无铅压电陶瓷材料研究进展.pdf

第11期电子元件与材料Vol.23No.11
2004年11月ELECTRONICCOMPONENTS&MATERIALSNov.2004

综述
REVIEW

无铅压电陶瓷材料研究进展

贺连星李毅,李广成,李承恩
(上海联能科技有限公司上海201103)

摘要:系统分析了无铅压电陶瓷材料的研究现状在此基础上对(Bi,Na)TiO3-Ba(Zr,Ti)O3及CaBi4Ti4O15(CBT)

基两类无铅材料进行了研究结果表明非化学计量掺杂及A位空位的存在有助于提高(Bi,Na)TiO3-Ba(Zr,Ti)O3材料

的压电活性通过引入适量的Sn在该体系中得到了d33高达196pC/N的材料通过A位小离子复合取代及引入A

位空位的方法大大提高CaBi4Ti4O15材料的压电性能居里温度及高温电阻率得到了居里温度高达866d33为
20pC/N的优质高温无铅压电材料
关键词:无机非金属材料无铅压电陶瓷综述压电性能BNT-BZTCBT
中图分类号:TM22文献标识码:A文章编号:1001-2028200411-0052-04

ProgressinLead-freePiezoelectricCeramics
HELian-xing,LI-yi,LIGuang-cheng,LICheng-en,
(SinoceramicsInc.,Shanghai201103,China)

Abstract:Recentprogressinlead-freepiezoelectricsissystematicallyreviewed.Twoimportantlead-freematerials,the

modified(Bi,Na)TiO3-Ba(Zr,Ti)O3andCaBi4Ti4O15(CBT),arestudiedinthiswork.Theresultsshowthatnonstoichiometry

dopingandA-sitevacancyareeffectivetoenhancethepiezoelectricpropertiesof(Bi,Na)TiO3-Ba(Zr,Ti)O3andanexcellent

materialwithd33=196pC/NisthusobtainedthroughtheadditionofsuitableamountofSninthissystem.Thepiezoelectric

properties,CurietemperatureandhightemperatureresistivityofCaBi4Ti4O15aregreatlyimprovedthroughsmallsizecation

dopingandadditionalvacancyinA-site,andanexcellenthigh-temperaturelead-freepiezoelectricmaterialwithtc=866,

d33=20pC/Nisobtained.
Keywords:inorganicnon-metallicmaterials;lead-freepiezoelectricceramics;review;piezoelectricproperties;

(Bi,Na)TiO3-Ba(Zr,Ti)O3;CaBi4Ti4O15

压电热释电及铁电材料在各类信息的检测转电陶瓷组分主要有:钙钛矿结构(如BaTiO3

换存储及处理中具有广泛的应用是一种重要的国NaNbO3-KNbO3Bi0.5Na0.5TiO3BNT等),铋层状

际竞争激烈的高技术材料然而迄今为止绝大多结构(如Bi4Ti3O12CaBi4Ti4O15等)及钨青铜结构(如

数的压电热释电及铁电材料仍是含铅的其中氧化SrxBa1–xNb2O6Ba2NaNb5O15等)三类

铅或四氧化三铅约占原材料总重量的70%在生钙钛矿结构的BaTiO3是最早发现的典型的无铅
产过程中氧化铅粉尘以及在高温下合成或烧结中挥材料其压电性能属于中等水平且难于通过掺杂大
发出来的氧化铅易造成环境污染再加上由于全球幅度改善其压电活性此外由于居里温度较低只

铅资源存量有限据国际权威部门估算预计在二有130因而工作温区较窄NaNbO3-KNbO3体系
三十年内全球的铅将消耗殆尽因此开发非铅基环有较高的机电耦合系数及相对较低的介电常数但由
境协调性绿色压电陶瓷材料是一项紧迫且具有重于钠易挥发该材料在空气中难于烧结致密BNT是
大实用意义的课题事实上在压电陶瓷无铅化的研1960年由Smolensky等人[1]发现的另一种钙钛矿铁电
究与开发上世界各国均进行了不少的工作并取得了材料其居里温度为320并有适中的烧结温度及
局部性的进展从结构