无机非金属材料报告..docx

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1、无机非金属材料报告制酸钾钠基无铅压电陶瓷材料的研究进展学 院：材料学院方 向：金属 学生姓名： 薛婷 汪佩 卢继方 刘振锋2012年12月随着科技的发展，人们对材料的各种性能都提岀更高的要求。与金属材料 和高分子材料相比，新型陶瓷材料具有髙强度、高硬度、耐腐蚀、耐高温等特 性。压电陶瓷是一种能将压力转变为电能的功能陶瓷，因此，能够在各个领域 中得到广泛应用。目前使用的压电铁电陶瓷主要是以Pb（Zr,.xTix）03为代表的铅 基压电铁电陶瓷，传统铅基陶瓷中PbO（或Pb3（）4）的含量约占原料总量的70%, 在生产、使用及废弃后处理过程中会给人类和生态环境造成严重损害。迄今为 止，见诸报道或可

2、被考虑的无铅压电陶瓷体系主要有3大类，即鸨青铜系、紹 层状结构系和钙钛矿系无铅压电陶瓷。本报告主要就KNN陶瓷的组分设计、制 备方法、应用、前景展望进行阐述。关键词：压电陶瓷无铅应用摘要I目录II第一章前言1第二章组分设计42. 1 K / Na比对KNN体系性能的影响112. 2离子取代对KNN体系性能的影响 122.3添加第三组元对KNN体系性能的影响14第三章制备方法163. 1溶胶凝胶法163.2微波水热法163.3熔盐法17第四章应用24第五章前景展望 参考文献25第一章前言当代科技文明都与新材料的发明及应用分不开。同时工业技术的发展又不 断向材料研究工作者提出新的课题，不断需求性能

3、超越现有材料的新材料。与 金属材料和高分子材料相比，新型陶瓷材料具有高强度、高硬度、耐腐蚀、耐 高温等特性。近些年来，在开发新能源和有效利用石油能源的呼声中，发达国 家相继掀起了新型陶瓷材料研究开发的热潮。新型陶瓷材料在性能上有其独特 的优越性。在热性能和机械性能方面，有耐髙温、隔热、高硬度、耐磨耗等特 点：在电性能方面有绝缘性、压电性、半导体性、磁性等特点；在化学方面有 催化、耐腐蚀、吸附等功能；在生物方面，具有一定生物相容性能，可作为生 物结构材料等。压电陶瓷是一种能将压力转变为电能的功能陶瓷，就像声波震动产生的微 小压力也能够使其发生形变，从而使陶瓷表面带电。压电陶瓷是一种具有能 量转换

4、功能的陶瓷，在机械力的作用下发生形变时，会引起表面带电。带电强 度的大小，可以和施加电场的强度成正比，也可以成反比。因此，能够在各个 领域中得到广泛应用。在制造生产压电陶瓷过程中，对原材料有着很严格的要 求，在晶体结构上应当是不具有对称中心的晶体。经过选择，氧化铅、氧化错、 氧化钛、氧化旎、氧化镁、氧化锌以及碳酸繰等金属化合物最为适合。将这些 原料在高温下致密烧结，然后，在直流髙压电场下进行极化处理，就可以得到 各种具有能量转换、传感、驱动和频率控制功能的压电陶瓷制品。生物医学工 程是压电陶瓷应用的重要领域，可以用来制作探测人体信息的压电传感器和进 行压电超声治疗。当压电陶瓷发出的超声波在人体

5、内传输时，体内各种不同组 织对超声波有不同的发射和透射作用，反射回来的超声波经压电陶瓷接收器转 换成电信号并显示在屏幕上，据此就可以检査内脏组织的情况，判断是否发生 病变。进入人体的超声波达到一定强度时，能使组织发热并轻微震动，这种作 用可以对一些疾病起到治疗作用。目前使用的压电铁电陶瓷主要是以Pb（Zr,.xTix）O3为代表的铅基压电铁电陶 瓷，传统铅基陶瓷中PbO（或PbOQ的含量约占原料总量的70%,在生产、使用 及废弃后处理过程中会给人类和生态环境造成严重损害。近年来，随着人们生 态环保意识的提髙和国际社会可持续发展战略的实施，许多国家政府相继出台 政策禁止在电子产品中有铅元素的存在

