压电陶瓷材料的研究进展

压电陶瓷材料的研究进展 压电陶瓷材料的研究进展 压电陶瓷材料的研究进展 黄舒中国地质大学(北京)材料科学与工程学院100083 摘誊毫誓?毫》-叠曩00?曩性,晶界能高,较难烧结,但可通过加 本文主要介绍了钛酸钡压电陶瓷,PbTiO一人各种添加物来降低晶界能,例如: PbZrO系以及PbTjo压电陶瓷的发展,同时也Li2CO3,NiO,FeO3等由于PbTiO3 对目前研究的无铅压电陶瓷,陶瓷聚合物压陶瓷可作为高频低耗振子用于高频滤波器 出等,受到人们的广泛重视. 电复合材料,纳米压电陶瓷进行了综述, 了压电陶瓷将向着无铅化,纳米化,多种聚合2无铅压电陶瓷 冬擎:一.一\电PZT陶瓮PbO有毒茂分占篱???参0毒. 50%,使瘴使用过军磊 ,连哆ri成为染,睫最不日酸熏潮霸满?—0000t舞蕞 震篙 压电陶瓷是指把氧化物混合(氧化锆,瓷,虽然在性能方面与铅压电陶瓷器件差 氧化铅,氧化钛等)高温烧结,固相反应后距较大.目前,对于钛酸铋钠基无铅压陶 而成的多晶体,并通过直流高压极化处理瓷的研究也是主要集中在滤波器方面,可 使其具有压电效应的铁电陶瓷的统称….以晚,钛酸铋钠基无铅压陶瓷的实用化应 一 般说来,晶体结构属于钙钛矿型,钨青铜用前景还是很光明的. 型,焦绿石型的陶瓷均具有压电性,但钙钛近年来,无铅压电陶瓷已经有了一定 矿型晶体结构是目前压电陶瓷的大部分.的发展,发展趋势是:制备技术的更 压电陶瓷在电子,信息,航空方面,做为传新,如使陶瓷的微观结构呈现一定的单晶 感器,换能器等,有着广泛的应用.体特征;将压电陶瓷多元系或A位B位复 1常见的压电陶瓷合掺杂或多组元掺杂及其理论方面的研尧 1.1钛酸钡压电陶瓷把压电铁电理论和无铅压电陶瓷体系组合, BaTiO是目前应用较广泛的压电陶瓷将PZT陶瓷的理论运用到无铅压电陶瓷 之一,属于钙钛矿型,机电耦合系数大,制中. 备较简单,形状和极化方向可任意选择,但3压电复合材料 由于其居里温度为120~C,当温度高于120压电复合材料是指压电相材料和非压 ?时,结构转变为立方结构,压电性能受到}电相材料按照一定的连通方式合成而构成 一 定程度的限制.且在第二相变点(ooc),的…种具有压电效应的复合材料….由压 晶体结构在斜方晶系和四方晶系之间转换,电陶瓷(如PZT,PbTiO)和聚合物(如聚偏 介电性,压电性和弹性性能急剧变化且不氟乙烯或环氧树脂)复合是较常见的压电复 稳定.为改善这一不利因素,通常在合材料.此类复合材料集合了陶瓷和聚合 BaTiO中加入PbTiO,CaTiO形成固熔物的一些特性,既保持了压电陶瓷优良的 体,降低第二相变点,但CaTiO,PbTiO,,压电性能,同时又有利于机械加工,具有一 的加入量只限于8mo1%,加入量过多,则i定的柔顺性. 会使压电性降低.于是,在此基础上,就出常见的压电复合材料有PVDF/陶瓷 现了二元系,三元系压电陶瓷.复合材料,P(VDF—TrFE)/陶瓷复合材料, 1.2PbTiO--PbZrO,系压电陶瓷广泛用于水听器,生物医学成像等方面. 以Pb置换BaTiO中的Ba,以Zr置PVDF是压电性较强,也是目前研究 换其中的Ti,形成Pb(Zr,Ti)O,,即和运用较多的的聚合物.它通常与PZT, PZT系陶瓷,但由于此晶体结构不稳定,BaTiO复合.由于人们对电子元件的介 一 般通过改变Zr/Ti比,或加入Ba,电性能等有了更高的要求,PVDF/BaTiO Sr,Sn,La?等来改善性能.是目前介电性复合材料的研究热点.印度 1.3PbTiO3压电陶瓷的Murali~lhar和Pillai研究发现当BaTiO PbTiO居里温度高达49012,各向异重量分数为70%时,BaTiO/PVDF材料 269 的介电常数达到最大值为133(10Hz,30~Co P(VDFTrFE)与铁电陶瓷聚合,由于 其优良的压电,铁电性能,以及町机械加工, 的力学性能,可满足,?些特殊的性能要求, 如用作热电传感器,能量转换器等等. 在压电复合材料方面,司本的研究比 较显着,以及美国,南韩等.目前研究的趋 势是通过不同陶瓷材料以及聚合物的选取, 如现在比较关注的纳米陶瓷粉体,以及用 环氧树脂E20和尼龙PZIOIO作为聚合物来 复合等,来改进其压电性能,力学性能等. 4纳米压电陶瓷 纳米压电陶瓷是目前研究的热点之 一 ,研究的重点包括PZT材料的纳米化控 制,制各工艺,材料特性的评价等II 日本名古屋国立工业研究院陶瓷科学 1部工程陶瓷实验室对钛锆酸铅(PZT)与金属 (如Ag和Pt)粉末合成的纳米复合材料进行 了改善,使其寿命增长. 李标荣,鲁圣国14]研究了纳米钛酸钡的 尺寸效应及相关机理,得到结论钛酸钡陶 瓷的显微颗粒尺度在1000?200nm范围 之间时,其铁电特性出现非常奇特的变 化,存在敛电相变的宽温区效应,介电性 能变得非常优良. 5发展趋势 压电陶瓷作为一种重要的高新技术材 料,在信息激光,导航和生物等高技术领域 应用广泛,且随着这些领域的飞速发展和 一 些特殊的需要,对压电陶瓷的性能也有 了更高的要求,使得无铅,复合,纳米压电 陶瓷成为了目前的研究重点.此外,另一 研究趋势是高居里点压电陶瓷,晶粒取向 压电陶瓷,PLZT透明铁电陶瓷和薄膜,各 向异性压电陶瓷和细晶粒压电陶瓷等.随 着压电陶瓷制作工艺的改善,材料结构认 识的深入,压电陶瓷领域必有日新月异的 发展. 蔫旃熏?赣Ij0l|_|0_il:000 [1]雷淑梅等.压电陶瓷材料的研究现状与 发展趋势.佛山陶瓷.2005,99(3):56--58. [2]李世普主编.特种陶瓷工艺学.武汉理工 大学出版社.第1版,第202--205页. [5]孟希_敏,刘心宇,周昌荣.无铅压电 陶瓷的研究现状与发展趋势.电工材料. 嚣?65:4O一42. [辱]李标荣,鲁圣国.纳米钛酸钡陶瓷之尺寸 效应及相关机理.电子元件与材料.2004, 23(1):_-15. 能鼢0?00?000一 黄舒女本科中国地质大学(北京)材 料科学与工程学院