無鉛無鉍高性能壓電陶瓷

摘要：本文分析了鈮酸鹽作為無鉛無鉍壓電陶瓷的原因，采用適合工業(yè)生產(chǎn)的傳統(tǒng)電子陶瓷工藝，制備出壓電性能和居里溫度都高的(Na_0.5K_0.5)_1-x(LiSb)_xNb_1-xO₃。其中(Na_0.5K_0.5)_1-X(LiSb)_0.052Nb_0.948O₃壓電常數(shù)d₃₃=286pC／N，平面機(jī)電耦合系數(shù)k_P=0．51，損耗tan居里溫度_c=385℃。這些參數(shù)表明，該壓電陶瓷具有很好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：無鉛無鉍壓電陶瓷；鈮酸鹽；壓電常數(shù)；居里溫度

引言

研究環(huán)境協(xié)調(diào)性好的電子材料及其制品已是緊迫任務(wù)。鉛污染已成為人類公害之一，鉍也是毒性物質(zhì)，對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類健康也造成損害，且鉍的生產(chǎn)導(dǎo)致了鉛和鉍的雙重污染。壓電材料是重要的高技術(shù)功能材料，這是由于壓電器件在電子、激光、超聲、通訊、導(dǎo)航、航天、醫(yī)療、計(jì)時(shí)、計(jì)量、無損檢測(cè)、傳感技術(shù)、生物工程、精密加工和引燃引爆等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。目前占?jí)弘姴牧现鲗?dǎo)地位的仍然是鉛含量高達(dá)63％以上的鉛基壓電陶瓷(PZT)，鉛基陶瓷在生產(chǎn)、使用和廢棄處理過程中都給人類健康和生態(tài)環(huán)境造成損害。基于鉛污染已成為人類公害之一，歐盟、美國(guó)和日本先后立法，禁止或限制鉛在電子工業(yè)中的應(yīng)用，我國(guó)也于2006年7月1日實(shí)施執(zhí)行電子信息產(chǎn)品污染防止管理辦法。因此，研制無鉛化壓電陶瓷，研究環(huán)境協(xié)調(diào)性好的壓電材料及其制品是當(dāng)前國(guó)家電子技術(shù)可持續(xù)發(fā)展的緊迫任務(wù)之一。

BaTiO₃基無鉛壓電陶瓷是得到系統(tǒng)研究的鐵電材料，但它的居里點(diǎn)低(120℃)，工作溫度窄和溫度穩(wěn)定性欠佳等缺點(diǎn)，限制了它的應(yīng)用。鉍層狀結(jié)構(gòu)無鉛壓電陶瓷具有居里溫度高、高溫電阻率高等特點(diǎn)，使它在高溫高頻領(lǐng)域得到了應(yīng)用。目前對(duì)鉍層狀結(jié)構(gòu)壓電陶瓷的研究主要集中在Bi₄Ti₃O₁₂、SrBi₂Nb₂O₉、ABi₄Ti₄O₁₅(A=Ca，Sr，Ba)、Bi₃TiNO₉(Y=Yb，Ta)層狀結(jié)構(gòu)壓電陶瓷系列，但該類材料的最大缺點(diǎn)是壓電活性很低，純的CaBi₄Ti₄0₁₅的壓電應(yīng)變

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