6、，压电铁电陶瓷无铅化的研究正逐渐成 为该领域的研究热点之一卩也因此，研究和开发无铅压电铁电陶瓷是一项紧迫 的、具有重大社会经济意义的课题。国际新材料科学技术工作者为无铅压电铁电陶瓷（以下简称为无铅压电陶瓷）的 发展进行了长期不懈的努力，并已取得了显著的研究成果。迄今为止，见诸报 道或可被考虑的无铅压电陶瓷体系主要有3大类，即钙青铜系、紹层状结构系 和钙钛矿系无铅压电陶瓷紹层状压电陶瓷是由二维的钙钛矿和(Bi?。?)层 有规律的相互交替排列而成。其特殊的层状结构决定了有以下特性：低介电 常数、高居里温度、机电耦合系数各向异性明显、高电阻率、低老化率、大的 介电击穿强度以及低烧结温度等。这些特性决

7、定了该陶瓷特别适合应用于高温 高频场合，从而解决了高功率共振下PZT压电陶瓷性能不稳定的缺陷。然而， 挞层状压电陶瓷有它自身的缺点：一是矫顽场(Ec)过高，不利于极化；二是压 电活性低。BaTiO3基压电陶瓷，具有很高的介电常数、较大的机电耦合系数和 压电常数、中等的机械品质因数和较小的损耗等特点。其主要用作电容器材料 及热敏电阻(PTC)材料等方面。虽然BaTiO3陶瓷是目前研究相当成熟的压电陶 瓷，但存在以下方面的不足同：其压电铁电性能属于中等水平，难于通过掺杂 大幅度改变性能，故其无法满足不同的需要：BaTiO3陶瓷的工作温区较窄，居 里点不高(约120-C),在0弋附近存在有相变，而且

8、温度稳定性较差，因此仅适 用温度区间很窄的区域-BaTiO3陶瓷一般需要高温烧结(13001350。0,故其烧 结存在一定难度，也不利于节能。在很大程度上限制了其应用，但是BaTiO3最 大的优势就是低污染性，其中改性得到的Ba(Th_xZrx)OBZT)体系，烧结温度 低，相对密度达95%,压电性能极佳(d33300pC / Nk33高达65%),工作温区 拓宽(一 30+80。仁但总的来说，人们对于该系列材料研究已长达五六十年了, 因此其压电性能的提高潜力不大。BNT是1960年由Smolensky等人发明的钙 钛矿型铁电体。室温时属三角晶系，Tc为32(TC BNT陶瓷具有铁电性强 (P

9、r=38卩C/cm2)、机电耦合系数和各向异性较大(Kt约为50%, Kp约为13%)、 相对介电常数较小(240340)：热释电性能与BaTiO、PZT等相当；声学性能 好(Np=3200Hz - m),在超声学方面较PZT优越，具有无毒和很好的机械性能 等优点，通过国内外学者长期的复合改性及掺杂改性研究，现已成功解决九亥 材料体系矫顽场强较高(Ec=73X10W/cm),致密性较差的缺点，研发了一系 列有实用化前景的BNT基无铅压电陶瓷体系。如掺杂改性的BNT基陶瓷0. 96Bi1/2(Na0S4K016)BaTiO3-0.04SrTiO3, Kt=O. 343, Kp=0.15, d33

