶瓷具有非常重要的科学意义和紧迫的市场需求，逐渐成为研究的热点。特别是我国加入WTO后，能否成功开发出具有原始创新性的、拥有自主知识产权的、性能优良的无铅压电陶瓷体系，对我国压电陶瓷产业来说，既是严峻的生存挑战，又是腾飞的机遇。 1 无铅压电陶瓷的概念和分类 无铅压电陶瓷是指不含铅的压电陶瓷，其更深层含义是指既具有满意的使用性又有良好的环境协调性的压电陶瓷，它要求材料体系本身不含有可能对生态环境造成损害的物质，在制备、使用及废弃后处理过程中不产生可能对环境有害的物质，也不对人类及生态环境造成危害[7]。 目前研究的无铅压电陶瓷材料按组成可分为以下几类：钛酸钡基无铅压电陶瓷、铌酸盐基无铅压电陶瓷、Na0.5Bi0.5TiO3(BNT)基无铅压电陶瓷、钨青铜结构无铅压电陶瓷和铋层状结构无铅压电陶瓷。这些材料和传统的PZT基压电陶瓷相比，虽然有各自的特点，但压电性能比较差，不能完全取代目前广泛使用的PZT基压电陶瓷，为了提高无铅压电陶瓷的压电性能，人们已经在改变组分、掺杂改性等方面进行了大量的研究。作为无铅压电陶瓷材料研究、应用的基础，制备方法在提高无铅压电陶瓷性能方面显得尤为重要。 2 无铅压电陶瓷的制备方法 2.1 粉体制备方法 目前，固相法由于具有成本低、产量高以及制备工艺较简单等优点而成为无铅压电陶瓷最常用的制备方法，但是通过该方法制备的粉体，各种原料很难混合均匀，易混入杂质，且粉料活性较差，煅烧温度高，易造成组分的挥发，影响烧结样品的致密化，从而降低了样品性能。近几年来，人们开始研究软化学法制备陶瓷粉体以克服传统工艺的不足。软化学合成方法由于具有化学计量比准确、化学均匀性高以及成相温度低、致密化程度高、电学性能优异等优点而备受青睐。目前，制备无铅压电陶瓷的软化学方法主要有共沉淀法、溶胶-凝胶法、熔盐法和水热法等[8]。 2.1.1 共沉淀法 共沉淀法为在含有多种金属离子的溶液中加入沉淀剂利用Ksp作为理论依据，使金属离子完全、同时沉淀[9]。 杜仕国等[10]将草酸滴人BaCl2和TiCl4(或Ti(NO3)4、Ba(N03)2)的混合水溶液中，得BaTi(C2O4)2·4H2O的高纯度沉淀，经过滤、洗涤、热分解后，得到BaTiO3纳米微粒。因为共沉淀法在制备过程中就能完成反应及掺杂过程，故也可用于功能陶瓷的制备，如以H2Ti03、H2O2、NH3和Ca(NO3)2为原料，合成出CaTiO3。此法也可用于制备ZrO2基陶瓷粉体，如
压电陶瓷应用研究进展
压电陶瓷应用研究进展 程院莲,鲍 鸿,李 军,李小亚 (广东工业大学自动化学院,广东广州510090) 摘 要:阐述了压电陶瓷在振子、换能器及光电等方面的应用及近年来所取得的最新成果;给出了具体的最新应用实例。 关键词:压电陶瓷;超声换能器;压电驱动器 中图分类号:TN712+ 5 文献标识码:A 文章编号:1672-4984(2005)02-0012-03 Research progress in applications of piezoelectric ceramic C HENG Yuan -lian,BAO Hong,LI Jun,LI Xiao -ya (College of Automation,Guangdong University of Technology,Guangzhou 510090,China) Abstract:The applications to the aspects such as piezoelectric resonators ,piezoelectric transducer,photo devices,and the newest research outcomes made in the recent years are expounded,some newest application examples are also given Key words:Piezoelectric ceramic;Ultrasonic transducer;Piezoactuator 收稿日期:2004-06-09;收到修改稿日期:2004-08-17基金项目:广东省教育厅科研基金项目资助(030058)作者简介:程院莲(1978-),女,硕士研究生,主要从事检测技术与自动化装置研究。 