無鉛壓電陶瓷這一突破性的

進(jìn)展,掀起了持續(xù)至今的無鉛壓電陶瓷研究熱潮,極大地促進(jìn)了無鉛壓電陶瓷的研究和開發(fā).迄今為止,可被考慮的無鉛壓電陶瓷體系主要有以下5類:(Bi0.5Na0.5)TiO3(縮寫為BNT)基無鉛壓電陶瓷;K1-xNaxNbO3(縮寫為KNN)基無鉛壓電陶瓷;鉍層狀結(jié)構(gòu)無鉛壓電陶瓷;鎢青銅結(jié)構(gòu)無鉛壓電陶瓷;BaTiO3基無鉛壓電陶瓷.本文結(jié)合無鉛壓電陶瓷研究和開發(fā)的近期進(jìn)展,綜合評(píng)述了無鉛壓電陶瓷的研究思路、研究現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì),著重討論了BNT基及KNN基無鉛壓電陶瓷的體系構(gòu)建、改性手段、相變特性及溫度穩(wěn)定性,并就無鉛壓電陶瓷今后的研究和發(fā)展提出了一些建議.

就工藝而言,傳統(tǒng)陶瓷工藝仍為經(jīng)濟(jì)的選擇.鉛壓電陶瓷在材料體系、電學(xué)性能、制備工藝等多方面還存在許多不足之處,還有一些亟待解決的科學(xué)和技術(shù)問題.就作者看來,無鉛壓電陶瓷的研究和開發(fā)還需要做大量的工作,主要應(yīng)著眼于以下6個(gè)方面:(1)鈣鈦礦鉛基PZT陶瓷和鈣鈦礦無鉛壓電陶瓷(即BNT基、KNN基及BaTiO3基等鈣鈦礦無鉛陶瓷)本質(zhì)屬性的異同.(2)無鉛壓電陶瓷新型體系的構(gòu)建和拓展.理論計(jì)算表明,A位含Bi的(類)鈣鈦礦化合物BMiO3(M=A、lSc、Ga等)擁有極大的剩余極化強(qiáng)度,因此,含Bi鈣鈦礦型化合物可望成為新型[148]的無鉛陶瓷候選體系.再如,已有實(shí)驗(yàn)表明,AgNbO3在室溫下展現(xiàn)出雙電滯回線,具有極大的極化強(qiáng)度(52LC/cm),有可能發(fā)展出新型的AgNbO3基無鉛壓電陶瓷材料.(3)BNT基和KNN基陶瓷材料壓電性的起源、相變特性、溫度穩(wěn)定性及改性手段的研究.(4)超高溫?zé)o鉛壓電陶瓷的研究和開發(fā).(5)與實(shí)際生產(chǎn)兼容性良好的新型陶瓷制備工藝研究.(6)無鉛壓電陶瓷的實(shí)用化研究.認(rèn)識(shí)和明確上述問題,有利于無鉛壓電陶瓷新型體系的構(gòu)建,有利于獲得新的壓電性能強(qiáng)化手段,有效地拓展無鉛壓電陶瓷的研究對(duì)象,從而有力推進(jìn)無鉛壓電陶瓷

的實(shí)用化,實(shí)現(xiàn)壓電陶瓷的/無鉛化

目前比較常見的鍺鈦酸鉛壓電陶瓷片(PZT)，是用鋯、鈦、鉛的氧化物配制后燒結(jié)而成的。所謂壓電效應(yīng)是指某些電介質(zhì)在受到某一方向的外力作用而發(fā)生形變（包括彎曲和伸縮形變）時(shí)，由于內(nèi)部電荷的極化現(xiàn)象，會(huì)在其表面產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象。鑒于人耳對(duì)頻率約為3kHz的音響敏感，所以通常將壓電陶瓷片的諧振頻率f0設(shè)計(jì)在3kHz左右?？紤]到在低頻下工作，僅用一片壓電陶瓷片難以滿足頻率要求，—般采用雙膜片結(jié)構(gòu)目前比較常見的鍺鈦酸鉛壓電陶瓷片(PZT)，是用鋯、鈦、鉛的氧化物配制后燒結(jié)而成的。鑒于人耳對(duì)頻率約為3kHz的音響敏感，所以通常將壓電陶瓷片的諧振頻率f0設(shè)計(jì)在3kHz左右?？紤]到在低頻下工作，僅用一片壓電陶瓷片難以滿足頻率要求，—般采用雙膜片結(jié)構(gòu)，

壓電陶瓷執(zhí)行器因其體積小、位移分辨率高、響應(yīng)速度快、輸出力大、換能效益高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于掃描探針顯微鏡、自適應(yīng)

/主動(dòng)光學(xué)元件、納米定位、振動(dòng)控制、聲學(xué)、聲納、微流體輸送等領(lǐng)域中[1]。對(duì)于壓電陶瓷穩(wěn)定工作很多困難亟待解決，其中迫切的就是驅(qū)動(dòng)電源，壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源技術(shù)己成為目前壓電陶瓷執(zhí)行器應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)之一[2]。