10、=185pC bH, Tc=280C。这些特性决 定了该体系陶瓷在制作高频超声换能器和声表面波器件具有独到的优势，能用 于开发具有实用价值的高频谐振器、高频传感器及超声探测器等器件，还可用 于制作压电变压器、低频宽带换能器及大功率声电转换器件的压电陶瓷材料。钙青铜化合物是仅次于(类)钙钛矿型化合物的第二大类铁电体，其特征是 存在BOd式氧八面体，B为Nb、Ta5-或WM等。铁电钙青铜结构胃酸盐大多 数具有优度的电光或非线性光学性质，它们的电光系数比较大，半波电压比较 低，是一类很有前途的铁电、电光晶体材料。一般说来，钙青铜化合物具有自 发极化强度较大、居里温度较高、介电常数较低等优点，但应用面

11、很窄。具有钙钛矿结构的(Na05Ko.5)Nb03(KNN)陶瓷因其理论密度低、Curie温度 高(约420。0,同时具有优良的压电性能和机械性能被认为是很有前途替代PZT 的无铅压电材料。但是，KNN陶瓷最大的缺点是烧结性能差，用传统陶瓷烧结 工艺很难制备出致密的KNN陶瓷。这主要有两方面原因：第一是根KNbO3- NaNbO3的相图，KNN的稳定性被限制在1140C,高于1140C, KNN将不能 以固溶体形式存在，因而达不到更高的烧结温度。第二是烧结过程中，类似 PZT中PbO的挥发，体系中氧化钠(Na2O)和氧化钾(0)挥发使化学计量比偏 离，导致产生杂相比K4Nb6O7,该物质非常容

12、易潮解，限制了材料的应用。采 用热压或等离子烧结工艺能获得相对密度可达99%的KNN陶瓷，性能也得到 了明显的改善。但其工艺成本较高，材料尺寸大小受到限制，不利于大规模工 业生产应用。因此，各国科研工作者正在尝试对KNN无铅压电陶瓷进行掺杂 改性来改变其微结构，进而得到致密性高，压电性能比较好的压电陶瓷。Pr5040320-IHOMO1000-Solid600500400300200100-100第二章组分设计1959年美国学者研究了 NaNbO3-KNbO5陶瓷的压电性卩。】，这是碱金属 锯酸盐陶瓷研究的开端。反铁电体NaNbO3和铁电体KNbO3可以形成完全固溶 体，结构仍为钙钛矿结构。B

13、Jaffe等在其著作中给出了 KNbO NaNbO3固溶 体的相图。图1为KNbCh NaNbO3固溶体的相图也 由图1可知，在KNbO3 为47%55%的范围内体系存在个准同型相界(MPB),相变附近体系表现出 良好的压电性能，特别是Na/K比为50： 50时，材料综合性能表现优异。由 于纯KNN的相稳定温度较低(1140%),致使其烧结温度范围狭窄，因而采用 传统陶瓷工艺很难获得致密的KNN陶瓷体：另外，由于在烧结过程中碱金属 元素容易挥发，因而容易使化学计量比发生偏离而产生杂相，进而使陶瓷的性 能和稳定性变差。材料的组分会影响材料的结构进而影响材料的性能，本报告 主要讨论K/Na比、离子

14、取代和添加第三组元时对KNN体系性能的影响。15001400J 3007000 10 20 30 40 50 60 70 80 90 92 94 96 98 100KNbOjNaNbO3图1 KNbO3 NaNbO3系统相图2.1 K/Na比对KNN体系性能的影响对于压电陶瓷材料而言，体系的温度和化学成分的改变都会导致体系的相 变。PbZrOs-PbTiOs体系陶瓷的相结构会随着错钛比的改变发生变化，在准同 型相界附近由于三方相和四方相共存，使得晶胞的可畸变性提高，陶瓷具有更 多的可极化方向，因此非常有利于极化和提升压电性能。由此可见，PZT陶瓷 材料的性能可以通过改变错钛比来调节。同样，对于