1 引 言 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,它具有压电效应。所谓压电效应是指由应力诱导出极化(或电场),或由电场诱导出应力(或应变)的现象,前者为正压电效应,后者为负压电效应,两者统称为压电效应。目前为止,压电陶瓷的这种压电效应已被应用到与人们生活密切相关的许多领域,遍及工业、军事、医疗卫生、日常生活等。可见压电陶瓷应用的研究意义非常重大。随着新工艺和新材料的出现,压电陶瓷应用日新月异,本文描述了一些压电陶瓷新应用成果。 2 压电陶瓷的广泛应用 压电陶瓷的应用十分广泛。大体说来,可分为频率控制、换能传感和光电器件等方面。2 1 压电陶瓷频率控制器件 压电频率控制器件有滤波器、谐振器和延迟线等,这类器件使用于道倍机、微机、彩电延迟电路等中。压电陶瓷片(压电振子)在外加交变电压作用下,会产生一定频率的机械振动。在一般情况下这种振动的振幅很小,但是当所加电压的频率与压电 振子的固有机械振动频率相同时会引起共振,振幅 大大增加。这时,交变电场通过逆压电效应产生应变,而应变又通过正压电效应产生电流,电能和机械能最大限度地互相转换,形成振荡。利用压电振子这一特点,可以制造各种滤波器、谐振器等,其频率稳定性好,精度高,适用频率范围宽,体积小,不吸潮,寿命长,特别是在多路通信设备中能提高抗干扰性,所以目前已取代了相当大一部份电磁振荡器和滤波器,而且这一趋势还在不断发展中。2 2 压电换能器及传感器 压电陶瓷在交变电场作用下,会产生伸缩振动,从而向介质中发射声波。当交变电场的频率与压电陶瓷的固有机械频率相近时会产生共振,它能发出很强的超声波振动。因而可利用所产生的高强度超声波来改变物质的性质和状态,如超声清洗、超声乳化以及制作各种超声切割器、焊接装置及烙铁,对塑料甚至金属进行加工等。压电晶体产生的超声波在介质中传播,遇到障碍物时,大部分声能被折回形成回波,回波再被压电晶体接收转变成电信号,电信号的幅度与给定频率下的声信号的幅度成比例。根据此电信号的各种参量,可以进行超声医疗,对金属进行无损探测以及探测水下物体等。其中把声能转换为电能的换能器叫作接收器或水听器;把电能转换为声能的换能器叫作发射器。声纳就是这方面的一个广泛应用,有些声纳用同一只换能器来发射和接收声音;另一些则使用分开的发射器和水听器。其 第31卷第2期 2005年3月中国测试技术 C HINA MEASUREME NT TECHNOLOGY Vol 31 No 2Mar,2005
压电晶体与压电陶瓷的结构、性能与应用Word版
压电晶体与压电陶瓷的结构、性能与应用 摘要：压电晶体与压电陶瓷作为典型的功能材料，具有能实现机械能与电能之间互相转换的工作特性，在电子材料领域占据相当大的比重。本文从压电效应入手，阐述了压电晶体与压电陶瓷的结构原理以及性能特点。针对压电晶体与压电陶瓷在生产实践中的应用情况，综述了其近年来的研究进展，并系统介绍了其在各个领域的应用情况和发展趋势。 关键词：压电晶体压电陶瓷压电效应结构性能应用发展 引言 1880年皮埃尔?居里和雅克?居里兄弟在研究热电现象和晶体对称性的时候，在α石英晶体上最先发现了压电效应。1881年，居里兄弟用实验证实了压电晶体在外加电场作用下会发生形变。1894年，德国物理学家沃德马?沃伊特，推论出只有无对称中心的20中点群的晶体才可能具有压电效应。[1] 石英是压电晶体的代表，利用石英的压电效应可以制成振荡器和滤波器等频率控制元件。在第一次世界大战中，居里的继承人朗之万，为了探测德国的潜水艇，用石英制成了水下超声探测器，从而揭开了压电应用史的光辉篇章。 除了石英晶体外，酒石酸钾钠、BaTiO3陶瓷也付诸应用。1947年美国的罗伯特在BaTiO3陶瓷上加高压进行极化处理，获得了压电陶瓷的压电性。随后，美国和日本都积极开展应用BaTiO3压电陶瓷制作超声换能器、音频换能器、压力传感器等计测器件以及滤波器和谐振器等压电器件的研究，这种广泛的应用研究进行到上世纪50年代中期。 1955年美国的B.贾菲等人发现了比BaTiO3的压电性优越的PbZrO3-PbTiO3二元系压电陶瓷，即PZT压电陶瓷，大大加快了应用压电陶瓷的速度，使压电的应用出现了一个崭新的局面。BaTiO3时代难以实用化的一些应用，特别是压电陶瓷滤波器和谐振器以及机械滤波器等，随着PZT压电陶瓷的出现而迅速地实用化了。