无铅压电陶瓷科普简介课件.pptx

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1、无铅压电陶瓷主要内容无铅压电陶瓷简介1无铅压电陶瓷主要体系2无铅压电陶瓷的制备3无铅压电陶瓷的应用前景421无铅压电陶瓷简介——1.1压电效应压电效应某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，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；反之，施加激励电场，介质产生机械变形，称为逆压电效应；晶体的这种性质称为压电性。具有压电效应的材料称为压电材料。无铅压电陶瓷的直接含义就是不含铅的压电陶瓷。3逆压电效应电能正压电效应机械能1.2发展无铅压电陶瓷的原因传统压电陶瓷—PZT无铅压电陶瓷优

2、点：具有优越的压电性能，居里温度高，机电耦合系数及机械品质因数大，温度稳定性和耐久性好，且形状可以任意选择，便于大量生产。缺点：主要成分氧化铅(60~70%以上)。氧化铅是一种易挥发的有毒物质,烧结温度一般在1200℃以上，PbO容易挥发，经常使得PZT（锆钛酸铅）陶瓷的化学计量比发生偏差，性能难以稳定控制，而且对环境造成污染，危害人体健康。非铅系压电铁电陶瓷体系，包括，钙钛矿结构（钛酸钡(BaTiO3)）。发展无铅的目的，是获得既具有满意的使用性能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

3、能对环境有害的物质.1.3无铅压电陶瓷的发展历史20世纪80年代20世纪60年代20世纪90年代最近几年研究了以铌酸盐和钛酸盐为主的具有钛酸钙矿结构的无铅压电陶瓷。具有钙钛矿结构的碱金属铌酸盐陶瓷体系和钛酸铋钠陶瓷体系是人们关注的热点。无铅压电的研究体系集中在铌系压电陶瓷及铋层状结构化合物。主要的无铅压电陶瓷体系有钛酸钡、钛酸铋钠、铋层结构及铌酸盐基压电陶瓷。52无铅压电陶瓷的主要体系钛酸钡基无铅压电陶瓷ABNT基无铅压电陶瓷B铋层状结构压电陶瓷C铌酸盐系无铅压电陶瓷D62.1钛酸钡基无铅压电陶瓷钛酸钡（BaTiO3）是最早发现有压电性的陶瓷，属于ABO3型钙钛矿结构（如

4、图1所示）。BaTiO3的居里点tC＝120℃，在室温时，它有很强的压电铁电性，表现出较强的沿c轴自发极化的铁电性，当温度高于120℃时，BaTiO3晶体属于立方晶系，压电铁电性能消失。在钛酸铅系压电陶瓷出现以前一直以其较强的压电性和易于制造等优点在压电陶瓷中占主导地位。7钛酸钡陶瓷存在以下不足123居里点不高，工作温度范围狭窄，在室温附近（即在工作温区）存在着相变，使用不方便，不能用于大功率的换能器。钛酸钡陶瓷的压电性能与含铅系列陶瓷相比，还有一定的差距，难以通过掺杂改性大幅度改善其性能，以满足不同的需要。需要高温烧结（1300～1350°C），且烧结存在一定难度，所以

5、它目前并不能替代PZT陶瓷在压电铁电性能方面广泛应用，而是主要用作电容器材料及PTC材料等方面。82.1钛酸钡基无铅压电陶瓷BaTiO3(BT)基无铅压电材料体系主要有：1）(1–x)BaTiO3-xABO3（A=Ba、Ca等；B=Zr、Sn、Hf、Ce等）；2）(1–x)BaTiO3-xA1B1O3（A1=K、Na等；B1=Nb，Ta等）；3）(1–x)BaTiO3-xA20.5NbO3（A2=Ca、Sr、Ba等）。比较令人注目的是以Zr取代Ti且添加金属氧化物形成的Ba(Ti1–yZry)O3(BZT)体系，其压电性能佳(压电常数d33>300pC/N，机电耦合系数k

6、33最高可达到65％)，工作温区较改性前有所拓宽(–30～＋80°C)。92.1钛酸钡基无铅压电陶瓷2.2BNT基无铅压电陶瓷钛酸铋钠(Na1/2Bi1/2)TiO3，简写为BNT基的压电陶瓷。BNT于1960年被Smolensky发现，是一种A位复合取代的钙钛矿型铁电体。它在200°C以下为铁电三方相，居里点为320℃，320℃以上以顺电相存在。优点：机电耦合系数各向异性较大（kt约50％，kp约13％），用作厚度振动的振子，容易除去不必要的振动；居里温度较高（320℃）；相对介电常数较小（240～340）；热释电性能与BaTiO3和PZT相当；声学性能好（Np＝320

7、0Hz·m），在超声方面应用较PZT优越；而且烧结温度低，一般在1200°C以下。缺点：BNT的矫顽场高(Ec=73kV／cm)，在铁电相区的电导率高，因而很难极化。加之NaO易吸潮，陶瓷的烧结温度范围窄，导致体系的化学性能稳定性较铅基陶瓷差。因此，单纯的BNT陶瓷难以实用化。研究表明，在BNT基础上进行掺杂改性形成具有铁电性的系列固溶体，能够在一定程度上克服BNT的这些缺点，并能提高其压电性能，从而获得具有一定实用价值的压电陶瓷材料。10主要改进体系有：（1）(1–x)(Na1/2Bi1/2)TiO3-xBaTiO3ＢＮＴ－