特种陶瓷_材料科学_工程科技_专业资料.doc

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1、无铅压电陶瓷的研究现状与应用进展（武汉科技大学材料与冶金学院，湖北武汉430080）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究的热点。本文综述了无铅压电陶瓷研究开发的相关进展，重点介绍了BaTiO3基、1/2Na1/2TiO3基、Bi锡层状结构、（K,Na,Li）NbO3基及鸨青铜结构无铅压电陶瓷等体系的研究现状，本文从粉体制备方法和陶瓷制备新技术两个方面综述了近几年无铅压电陶瓷制备方法（如溶胶法、凝水热法、熔盐法、压电厚膜技术、放电等离子烧结技术等）的研究进展，并对制备出的无铅压电陶瓷的性能与传统方法进行了对比，

2、讨论了不同制备方法的优缺点。最后对无铅压电陶瓷的发展趋势作了展望。关键词：无铅压电陶瓷；锡层状结构；掺杂改性；制备方法；熔盐法；压电厚膜中图分类号：TM282文献标志码：A文章编号:1671-8887（2006）03・0040-051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、易于制备各神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，遍及口常生活、工业生产以及军事等领域。随着电了信息技术的飞速发展，现在对电了元器件的小型化、

3、功能化、低成木、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无铅压电陶瓷是指不含铅的压电陶瓷，BNT基无铅压电陶瓷；KNN基无铅压电陶瓷；挞层状结构无铅压电陶瓷；钙青铜结构无铅压电陶瓷;BaTiO3基无铅压电陶瓷.本文结含无铅压电陶瓷研究和开发的近期进展，综合评述了无铅压电陶瓷的研究思路、研究现状以及发展趋势，并就无铅压电陶瓷今后的研究和发展提出了一些建议。2粉体制备方法无铅压电陶瓷材料的优异性能是由其特殊的化学组成和显微结构来实现的，粉体的制备是原料的准备阶段，它的性能直接影

4、响陶瓷材料的组成与结构，进而影响到材料的性能。2.1胶法凝溶胶法是以金属醇盐或者无机盐为原料经水解，缩合，使溶液形成溶胶，然后再使溶胶凝胶化，经热处理形成纳米级的粉体，然后再制备成无铅压电陶瓷。溶胶法具有成本低、凝工艺和设备简单等优点，因此许多学者对其进行了研究。烧结出设无铅压电陶瓷比较致密，其压电和介电性能比较优异；反应过程易于控制，设备简单，操作方便。但是溶胶工艺也存在干燥收缩大，金属醇盐价格昂贵，有机溶剂对身体有害O2.2水热法水热法是指在特制的密闭反应器（高压釜）中，采用水溶液作为反应体系，通过将反应体系加热至临界温度（或接近临界温度），在

5、反应体系中产生高压环境而进行无机合成与材料制备的一种有效方法。水热条件下离了反应和水解反应可以得到加速和促进，使一些在常温下反应速度很慢的热力学反应，在水热条件下可以实现快速反应。水热法制备无铅压电陶瓷其优点有：（1）粉体可真正实现低温合成，减少了一些挥发性物质的挥发，保证反应生成物的化学计量比；（2）粉体粒径发育良好，粒度分布均匀，颗粒度可控制，团聚程度轻；（3）无需球磨和高温锻烧，可以直接从液相中得到粉体，可避免杂质和结构缺陷的出现；（4）水热合成所用原料比较便宜，制备过程重发性好；（5）烧结出的无铅压电陶瓷密度高，介电性能优异o2.3熔盐法熔

6、盐法是一种在较低的反应温度下和较短的时间内制备纯净粉体的简便方法。所谓焰盐法，即将盐与反应物按照一定的比例配制反应混合物，混合均匀后，加热使盐熔化，反应物在盐的熔体中进行反应，生成产物，冷却至室温后，以去离了水清冼数次以除去其中的盐得到产物粉体。焰盐法合成无铅压电陶瓷粉体有以下优点：（1）操作过程简单，不需其它专用设备；（2）能使反应在较短的时间内和较低的温度下完成；（3）能够比较容易的控制粉体颗粒的形状和尺寸；（4）由于反应体系为液相，因而合成产物各组分配比准确，成分均匀，无偏析；（5）合成粉体的分散性很好，经溶解洗涤后的产物几乎没有团聚现象存在

7、；（6）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。3陶瓷制备工艺无铅压电陶浚制备工艺技术如SPS、HNM（高能球磨）、TGG以及RTGG等也有了长足进展.特别是TGG及RTGG制备工艺，通过陶瓷晶粒定向生长，极大地促进了无铅压电陶瓷性能的改善.陶瓷晶粒定向生长是指通过特殊的工艺控制，使原本无规则的陶瓷晶粒定向押冽，形成织构化的微观结构，获得接近于单晶的物理性能.在陶瓷制备过程中通过温度梯度、电场、磁场、施加剪切力或轴向力、添加形貌芥向异性的模板晶粒等手段，使陶瓷晶粒在烧结时定仙生长，从而获得织构化的晶粒定仙陶瓷.织

8、构化晶粒定向陶瓷的压电性能远优于普通烧结陶瓷.如织构PMN-PT陶瓷具有高达1600pC/N（d33）的压电常数.TGG是