采用压电材料的SAW滤波器、延迟线和振荡器等SAW器件，上世纪70年代末也已实用化。上世纪70年代初引起人们注意的有机聚合物压电材料（PVDF），现在也已基本成熟，并已达到了生产规模。如今,随着应用范围的不断扩大以及制备技术的提升,更多高性能的环保型压电材料也正在研究中。 一、压电晶体与压电陶瓷的结构及原理 压电效应包含正压电效应与逆压电效应，当某些电介质在一定方向上受到外力的作用而发生变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷，当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变，并且受力所产生的电荷量与外力的大小成正比，而当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应；相反，当在电介质的极化方向上施加交变电场，这些电介质也会发生机械变形，电场去掉后，电介质的机械变形随之消失，这种现象称为逆压电效应。正压电效应是把机械能转换为电能，而逆压电效应是把电能转换为机械能。 1.1压电效应原理
无铅压电陶瓷的制备【开题报告】
毕业论文开题报告 应用物理 无铅压电陶瓷的制备 一、选题的背景与意义 铁电压电陶瓷作为一种非常有用的功能材料已经深入我们的生活，它在许多的电子产品上有着重要的功能，目前压电陶瓷主要是以锆钛酸铅(PZT)为基通过掺杂制得的，由于PZT中含有污染环境的Pb，所以国际上对电子产品中Pb的含量有着严格的限制，并且PZT在烧结时它的主要成分PbO2（高达60%-70%）会产生严重的挥发，所以在制备的过程中需要密封烧结，不仅增加了成本，也使得产品的性能有所下降．为解决目前压电陶瓷中Pb对环境的污染问题，提高产品的性能，降低生产成本，大力发展无铅铁电压电陶瓷就非常具有现实意义．基于无铅压电陶瓷必定会在未来取代有铅压电陶瓷，所以国家对此项目也十分的支持，无铅压电陶瓷的性能研究和制备技术已得到国家＂十五＂和＂863＂高技术新材料特种功能材料领域的支持。 二、研究的基本内容与拟解决的主要问题 在所有无铅压电陶瓷中，(Bi0.5Na0.5)TiO3是一种有前途的基材料。BNT在室温下具有较强的铁电性，相当大的剩余极化强度Pr=3.8×10-5C/cm2，也具有相对较高的居里温度Tc=320℃，但是它有较高的矫顽场强Ec=73kv/cm,难以极化，并且在去极化温度T d=220℃时会发生退极化，失去压电性，相对PZT它对温度的稳定性也较差，所以，有必要提高BNT的压电性能，并且适当降低它的矫顽电场。由BNT－BT组成的二元系可能具有较低的矫顽电场，使陶瓷极化较容易。并且掺入适当的KNbO3可使晶粒择优定向生长，可获得性能良好的无铅压电陶瓷。 研究的基本内容： 1.本课题主要的研究内容是利用固相法以及分析纯氧化物Bi2O3(99.9%), Na2CO3 (99.8%), BaCO3(99%), TiO2(99%) and K2CO3(99%), Nb2O5(99.5%)制备出三元无铅的Bi0.5Na0.5TiO3-BaTiO3-KNbO3（BNT-BT-KN）陶瓷。 制备所利用的原理： Bi2O3+NaCO3+TiO3煅烧(Bi1/2Na1/2)TiO3+CO2 BaCO3+TiO3煅烧BaTiO3+CO2 K2CO3+Nb2O5煅烧KNbO3+CO2
无铅压电陶瓷材料的研究现状
龙源期刊网 https://www.sodocs.net/doc/6f11206664.html, 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）；
电子工程师必备知识