15、KNN基无铅压电陶瓷， 根据实际应用的不同要求，可以选择不同K/Na比的陶瓷材料。即同样可以通 过调节K / Na比来优化KNN材料体系的性能。通过传统的陶瓷制备工艺合成 了具有不同 K/Na 比的(KxNa096.xLi0.(M)(Nb0.91Ta0.05Sb0.04)O3(记为 Kx- NLNTS)无铅压电陶瓷，研究了 K/Na比对体系相结构和性能的影响，如图2 所示。由图可知，改变KxNLNTS陶瓷的K/Na比，陶瓷的相结构发生了改变, 陶瓷体系的正交一四方多晶相界(Hyr)位于0. 37x*pCrtani/%TH3060.48013272.53372834.911.3K,NlJ4T(x

16、=0.42,nl2420.4571040104324826.410.3K,NLNS一 8 百 *号38060402010203040502000 n txAg Content/at%图5不同成分AKNN的平面机电耦合系数kp和相对介电常数该陶瓷的相结构随Ag含量的增加经历了正交相向四方相的转变，且当Ag 的含量为16at%时，陶瓷在室温处于正交相和四方相共存，即出现了 PPT相界: 但当Ag的含量超过16at%时，杂相K5. 75NblO. 85030含量就会提高，从而使陶 瓷的压电性能降低。因此，可以认为，Ag离子改性KNN基无铅压电陶瓷对于提 高KNN基无铅压电陶瓷的电学性能和居里温度是一

17、种有效的途径。2. 3添加第三组元对KNN体系性能的影响在KNN基无铅压电陶瓷中加入第三组元一ABO3型钙钛矿结构化合物，如 LiAO3(A=Nb. Sb, Ta)、AeTiO3(Ae=Ca, Ba. Sr. Mg 等)、BiMeOMe=Se, Fe等)、BNT系等，可制得KNNABO3新型化合物，也可以 在很大程度上提高KNN基无铅压电陶瓷的压电性能。ABO3型钙钛矿结构化 合物BiFeO3 (BF)是一种多铁性材料，并具有很高的相变温度，它的掺入， 可在很大程度上提高KNN基无铅压电陶瓷的压电性能。表2 1065C烧结2h的(l-x)KNN-xBF在室温时10kHz下的压电性能Sample

18、如 pCN)44lan.与斗 &cm)KNN-BF950,36450.0455324.160.825KNN-O.I75BF980.37510.0475414.180.995KNN-0.005BF1300.41IOO0.0266394310.99KNN4).0IBF1720.451380.0217594.420.98KNN4).02BF570.321060.0427333.840.97KNN-0.03BF73023980.037鄉3.78当BF的含量W0.8%时，陶瓷为单一的正交结构：当BF的含量约为1%时, 陶瓷具有正交和四方相共存的钙钛矿结构，即出现了 PPT相界，而在此相界附 近由于正交相

19、和四方相共存，使得晶胞的可畸变性提高，陶瓷具有更多的可极 化方向，因此非常有利于极化和提升压电性能。第三章制备方法陶瓷的生产过程主要包括粉体的制备、成型、烧结，粉体粒径的大小在很 大程度上影响陶瓷材料的组织与结构，进而影响陶瓷材料的性能，因此粉体的 制备在陶瓷生产中具有挙足轻重的地位。制备實酸钠钾粉体主要有Sol-gel (溶 胶-凝胶)法、微波水热法、熔盐法。下面分别就各种方法的优缺点展开介绍。3.1溶胶凝胶法KNN压电陶瓷的传统制备方法中存在着预烧和烧结中K / Na易挥发，造 成材料成分偏移和难以致密化的等亟待解决问题纠。目前国内外普遍采用球磨 法等固相制备工艺制备KNN粉体，这种方法的

20、固有缺点有：为保证物料的充 分混合需要长时间的球磨，但是随着球磨时间的增加杂质会增多，且球磨时由 于离心作用使得密度不同的物料在局部区域发生组分偏析，这都将影响KNN 粉体的性能，另外球磨法制备的粉体粒径较大反应活性低，导致烧结成瓷时 的温度较高从而使得K/Na的挥发增加。溶胶一凝胶法作为一种优良的粉体 制备方法能在很大程度上克服这些缺点。具体步骤为：将草酸溶于90。(：去离子 水中，按n(Nb(OH)5)： (OA)=1： 3加人気氧化锯反应lh至全部溶解，加入酒 石酸钾钠n(Na+)： (K+)： n(Nb5+)=0.5： 0.5： 1,反应0. 5 h后用氨水调节 pH=2. 53. 5

