铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的相变特性和掺杂改性研究进展
助能材科２００７年第９期（３８）卷铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的相变特性和掺杂改性研究进展‘
吴浪１’２，肖定全１，孙勇１，陈敏ｈ３，赁敦敏１，朱建国１
（１．四川大学材料科学与工程学院，四川成都６１００６４Ｉ
２．西南科技大学材料科学与工程学院，四川绵阳６２１０１０１３．成都信息工程学院光电系。四川成都６１０２２５（）
摘要：人类社奇可持续发展的要求以夏一些发达国家有关电子产品无铅化法规的全面实施，近年来无话压电陶瓷的研究与开发受到极大关注．碱金属铌酸盐系压电陶瓷以其优越的压电性能和较高居里温度受到人们高度重视。结合近年有关ＫＮｂＯ，一ＮａＮｂｏ｜（ＫＮＮ）基无铅压电陶瓷的报道。着重从ＫＮＮ基压电陶瓷的相变特性、掺杂改性和引入第三组元等几十方面。介绍了相关研究的现状，并对ＫＮＮ基压电陶瓷的发展趋势进行了展望．
关键词：ＫＮｂｑ—ＮａＮｂ嘎；铌酸盐：无铅压电陶瓷；
相变；改性
中图分类号：ＴＭ２２１文献标识码：Ａ文章编号：１００１一９７３１（２００７）０９—１４００—０５
１引盲
压电陶瓷是一类重要的、国际竞争极为激烈的高技术功能材料。在工业、民用和军事产品上应用十分广泛。包括滤波器、谐振器，传感器、换能器等效十种器件．目前，在压电陶瓷应用领域占主导地位的是以ＰｂＴｉｑ—ＰｂＺｒＱ（记为ＰＺＴ）为基的二元系、三元系陶瓷““】．在ＰＺＴ基压电陶瓷中。其主要成分ＰｂＯ的含量高达７０％。由于Ｐｂ０是一种易挥发的有毒物质，因此在其制备、使用及废弃后处理过程中都会对人类和生态环境造成危害。
近年来，世界各国已纷纷立法，禁止或限制铅在电子行业中的应用。如欧盟制定的。报废电子电器设备指令”（ｗＥＥＥ）和“电子电器设备中限制使用某些有害物质指令”（ＲｏＨＳ）法案巳于２００６年７月１日全面实施．与此同时．我国信息产业部也出台了。电子信息产品污染防治管理办法”等法规［ｔ】．因此。压电陶瓷的无铅化将是其发展的必然趋势嗍，研究和开发无铅压电陶瓷是一项紧迫的、具有重大社会经济意义的课题“’”．
自１９４９年Ｍａｔｔｈｉａ３报道了ＮａＮｂｏ｜单晶的介电特性以来，碱金属铌酸盐系无铅压电陶瓷材料以其压电性高、介电常数小、频率常数大和密度小等特点一直是人们广泛和深人研究的对象．其中，Ｋ：Ｎａ，一。Ｎｂｏ｜（简写为ＫＮＮ）体系陶瓷被认为是最具吸引力的无铅压电陶瓷体系之一．１９５９年。Ｅｇｅｒｔｏｎ和Ｄｉｌｌｏｎ［埘首次报道了ＫＮＮ陶瓷具有压电性。与ＰｚＴ陶瓷类似。１０Ｎａ。一，Ｎｂｑ陶瓷也具有一个准同型相界（ＭＰＢ），当ｚ＝Ｏ．５时，该陶瓷压电性能最好．压电常数如；８０ｐｃ／Ｎ、＾。一３６％?ＫＮＮ体系的居里温度也较高（４２０℃）。也使其有希望成为取代ＰｚＴ基的新型压电陶瓷材料．
本文从ＫＮＮ基压电陶瓷的结构与相变特征、添加助溶剂改性、Ａ位及Ｂ位的取代改性和引人新组元改性等几个方面．对目前国内外学者在ＫＮＮ基无铅压电陶瓷材料体系中所开展的研究工作进行评介，井对其今后的发展趋势进行了展望．
２ＫＮｂ０３一ＮａＮｂｏ｜基压电陶瓷的结构与相变特性
ＮａＮｂｑ室温下是一种类钙钛矿结构的反铁电体，空间群为Ｐｂｒ∞ｔ具有强电场诱发的铁电性。研究表明，№Ｎｂｑ存在复杂的结晶相变，在一１００～６４０℃之间共发生了６个相变【ｌｌ】．ＫＮｂｑ是一种ＡＢｑ型钙钛矿结构的铁电材料。室温下为正交铁电相，空同群为Ａｍｍ２，其居里温度为４３５℃．随着温度的下降．ＫＮｂｏ，将依次发生立方结构一四方结构的顺电一铁电相变（４３５℃）。四方结构一正交结构的铁电一铁电相变（２２５℃）以及正交结构一三角结构的铁电一铁电相变（一１０℃）．虽然ＫＮｂｑ单晶具有较大的压电性能。其声表面波机电耦合系数＾２一ｏ．５３［啪、厚度机电耦合系数ｋ＝ｏ．６９Ⅱ“．但由于ＫＮｂＯ，的熔点较低（１０４０℃）．加之在烧结过程中Ｋ元素的挥发，使得在空气中烧结时难以获得致密性良好的ＫＮｂＱ陶瓷．并且极容易潮解。因而应用非常困难“妇．当在反铁电体Ｎ８Ｎｂｑ中添加少量（如１％（摩尔分数））铁电体ＫＮｂｑ时，即呈现出铁电性【ｌ目．它们在较宽的组成范围内均能形成完全固溶体，结构仍为钙钛矿结构．Ｋ，Ｎａ卜。ＮｂＯｊ体系的相图如图１所示．ｏ＝ｏ．５（即ｌ（ｏ．ｓＮ虬ｓＮｂ０３）时为该体系的准同型相界，此时陶瓷具有较大的机电耦合系数．ＫＮＮ陶瓷居里温度较高，约为４２０℃?从室温到居里温度依次发生了两个与ＫＮｂ０３类似的结构相变：正交结构一四方结构的铁电
?基金项目：国家自然科学基金面上资助项目（５０５７２０６６）?重大国际合作资助项目（５０４１０１７９）?教育部博士点基金资助项目（２００３０６１００３５）
收捌初稿日期：２００细２．１４收刭修改稿日期：２００７＿０４－１２强讯作者：冉定全
作者简介：吴浪‘１９８ｌ一）．男（苗族），贵州印江人，在读博士．师承肖定全教授?从事材料物理与化学的研究．
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