碱金属铌酸盐无铅压电陶瓷性能及应用ppt课件.pptx

碱金属铌酸盐无铅压电陶瓷性能及应用目录1.无铅压电陶瓷简介压电体（Piezoelectrics）：具有压电效应的介质介质具有压电性（Piezoelectricity）的条件石英晶体的压电模型钛酸钡晶体中的电畴示意图
（a）反平行的180电畴；（b）相互垂直的90电畴束缚电荷和感应电荷铁电性
（电滞回线）1.2发展无铅压电陶瓷的原因罗马帝国亡于铅中毒？传统压电陶瓷PZT20世纪60年代：研究了以铌酸盐和钛酸盐为主的其他一些同样具有钙钛矿结构的无铅压电陶瓷
如NaNbO3-KNbO3、Bi0.5Na0.5TiO3-Bi0.5K0.5TiO3等陶瓷体系
其中NaNbO3基陶瓷具有低密度、高声学速度、介电常数、机械品质因数及压电常数取值范围较宽等
但NaNbO3基陶瓷烧结过程中Na易挥发，且与铅基压电陶瓷相比其性能较差，仍难以满足生产实际需要20世纪80年代：主要的无铅压电陶瓷体系有钛酸钡、钛酸铋钠、铋层状结构及铌酸盐基压电陶瓷
铌酸盐钨青铜结构化合物陶瓷在成分和构造上的差别对它的铁电性能有重要影响
研究得较多的钨青铜结构压电材料是铌酸锶钡单晶体，作为陶瓷几乎没有关于压电和热释电性能的报道
利用模板生长（TGG）技术可以获得相对密度大于95%的“织构陶瓷”，具有较好的压电性能20世纪90年代：无铅压电的研究体系对象基本集中在Nb系压电陶瓷及Bi状结构化合物
在Bi层结构体系中以ABi4Ti4O15（A为Ca、Bi0.5Na0.5等+2价金属离子或复合离子）为主
铋层状结构无铅压电陶瓷具有居里温度高，介电击穿强度大，介电损耗低，性能各向异性大及温度、应力性能稳定等特征，是适合高温高频领域的陶瓷材料
但按传统陶瓷制备工艺制得的铋层状压电陶瓷，其压电活性低，通常是致密度低，烧结温度高，难以极化最近几年：从无铅压电陶瓷研发结果及发明专利来看
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
热压法、活性模板法以及放电等离子烧结制备高性能无铅压电陶瓷也是一个研究的热点和方向
——因为很多无铅压电陶瓷由于其成分或结构的特殊性，传统的陶瓷制备技术难以得到高性能的陶瓷。2.无铅压电陶瓷的主要体系2.1钛酸钡基无铅压电陶瓷简介BaTiO3在120℃以上时属于立方晶系m3m点群：在120℃以下时晶体转变为四方晶系4mm点群，没有对称中心：钛酸钡陶瓷的不足2.2BNT基无铅压电陶瓷简介缺点：
室温下BNT矫顽场大（Ec=73kV/cm），在铁电相区电导率高，因而极难极化
加之Na2O易吸水，烧结温度范围较窄，使陶瓷的化学物理性质稳定性和陶瓷致密性欠佳
——因此，单纯的BNT陶瓷难以实用化。BNT基无铅压电陶瓷的改性体系2.3铋层状结构无铅压电陶瓷简介铋层结构化合物是一类重要的压电陶瓷
具有压电、介电各向异性大，机械品质因数较高，谐振频率下时间稳定性及温度稳定性好的特点
常常用于换能器、滤波器等方面，尤其是高温高频环境但是这类物质存在破坏性相变，常规的烧结方法往往难以得到致密度高的瓷体
需要采用热成型技术等特殊的烧结工艺
另外其矫顽场较高，成为应用的瓶颈2.4铌酸盐无铅压电陶瓷简介3.KNN基无铅压电陶瓷反铁电体NaNbO3和铁电体KNbO3可以形成完全固溶体，结构仍为钙钛矿结构
该系陶瓷居里温度较高（>400℃），压电性能良好（d33可超过100pC/N）
特别是Na/K=0.5/0.5时，机电耦合系数达到峰值，压电性能良好KNN(K,N)NbO34.KNN基无铅压电陶瓷的制备工艺4.2模板晶粒生长技术晶粒定向工艺示意图4.3放电等离子烧结（SPS）技术对于KNN系陶瓷，采用常规烧结方法容易造成Na、K的损失，难以获得致密度高的材料
而SPS技术具有升温速度快、烧结时间短的特点，烧结温度要比常规工艺的低（920℃左右）
因此有利于控制烧结体的细微结构，可以得到致密度高、晶粒均匀、压电性能好的材料4.4溶胶-凝胶技术应用此方法，可低温合成氧化物，使得制造不允许在高温下加热的制品成为可能
材料的各种组分可以实现原子级或分子级的均匀混合
——因而可制得高度均匀致密并且具有高压电性能的材料。5.KNN基无铅压电陶瓷的应用前景目前已投入市场的压电陶瓷产品主要分为以下几大类：KNN基无铅压电陶瓷发展展望（肖定全）KNN基无铅压电陶瓷发展展望（肖定全）续附：压电体、热释电体、铁电体的关系无铅压电陶瓷的k值，与已开发的具有优异性能的含铅陶瓷体系相比，还有一定的差距，而大部分的器件应用均需要材料具有较高的k值，特别是作为换能器最重要指标的发射效率、接收灵敏度，它们都取决于k，要求对有用振动模式有高的k值。谢谢观赏