电子工程师的设计经验笔记(经典) 关键字：电子工程师设计经验 电子工程师必备基础知识(一) 运算放大器通过简单的外围元件，在模拟电路和数字电路中得到非常广泛的应用。运算放大器有好些个型号，在详细的性能参数上有几个差别，但原理和应用方法一样。 运算放大器通常有两个输入端，即正向输入端和反向输入端，有且只有一个输出端。部分运算放大器除了两个输入和一个输出外，还有几个改善性能的补偿引脚。 光敏电阻的阻值随着光线强弱的变化而明显的变化。所以，能够用来制作智能窗帘、路灯自动开关、照相机快门时间自动调节器等。 干簧管是能够通过磁场来控制电路通断的电子元件。干簧管内部由软磁金属簧片组成，在有磁场的情况，金属簧片能够聚集磁力线并使受到力的作用，从而达到接通或断开的作用。 更多阅读：电容性负载的稳定性—具有双通道反馈的RISO(1) 电子工程师必备基础知识(二) 电容的作用用三个字来说：“充放电。”不要小看这三个字，就因为这三个字，电容能够通过交流电，隔断直流电;通高频交流电，阻碍低频交流电。 电容的作用如果用八个字来说那就：“隔直通交，通高阻低。”这八个字是根据“充放电”三个字得出来的，不理解没关系，先死记硬背住。 能够根据直流电源输出电流的大小和后级(电路或产品)对电源的要求来先择滤波电容，通常情况下，每1安培电流对应1000UF-4700UF是比较合适的。 电子工程师必备基础知识(三) 电感的作用用四个字来说：“电磁转换。”不要小看这四个字，就因为这四个字，电感能够隔断交流电，通过直流电;通低频交流电，阻碍高频交流电。电感的作用再用八个字来说那就：“隔交通直，通低阻高。”这八个字是根据“电磁转换”三个字得出来的。
PZT压电陶瓷国内外发展现状及趋势
PZT压电陶瓷国内外发展现状及趋势 摘要：PZT压电陶瓷是目前最有效地实现机械能与电能的转换的陶瓷，所以在现代工业上有着广泛的应用。本文对压电陶瓷的发展现状及制作流程进行了介绍，以及对复合、无铅压电陶瓷发展趋势作出简要的预测。 关键词：压电陶瓷，发展状况，制作流程，趋势，复合材料，无铅 前言 压电陶瓷作为功能陶瓷的重要组成部分，在19世纪80年代，居里兄弟发现压电效应后，得到了迅速的研究及发展。目前具有压电效应的研究在三个方面：压电陶瓷、压电高分子、压电晶体，最具有压电效应的是压电陶瓷。压电陶瓷作为一种重要的力、热、电、光敏感性强的功能材料，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得到了广泛的应用。并且因其低成本、高压电转换的优点，随着加工工艺的进步及优化，它在航空航天、电子、信息等高科技方面有着很高的研究及应用价值。 1、压电陶瓷的基本原理及概念 压电效应，顾名思义是压电陶瓷所特有的性质，在某些电介质上加载负荷后，使其电荷产生极化现象，在其表面正负电荷分离；当去除外力后，极化现象不消失，称为正压电效应；相反，当在电介质的极化方向上施加电场，电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的
变形随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为电致伸缩现象。 晶体构造上不存在对称中心是产生压电效应的必要条件。当没有外力作用时晶体的正反电荷中心重合，晶体对外不显极化，单位体积中的电偶极矩为零，因而表面净电荷为零。但是当晶体沿某一方向加载机械力时，晶体发生形变时，正负电荷中心分离，晶体就对外呈现极化。对于有对称中心的电介质无论有无外力作用都不可能发生压电效应。 在压电陶瓷中，综合性能最好的为1954年美国贾菲等人发现的PbZrO3—PbTiO3(PZT)系固溶体系统,占压电陶瓷总产量的70%。纯的PbZrO3和PbTiO3的熔融温度均在1573K以上，但含杂质的PbZrO3与PbTiO3的熔融温度远比纯的低。由液相冷却可形成Pb(Ti，Zr)O3。固溶体．冷却温度在居里温度以上时，其结构为立方晶系钙钛矿型，到居里温度时发生相变并发生自发极化转成铁电相。PZT的晶格常数随组成的不同而不同，在四方铁电相区域，随着PbZrO3含量的增加a(=b)轴显著增大，c轴稍有缩短，晶胞体积增大，使得它有良好的机电耦合系数和机械品质因素。此后，研究者们利用掺杂的办法利用三元系不断改进其压电性能。 机电耦合系数：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，这种表示能量相互变换的程度用机电耦合系数表示，即：k33=E c/E e.通常用K33表示。 机械品质因数：压电振子在谐振时贮存的机械能与在一个振动周期内损耗的机械能之比称为机械品质因数，它是一个无因次的物理
BiAlO_3基高温无铅压电陶瓷的研究进展
