LiNbO3基无铅压电陶瓷的研究与进展
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基无铅压电陶瓷的研究与进展!
赁敦敏!肖定全!朱建国!余"萍!鄢洪建
!四川大学材料科学系"四川成都9&’’9;
#摘"要!"5"\6#%基无铅压电陶瓷近年来受到各国学者的关注!已成为继Q \]之后的又一重要的无铅压电陶瓷研究体系"本文结合近年来有关5"\6#%基无铅压电陶瓷的研究论文及近$’年的发明专利公报!归纳和分析了5"\6#%基无铅压电陶瓷
的研究开发进展!着重介绍了5"\6#%基无铅压电陶瓷的主要体系及制备方法#压电铁电性能!并对5"\6#%基无铅压电陶瓷今后的研究和发展提出一些建议"
关键词!"无铅压电陶瓷"压电材料"5"\6#%
中图分类号!"])$$%"]e &(;A ’9""""文献标识码!2文章编号!&’’&1:(%&#$’’;$’&1’’&T 1’%
&"引"言
压电陶瓷是重要的高技术功能陶瓷材料"目前所用的压电陶瓷绝大部分为铅基压电陶瓷"
其在制备$使用及废弃后处理过程中对环境及人类造成严重危害%部分国家和国际组织正在酝酿或已经立法禁止使用铅基压电陶瓷%因此研究和开发非铅基
压电陶瓷是压电陶瓷领域的必然要求&&"$’
%
综合近期的专利公报和研究论文"见诸报道或可供考虑的无铅压电陶瓷体系很多%在这些体系中"以Q 4]"#%$Q \]!Q "’A =\4’A =]"#%的缩写#
$铋层状结构无铅压电陶瓷和铌酸盐!不含铌酸锂#无铅压电陶瓷体系尤为重要%本文作者曾分别从发明专利和研究论文的角度综述了上述;个无铅压电陶瓷种类相关体系$制备方法及压电铁电性能"并展望了无铅压电陶瓷今后的研
究和发展方向&%!(’%本文讨论铌酸锂压电陶瓷的研究进展%
$"5"\6#%晶体的性质
5"\6#%晶体是现在已知居里点最高!
&$&’i #和自发极化最大!室温时约为’A (.(@$
#的铁电晶体%它是一种畸变的钙钛矿结构化合物!5"\6#%型晶体结构#
"属%@点群"自发极化主要由铌离子沿氧八面体三重轴偏离中心所造成%5"\6#%晶体最突出的特点是居里点高$自发极化强度大$机电耦合系数大及机械品质因数高$声学传输损耗低"是优良的压电$铁电$非线形光学及电光晶体材料"广泛应用于声表面波器件$高频高温换能器$延迟线及光波导等领域%作为压电换能器"温度升高至&’=’i "5"\6#%晶体仍无明显的退极化现象%5"\6#%晶体的切割方向性"显著影响机电耦合系数%表&给出了5"\6#%晶
体的部分压电性质&
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%多年来"5"\6#%以单晶形式被广泛研究和应用"有关铌酸锂基陶瓷的研究报道极少%究其原因"5"\6#%陶瓷的制作工艺的每个步骤都存在相当难度%其制备难度主要表现在)5"#$
1\6$#=相图及铌元素化学性质比较复杂"合成纯的5"\6#%陶
瓷有一定难度*烧结困难*5"\6#%是单轴性铁电晶体"电畴转向困难"矫顽场极高"难于极化*5"\6#%陶瓷具有自毁性"
机械加工性能差&
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%但随着近几年来无铅压电陶瓷的研究开发竞争日益激烈"5"\6#%陶瓷优良的压电铁电性能受到各国学者的广泛关注"5"\6#%基无铅压电陶瓷已成为继Q \]之后的又一重要的无铅压电陶瓷体系研究对象"相继出现了一些有关5"\6#%基无铅压电铁电陶瓷的研究论文及发明专利公报%
表&"5"\6#%晶体的压电性质
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5"\6#%压电陶瓷是指除了一些烧结助剂或添加物外"陶瓷的主要成分为5"\6#%的5"\6#%型结构单相陶瓷%曾经认为"热压法是获得致密5"\6#%压电铁电陶瓷的唯一途径%近年来"在5"\6#%中加入少量的自身具有高压电性的玻璃助剂"利用普通陶瓷工艺可制备致密的5"\6#%压电陶瓷%玻璃助剂的加入"有效地改善了陶瓷的强度特性"同时又使陶瓷的压电性质得到保持"其压电性质不低于热压5"\6#%压电陶瓷%该压电陶瓷的居里温度为&$:’V "介电损耗’%Y "介电常数约为;’"7F I
’A $%该压电陶瓷最显著的特征是铁电压电的温度或压力特性极佳%甚至随着温度的升高"
其压电常数略有增大%&’(%V 时的压电常数比室温的高&T A =Y %除此之外"
加入’!$’Y 的)K ]"#%"可得到致密的5"\6#%1)K ]"#%铌酸锂型结构
单相固溶体铁电陶瓷&&&’
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;"5"\6#%1\4\6#%系压电陶瓷
5"\6#%1\4\6#%系压电陶瓷根据主成分的不同"可分为5"\6#%固溶在\4\6#%中形成钙钛矿结构陶瓷&
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6#%105"\6#%’和\4\6#%固溶在5"\6#%中形成铌酸锂型结构陶瓷&!&W 0#5"\6#%10\4\6#%’
加以讨论%;?&"#&W !$@%@2<%>!A "@2<%
!&W 0#\4\6#%105"\6#%是研究的较早!始于$’世纪=’年代末#和较为充分的陶瓷体系%人们对其介电$压电$铁电$结
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’’;年第&期!%=#卷!基金项目!
国家高技术研究发展计划资助项目!T 9%计划#!$’’&122%$=’9’#*国家自然科学基金资助项目!=::($’$’#收稿日期!$’’$1&$1’:"""通讯作者!
肖定全作者简介!赁敦敏"!&:($W
#"男"四川郫县人"博士研究生"师承肖定全教授"研究方向为功能材料物理与化学%万方数据