21、反应15 min。加入乙二醇反应2 h形成淡黄色透明的溶胶，放 人烘箱中在90。(：下烘干24h获得干凝胶。然后在500750。下预烧3h制备出 KNN纳米粉体，如图6所示。图6制备KNN的溶胶一凝胶工艺图7所示是600C到750C下保温3h的SEM照片，分别记为a, b, c, do 样品a为600龙下预烧的粉体图。从图6中可以看到颗粒表面不光滑，每个 粉体颗粒都是有很多小颗粒组成，颗粒粒径大概在50100 nm左右，小颗粒 粒径为5 10nm左右；随着锻烧温度的逐渐上升，粉体颗粒的粒径在不断变 大，650C时粒径约为800nm, 700X?下粒径约为2gm, 750。(：下为3nm。并且随

22、着锻烧温度的上升，颗粒表而逐渐变得光滑，小颗粒逐渐消失，颗粒形状逐渐 规则均一，边缘更尖锐：同时可以看到团聚现象在逐渐降低，这是因为随着温 度上升颗粒的粒径逐渐变大，降低了表面能，抑制了团聚现象。通过这些照片 可以看出在750弋以上就可以合成出形状规则、粒径均匀的纳米粉体，结合XRD衍射结果可知此时粉体的晶型单一结晶情况良好。温度继续升高颗粒长大, 导致粉体表面能降低，影响烧结性能，并且温度过高会有Na?O和K?O的挥发，(a) 600T 3h, (b) 650勾 3h, (c) 700T 3h, (d) 750Y 3h图7不同温度下KNN粉体的SEM图谱溶胶凝胶法制备陶瓷粉体的优点有：制备工

23、艺简单、无需昂贵的设备：大 大增加多元组分体系化学均匀性：反应过程易控制，可以调控凝胶的微观结构: 材料可掺杂范围宽，化学计量准，易于改性：产物纯度高等。不足之处是：反 应时间较长、溶胶过程中有气孔，干燥时易产生收缩等。3.2微波水热法微波水热法是近几年才在国际上开展研究的一种纳米粉体制备新方法，与 常规水热法相比，具有反应温度更低、反应时间更短的优点，并使最终产物出 现新相，制备出结晶完好、粒径分布均匀的粉体。该方法在水热合成方法的基 础上把两种技术有效结合起来，可以大大缩短水热合成的时间，提高生产效率, 降低合成温度，节约能耗。美国Pennsylvania大学较早采用微波水热法制备了 一些

24、陶瓷及金属粉体，目前印度的S. B. Deshpande等人应用微波水热合成法 制备出了粒径为200nm的BST粉体，但粒径较粗，难以获得致密陶瓷，此外 关于微波水热反应的机理尚在探索中。微波水热法的过程如图8所示。图8微波水热法流程图微波水热法的特点是：粉体粒径分布均匀、体系受热均匀、反应速度快、 反应灵敏。3.3熔盐法所谓熔盐法(Themoltensalt synthesis简称MSS),即是将反应物和熔盐按照 一定的比例配制反应混合物，混合均匀后加热使之壻化，反应物在熔盐形成的 液体环境中进行反应生成产物，冷却至室温后，以去离子水淸洗数次，直至除掉所有的盐得到纯净的反应产物。在熔盐法中，