第25卷第3期2010年3月 无机材料学报Jour nal of I norgan i cM aterials V o.l 25,No .3 Mar .,2010 文章编号:10002324X(2010)0320225205 DO I :10.3724/SP.J .1077.2010.00225 收稿日期: 2009206220,收到修改稿日期: 2009208213 基金项目: 国家自然科学基金(60601020);北京市自然科学基金(4072006);北京市科技新星计划(2007A014)作者简介: 侯育冬(1974-),男,博士,副教授.E 2ma i :l ydhou@b j u t .edu .cn Bi A l O 3基高温无铅压电陶瓷的研究进展 侯育冬,崔磊,王赛,王超,朱满康,严辉 (北京工业大学材料科学与工程学院,北京100124) 摘要:铝酸铋(B i A l O 3)是近年发现的一种新型钙钛矿结构无铅压电材料,在-133e 到550e 的温度范围内不存在结构相变,适合作为高温压电器件材料使用.本文从理论计算,高压合成工艺和添加第二组元等方面归纳和分析了B i A l O 3基无铅陶瓷的研究进展和趋势,评述了现有研究中存在的问题和不足,并对B i A l O 3基无铅压电陶瓷今后的研究和发展提出一些建议. 关 键 词:高温压电陶瓷;铝酸铋;钙钛矿结构中图分类号:T M 282 文献标识码:A P rogress in R esea rch on B i A l O 32based H igh T e m pera ture L ead 2free P iezoelectr ic Ceram ics HO U Yu 2Dong ,CU I Le,i WANG Sa,i WANG Chao ,Z HU M an 2Kang ,Y AN H u i (College ofMateri als Science and Engi neeri ng ,Beiji ng Un i versity ofTechnology ,Beiji ng 100124,China) A bstra ct :The b is muth a l u m inate (Bi A l O 3)is a ne w developed lead 2f ree piez oelectric materialw it h perovs 2kite structure .Bi A l O 3has no structura l phase transiti o ns bet w een -133e and 550e ,wh ich i n dica tes that it is suitab le to be applied in h i g h te mperature p iez oelectric device .I n this paper ,the research progress and trends on Bi A l O 3based cera m ics are revie wed w ith e mphases on t h e t h eoretica l calcu lation ,high pressure syn t h etic technology and the additi o n of t h e second co mpound .The li m itation and proble ms in t h e recent wor ks are d iscussed ,and so me i d eas f or f u rther deve l o pment of Bi A l O 3based cera m ics are suggested .K ey words :h i g h te mperature piez oelectric cera m ics ;Bi A l O 3;perovskite struct u re 压电陶瓷可以实现机械能与电能的相互转换,是一类重要的功能材料,已广泛应用于通信、电子、冶金和机械等诸多领域.近10年来,随着航天航空、石油化工、地质勘探、核能发电、汽车制造等工业的迅猛发展,电子设备需要在更高温度下工作,对高温压电材料和器件的需求越来越迫切.例如:在汽车中工作的动态燃料注射喷嘴工作温度高达300e ;油井下使用的声波测井换能器工作温度也达到200~300e .作为高温压电陶瓷材料,必须在较高温度下(>400e )不出现结构相变以保证不发生高温退极化现象而劣化压电器件的温度稳定性.