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2006年3月陕西理工学院学报Mar．2o06
第22卷第1期JournalofShaanxiUniversityofTechnologyV01．22No．1

[文章编号]1673—2944(2006)01—0008—06

压电陶瓷材料的发展及其新应用

李晓娟，李全禄，谢妙霞，郝淑娟
(陕西师范大学物理学与信息技术学院，陕西西安710062)

【摘要]综述了近年来国内外压电陶瓷材料的最新研究进展，对于在生产实践中所采取的

一系列压电陶瓷改性措施，包括沉淀法、溶盐法、溶胶一凝胶法及水热法等的优缺点作了比较，
强调了低温烧结的优越性，特别指出它们在含铅的锆钛酸铅(PzT)压电陶瓷与不舍铅的铋层
压电陶瓷和不合铅的钙钛矿型压电陶瓷制备中的重要作用；最后，简要介绍了压电陶瓷一些重
要的新应用。
[关键词]压电陶瓷材料；发展；新应用
[中图分类号】TM282[文献标识码]A

压电陶瓷是一种具有压电性能的多晶体，是信息功能陶瓷的重要组成部分。其具有机电耦合系数
高、价格便宜、易于批量生产等优点¨，已被广泛应用于社会生产的各个领域，尤其是在超声领域及电
子科学技术领域中，压电陶瓷材料已逐渐处于绝对的优势支配地位，如医学及工业超声检测、水声探测、
压电换能器、超声马达、显示器件、电控多色滤波器等J。然而，在实际元器件中，不同的应用对压电
陶瓷材料的性能参数要求不同，这就迫使人们对压电陶瓷材料进行相应的性能改进。目前，国内外主
要采用两种方法_6：一种是掺杂改性，即掺杂某种杂质离子；另一种是改进制备工艺。本文将对压电
陶瓷材料的最新进展、研究与应用及发展趋势做一扼要的综述，目的在于使相关科研与教学人员能注意
到该领域新的发展状况及有待解决的问题。
1压电陶瓷的基本性质

压电陶瓷最大的特性是具有正压电性和逆压电性。正压电性是指某些电介质在机械外力作用下，
介质内部正负电荷中心发生相对位移而引起极化，从而导致电介质两端表面内出现符号相反的束缚电
荷。图1所示。在外力不太大的情况下，其电荷密度与外力成正比，遵循公式：
6=dT
其中6为面电荷密度，d为压电常数，为伸缩应力。
反之，当给具有压电性的电介质加上
外电场时，电介质内部正负电荷中心不但
发生相对位移而被极化，同时，由于此位移
而导致电介质发生形变，这种效应称之为
逆压电性。图2所示。当电场不是很强时
形变与外电场呈线性关系，遵循公式。。：

—
=d‘E。

其中d为压电应变常数，为外加电囤1正压电效应示意图图2逆压电效应示意图

收稿日期：2005—10—19
基金项目：国家自然科学基金资助项目(10374064)；陕西省教育厅专项科研计划资助项目(03JK061)。
作者简介：李晓娟(1978一)，女，陕西省礼泉县人，陕西师范大学在读硕士，主要研究方向是压电陶瓷材料及器件。

第1期李晓娟，李全禄，谢妙霞，等压电陶瓷材料的发展及其新应用

场，为应变。
压电效应的强弱反映了晶体的弹性性能与介电性能之问的耦合程度，即机械效应与电效应之间的
耦合程度，用机电耦合系数K表示。

2压电陶瓷材料的性能改进

2．1含铅压电陶瓷
由于锆钛酸铅Pb(zrTi一，)O，(简称PZT)压电陶瓷的压电性能、温度稳定性、居里温度等都大大优
越于其它陶瓷，更重要的是PZT可以通过改变组分或变换外界条件使其电物理性能在很大范围内进行
调节，如三元系，四元系等，以适应不同需要⋯J。以PZT为基压电陶瓷烧结温度一般都比较高，约为1
200o(=～1300o(=。而氧化铅(PbO)的挥发温度为800o(=左右。因此，在烧结过程中很容易造成PbO的
挥发，使烧结不能处于铅气氛中，导致陶瓷性能下降¨。另外，随着表面组装技术(SMT)的发展，多层
片式电容器、电感器、电阻器等片式器件以其高效率、小型化、功能集成化备受市场青睐。但是，压电陶
瓷高的烧结温度使得陶瓷材料与电极材料很难实现一次共烧。由于采用低温共烧可以用镍、铜、银等
贱金属作内电极。如果能从降低烧结温度方面进行工艺改进，这样不仅在抑制PbO挥发、保证材料性
能、减轻环境污染、延长设备寿命方面有着重要的技术和经济价值，而且还将在采用纯银电级一次烧结
成多层片式压电陶瓷元器件方面获得广泛应用t埒J，同时还节约了能源。因而，开发低温烧结压电陶瓷
材料便成为发展高性能、高可靠性、低成本多层压电陶瓷复合体的重要研究方向。目前，低温烧结方法
有：添加助溶剂法、超细粉体法、热压烧结法等。研究表明l1J引，在利用水热法合成PZT陶瓷粉体时掺
加微量的Fe¨、Bi3+、Cu等离子，在合成的粉体中再外加BCW[Ba(CuW)O。]，可以实现在空气中
850~C完成绕结，比不加烧结助剂的粉体的烧结温度降低250o(=左右，比一般固相法制备的PZT粉体的
烧