25、熔体起到壻剂和反应介质的作 用。与传统固相法相比，熔盐法合成温度显著降低且颗粒平均粒径明显减小， 并且随着熔盐量的增加，形貌发生巨大变化，可以合成各向异性的单晶纳米棒 状粉体。熔盐法反应历程如图9。熔盐反应过程基本分为四步：第一步，均匀混合 反应物和熔盐。均匀混合原料与熔盐是能够正常反应的前提条件，在此步骤中, 选取熔盐至关重要，不同的体系选取的熔盐的种类和数量不同，首先熔盐的引 进不能给整个反应体系带来新的杂质，而且容易除去。其次适当熔盐量可以控 制粉体的形貌，提高反应速率，提升陶瓷性能。最后，不同的熔盐，制备粉体 的温度不同，制各出的粉体形貌、性能不同，导致陶瓷性能有差异。第二步， 整个反

26、应体系随着温度的升高，达到熔盐熔点以上，焰盐开始熔化，整个反应 体系充満液相熔盐，易溶的反应物以离子形式存在，在熔盐液相环境中快速扩 散，发生反应。熔盐起到传输离子、包裹、浸润反应物的作用。第三步，经过 一段时间，一些产物在熔盐液相中成核，这些中间产物一般具有一定的形状， 而剩余反应物经过熔盐的传输，包裹在这些中间产物的表面，经界面扩散，产 物继续在熔盐中长大，熔盐起到降低表面能和界面能的作用。第四步，反应结 束，目标产物形成，冷却到室温，除去熔盐，剩下纯净产物。熔盐是否除净， 严重影响粉体和陶瓷的性能。一般选取熔盐应当可以用最简单、无污染的方法 除去，例如水洗。而且对于工业大批量生产，熔盐要

27、回收利用，保护环境，节固相法合成粉体具有工艺流程简单，合成工艺成熟等优点，但是其烧结温 度高，粉体团聚现象严重：而化学法合成粉体具有产物粒径小、均匀性好、纯 度高、反应温度较低等优点，是制各超细功能陶瓷粉体的有效手段，但是合成 工艺较复杂、时间较长、费用较高。虽然熔盐法与传统固相法在制备工艺上相 似，但是与固相反应相比，熔盐法合成粉体有以下优点：（1）可以明显地降低合成温度和缩短反应时间。由于高温下，焰盐熔化，液相环境形成使物质的 反应速度远远大于室温下反应速率，因此在室温时不可逆的离子交换在熔盐中 遵守化学平衡定律。同时各组分氧化物的迁移率在液相熔盐中比在固相中髙， 反应物的流动性増强，扩散

28、速率显著提高，当反应生成的化合物超过其溶解度, 达到过饱和时即沉淀出来。同时由于熔盐贯穿在生成的粉体颗粒之间，阻止颗 粒之间的相互联结，因此制得的粉体无团聚，或仅有弱团聚体。(2)熔盐法 可以更容易控制粉体颗粒的形状和尺寸。这种性质同反应物与盐的熔体之间的 表而能和界而能有关，由于在熔盐中表面能和界面能有减小的趋势，最终导致 熔盐法合成的粉体具有特定的形貌。影响熔盐法合成的粉体形状的因素包括盐 的种类、盐的含量、反应温度和时间、起始氧化物的粉末特征等。通过改变这 些条件，可以制得特定形状的具有各向异性的粉体，进而通过流延等工艺制备 晶粒取向陶瓷。(3)熔盐法具有工艺简单，操作方便，反应温度易于

29、控制， 成本低、节能省时和环保等优点，其反应过程以及随后的清洗过程中，也会有 利于杂质的清除和再次利用，形成高纯的反应产物。因此，有人认为熔盐法是 合成高纯的符合化学计量的多组分氧化物粉体最简单的方法。此外，熔盐法制 备过程中引入的影响因素少，主要是温度和熔盐含量的影响，不像溶胶一凝胶 法的原料配制过程复杂，也不像水热法受温度、压力和矿化剂浓度等多种因素Sintering temperature (C)图10 700-Cffift的KNN粉体的TEM图11KNN陶瓷密度随烧结温度的变化曲 线从图中可以看出随着烧结温度升高，KNN陶瓷的密度先增大后减小，这是 由于随烧结温度上升，晶粒逐渐长大，晶