但是,目前商业化应用的压电陶瓷仍以钙钛矿结构的锆钛酸铅Pb(Zr ,T i)O 3(缩写为PZ T )体系为主,这类材料的居里温度低于400e (一般在250~380e ),由于热激活老化过程,其安全使用温度被限制在居里温度的 1/2处,仅适于常规条件下使用[1] . 2001年,美国宾州州立大学的E itel 等研究发现,PbT i O 32BiSc O 3体系存在准同型相界结构(MPB),具有高居里温度(T c >450e )和优良压电性能,可以满足高温压电换能器件的使用需要[2] .这一发现引发了国内外的研究热潮,针对PbT i O 32BiSc O 3体系的掺杂与复合改性开展了许多工作[324].尽管PbT i O 32BiSc O 3体系性能优异,部分甚至已经商用于高温压电换能器,但是与传统的PZ T 体系一样,这类材料的共同缺点是含铅.铅基材料在生产、使用及废弃处理过程中会污染环境,给生物和人类健康带来很大危害[526] .因而,研究和开发具有优良压电性能的高温无铅压电陶瓷材料具有重大的经济价值和社会意义. 1 钙钛矿结构无铅压电陶瓷 压电陶瓷根据其晶体结构一般可分为三种类型:
压电陶瓷测量基本知识
压电陶瓷及其测量原理 近年来，压电陶瓷的研究发展迅速，取得一系列重大成果，应用范围不断扩大，已深入到国民经济和尖端技术的各个方面中，成为不可或缺的现代化工业材料之一。由于压电材料的各向异性，每一项性能参数在不同的方向所表现出的数值不同，这就使得压电陶瓷材料的性能参数比一般各向同性的介质材料多得多。同时，压电陶瓷的众多的性能参数也是它广泛应用的重要基础。 （一）压电陶瓷的主要性能及参数 （1）压电效应与压电陶瓷 在没有对称中心的晶体上施加压力、张力或切向力时，则发生与应力成比例的介质极化，同时在晶体两端将出现正负电荷，这一现象称为正压电效应；反之，在晶体上施加电场时，则将产生与电场强度成比例的变形或机械应力，这一现象称为逆压电效应。这两种正、逆压电效应统称为压电效应。晶体是否出现压电效应由构成晶体的原子和离子的排列方式，即晶体的对称性所决定。在声波测井仪器中，发射探头利用的是正压电效应，接收探头利用的是逆压电效应。 （2）压电陶瓷的主要参数 1 、介质损耗 介质损耗是包括压电陶瓷在内的任何电介质的重要品质指标之一。在交变电场下，电介质所积蓄的电荷有两种分量：一种是有功部分（同相），由电导过程所引起；另一种为无功部分（异相），由介质弛豫过程所引起。介质损耗是异相分量与同相分量的比值，如图 1 所示，I C为同相分量，I R为异相分量，I C与总电流I的夹角为，其正切值为
2、机械品质因数 机械品质因数是描述压电陶瓷在机械振动时， 材料内部能量消耗程度的一个参数， 它也是衡 量压电陶瓷材料性能的一个重要参数。 机械品质因数越大， 能量的损耗越小。产生能量损耗 的原因在于材料的内部摩擦。机械品质因数 Q m 的定义为: 谐振时振子储存的机械能 c Qm 谐振时振子每周所 损失的机械能 2 兀 机械品质因数可根据等效电路计算而得 式中 R 1为等效电阻 （Q ） , s 为串联谐振角频率（Hz ）, C 1为振子谐振时的等效电容 （F ），L 1为振子谐振时的等效电感。 Q m 与其它参数之间的关系将在后续详细推导。 不同的压电器件对压电陶瓷材料的 Q m 值的要求不同，在大多数的场合下（包括声波 测井的压电陶瓷探头），压电陶瓷器件要求压电陶瓷的 Q m 值要高。 3、压电常数 压电陶瓷具有压电性， 即在其外部施加应力时能产生额外的电荷。 其产生的电荷与施加 tan 1 CR 其中3为交变电场的角频率, R 为损耗电阻，C 为介质电容。 s R 1C 1 s L 1 图1交流电路中电压-电流矢量图（有损耗时）
高温压电陶瓷材料研究进展
