无铅压电陶瓷这一突破性的
进展,掀起了持续至今的无铅压电陶瓷研究热潮,极大地促进了无铅压电陶瓷的研究和开发.迄今为止,可被考虑的无铅压电陶瓷体系主要有以下5类:(Bi0.5Na0.5)TiO3(缩写为BNT)基无铅压电陶瓷;K1-xNaxNbO3(缩写为KNN)基无铅压电陶瓷;铋层状结构无铅压电陶瓷;钨青铜结构无铅压电陶瓷;BaTiO3基无铅压电陶瓷.本文结合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,电子陶瓷,着重讨论了BNT基及KNN基无铅压电陶瓷的体系构建、改性手段、相变特性及温度稳定性,并就无铅压电陶瓷今后的研究和发展提出了一些建议.
氧化物掺杂改性 从铅基陶瓷发展历程可知,氧化物掺杂改性是提高PZT陶瓷电学性能的必要途径,是PZT陶瓷实用化的关键和基础.如未掺杂的准同型相界(MPB)组成的Pb(Ti0.48Zr0.52)O3陶瓷d33仅为223pC/N,而在La,Nb等施主掺杂改性后,其d33升高至274~710pC/N,从而满足实际应用的要求.类似地,氧化物掺杂改性对BNT基陶瓷压电铁电性能的影响也被广泛研究.表4列出了氧化物掺杂改性的BNT基陶瓷的压电性能.从表4可以看出,类似于氧化物改性的PZT陶瓷,受主和施主离子掺杂改性将导致BNT基陶瓷压电性质的/硬化0和/软化0.Mn和Co一般显示出受主掺杂效应.Co掺杂提高了机械品质因数Qm,压电性能略为降低;与Co稍有不同,电子陶瓷件,Mn掺杂使Qm提高,也改善了压电性能,电子陶瓷管,这可能是由于陶瓷致密度的改善和Mn元素本身的多价态特性.
电子陶瓷应用发展趋势
具有更薄更小尺寸的片式压电陶瓷频率元器件;频率更高的压电陶瓷谐振器;具有更高频率精度,更优异频率稳定性,可靠性更高的压电陶瓷频率元器件;具有优异的耐热性,能适用无铅回流焊需要的片式陶瓷频率元器件;不含或少含有毒、有害元素的片式压电陶瓷频率元器件的应用会受到关注。压电陶瓷换能器产生的超声波处理废水及有毒水。具有径向尺寸小、输出力矩大、可控性强等特点的超声电机;防盗、测高、汽车防撞、遥控开关和机器人测距离等超声传感器;伺服位移制动器、光学应变镜、应变光栅、超精密导向机构、切磨误差补偿制动器、油压伺服阀等应特别关注。
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