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2008年第27卷第1期 ·16· 化 工 进 展 高温压电陶瓷材料研究进展 李庆利，曹建新，赵丽媛，吕剑明，范冠锋 （贵州大学化学工程学院，贵州 贵阳 550003） 摘 要：随着高新技术的迅速发展，对压电器件工作温度的要求越来越高，因此高温压电陶瓷材料成为近几年研究的热点之一。介绍了国内外学者对钙钛矿结构、钨青铜结构和铋层状结构压电陶瓷进行改性，获得一系列高温压电陶瓷材料的研究现状。展望了高温压电陶瓷材料的发展前景，并对其今后的研究方向提出了建议。 关键词：高温压电陶瓷；改性；钙钛矿结构；钨青铜结构；铋层状结构 中图分类号：TM 282 文献标识码：A 文章编号：1000–6613（2008）01–0016–05 Research progress in high temperature piezoceramics LI Qingli ，CAO Jianxin ，ZHAO Liyuan ，Lü Jianming ，F AN Guanfeng (College of Chemical Engineering ，Guizhou University ，Guiyang 550003，Guizhou ，China) Abstract ：Along with the rapid development of high-technology ，the operation temperature of piezoelectric devices are getting higher and higher ，consequently ，the high temperature piezoceramics has become one of the research focuses of piezoceramics. In this paper ，the research status of modified perovskite ，tungsten bronze and bismuth layer structure of high temperature piezoceramics is introduced. The prospect of the high temperature piezoceramics is presented ，and suggestions for its future research are made. Key words ：high temperature piezoceramics ；modification ；perovskite structure ；tungsten bronze structure ；Bi-layer structure 作为一种新型功能材料，高温压电陶瓷被广泛应用于航空航天、核能、冶金、石油化工、地质勘探等许多特殊领域。但是，目前商业化应用的锆钛酸铅体系压电陶瓷的居里温度一般在250～380 ℃，由于热激活老化过程，其安全使用温度被限制在居里温度的1/2处。压电性能优良，使用温度低于400 ℃的高温压电陶瓷材料已经不能满足当前高新技术发展的要求。此外，商用高温传感器所采用的压电材料仅限于LiNbO 3等单晶材料，生产工艺复杂，价格极其昂贵，而且国内目前尚无性能优良、使用温度高于350 ℃的高温压电陶瓷传感器产品，国外对这类器件的研究 报道也很少[1－ 4]。因此，高温压电陶瓷材料成为近几年来研究的热点，各种新成果、新技术不断涌现。本文综述了高温压电陶瓷材料的最新研究进展。 1 钙钛矿结构高温压电陶瓷材料 2.1 改性钛酸铅压电陶瓷 纯钛酸铅在常温下为四方钙钛矿型结构，介电 常数小，压电性能高，压电各向异性大，居里温度 高（T C =490 ℃） ，因而适于在高温下工作。但是，由于纯钛酸铅陶瓷难以烧结，当晶体冷却通过居里点时，在内应力作用下易自行开裂；大的轴向比率使得其矫顽场大，难以极化。为此，很多研究者采用掺杂形成固熔体的方法来解决这一问题，并取得 了较好的研究成果（见表1[5－ 12]） 。 宴伯武等[5]选用居里点较高的复合钙钛矿型化 合物Pb (Cd 4/9Nb 2/9W 3/9 )O 3（T C =495 ℃）对PbTiO 3进行B 位取代，并掺杂适量MnO 2抑制晶粒的过分生长，以形成均匀细密的内部结构，制备了0.2PCNW-0.8PT-x MnO 2陶瓷。这种陶瓷材料在 x =1.0%时，系统k t 可达0.45， T C ≥480℃，T 33ε在200收稿日期：2007–07–13；修改稿日期：2007–08–13。 基金项目：贵州省优秀科技教育人才省长专项基金（2005-111）及贵州省科技攻关计划项目［黔科合GY 字（2006）3030］。 第一作者简介：李庆利（1981—），男，硕士研究生。E –mail pie_ql@https://www.sodocs.net/doc/6f11206664.html, 。联系人：曹建新，教授，硕士生导师，主要从事高性能无机材料研究。电话 0851–4733010；E –mail jxcao@https://www.sodocs.net/doc/6f11206664.html, 。
无铅压电陶瓷厚膜研究进展新 (修复的)
无铅压电陶瓷厚膜的研究进展 （西安建筑科技大学材料学院，西安 710055 ） 摘要：近年来随着人们对环境问题的重视，无铅压电陶瓷的研究成为热点。无铅压电厚膜因其特殊的电学性能在生活中具有广泛的应用。本文从丝网印刷法、复合溶胶-凝胶法、流延成型法、气溶胶沉淀法、电泳沉积法等方面综述了近年来无铅压电厚膜的制备方法，归纳了无铅厚膜的研究热点和研究进展。然而无铅粉体掺杂改性和粉体晶粒定向生长的内在物理机制的研究还未成熟。织构化陶瓷的制备工艺和更低的烧结温度及多种工艺的结合使用制备厚膜应成为今后的研究重点，为制备高性能的无铅压电陶瓷厚膜打下良好的基础。 关键词：无铅压电陶瓷;制备方法; 厚膜 中文图书分类号：TB34文献标识码：A Abstract:Recentlytheresearchoflead-freepiezoelectricceramichasattractedconsiderableattentionwithimprov ementofenvironmentprotection.Thethickfilmsoflead-freepiezoelectricceramichavebeenwidelyusedwithitsex cellentproperties.Inthispaperwesummarizedthelatestfabricationmethodsandresearchprogressofthethickfilmsf romscreenprinting, sol-gel, tape-casting,aerosol-deposited,electrophoreticdepositionetal. However，theinnerphysicalmechanismresearchofthemodificationoflead-freepowderdopedandtemplategraingrowtharest illimmature.Theprocesstofabricatetexturedlead-freepiezoelectricceramicandlowersinteringtemperatureandth euniteofvariousprocesswouldbeemphasizedinthefuture,whichwilllayagoodfoundationforthepreparationofhig h-performancelead-freepiezoelectricceramicthick-film. Keywords:lead-freepiezoelectricceramic;fabricationmethod; thickfilm 1.引言 压电陶瓷是一种将机械能与电能相互转化的功能材料，在传感器、微泵、振荡器、换能器、滤波器、微位移器和制动器等方面具有广泛的应用[1-3]。在使用温度下它具有稳定的化学、物理性能。目前被广泛应用的压电陶瓷体系大多是铅基压电陶瓷，如锆钛酸铅基（PZT）压电陶瓷[4]。但在PZT陶瓷体系中，氧化铅（PbO）的含量通常在60wt%以上，而氧化铅在陶瓷成型烧结中具有较强的挥发性，不仅对人体的健康、环境造成危害，而且使烧结过程中陶瓷的化学计量比偏离原配方，给陶瓷的制作工艺和产品的稳定性带来诸多问题，使陶瓷的性能降低。含铅器件废弃后回收进行无公害处理所需的成本甚至高于制造成本[5]。近年来随着人们对环境保护的重视和市场对压电材料需求的增大，研发新型环境友好的铁电、压电材料已成为世界发达国家致力研发的热点材料之一[6]。 压电厚膜厚膜材料厚度一般在10μm-100μm之间。其与薄膜材料相比电性受界面表面等影响较小，较大的厚度能够产生较强的驱动力且具有高灵敏度和宽工作频率[7]。与压电块体材料相比，压电厚膜驱动电压低（﹤5V），使用频率高，能够与半导体工艺兼