30、界和气孔逐渐减少的缘故，在升高温 度，陶瓷发生过烧，导致密度下降。表2以下是制备陶瓷粉体的几种方法之间的比较：表2不同制备方法的比较固相法Sol-gel化学沉淀法微波水热法熔盐法成本低中高中高中操作简单复杂笈杂简单成分控制差优好好优形貌控制差一般HR好好粉末活性差好好好好纯度(%)99.999.599.599.5锻烧需要需要需要不需要不需要第四章应用随着社会可持续发展进程的加快和人类环保意识的提高，材料的无铅化发 展已是必然趋势，对无铅压电陶瓷材料与器件的研究也必将进一步深入。从总 体上讲与铅基压电陶瓷相比无铅压电陶瓷的性能还存在较大差距，但无铅压电 陶瓷的开发和研究却已取得了长足进步，并可望

31、近期在多方面获得实际应用。 要进一步提高无铅压电陶瓷体系的性能，扩展无铅压电陶瓷器件应用范围，还 需进一步优化无铅压电陶瓷参数特性，特别是提高材料的机电耦合系数提高其 压电性能。在很多应用中还应提高机械品质因数，使无铅压电陶瓷材料与器件 多样化实用化。器件材料性能对比中频谐失器NKN +s%CuO/；T55kHz滯寛&为1025kHi.谐振阻抗乙V 3000. 起振电压范B)内頻率稳定性良好好呜器KNLNB-2.5/5在2kHz时的声压込到了 84dB.在2 81kHz时的声压具 有最大值88.8dB；ftW良好的电声性能声发射敏感元件(LiNaKMNbT；跡 0,敏感度66.3dB,敏感度條

32、值頻率29.4kHz声发射敏感元件KNN-BZT宽帯激光測定和低菜区域有与PZT-5H器件可比的敏惑KNN-Cu度.可准确気糊AE信号，用于AE器件.压电变压器KNN直径34. 2run，W度】,9mm点大输出功率12W21mmX6mmXl. 2mm, 一次模式14升温速率时聚大ROSR 压电变压器KNN-KCT-Mn输出功率为0.7W,二次模式,33*C升温返率时,最大瑞出 功必为I.8WU切振动頓弘转速313r/min,转矩19. 6団m,效率微型超声压电马达K.NNu1.6%弯,曲振动模Sh转速3?6r/min,转矩1 pN效率0.4%多层陶枢換能群NKN-5LTlOnunXlOmmX

33、Inim 的 MLCA.3mm 厚 MLCA 在 150V 下的位移St约为以m压电肉免琢动器NKLN PK1802Tf(430)和人都较高.tartf较大,场致位移较低显微操作用触觉传感器KNNT高的振动模式，小的振幡倾斜;低的振动模式商的灵敏 度 j-IOOpm/V第五章前景展望随着科学发展观理念的提出和我国大力建立节能性社会以及人们环保意识 的增强，建立环境协调性材料被提上日程，相信在不久的将来，无铅压电陶瓷 在整个压电陶瓷材料及其应用中将占很大的份额，与铅基压电陶瓷相比，无铅 压电陶瓷的性能还存在较大差距。将来在压电材料与器件应用中，高端应用（主 要指医疗和军事）还是要用铅基压电陶瓷材

34、料，而对大量的中端应用和低端应用, 可选用无铅压电陶瓷材料，但从总体上说，铅基压电陶瓷材料的使用必将减少。 压电复合材料具有更好的柔顺性和机械加丁性能、密度小、声速低、易于空气、 水及生物组织实现声阻抗匹配，广泛地用作换能器。纳米压电陶瓷有极好的力 学和电性能，应用前景广阔。PLZT透明铁电陶瓷具有介电性、铁电性、压电 性、电光性及热释电性，在铁电领域中拥有重要地位，适合于多种类型器件。 在接下来的研究中，我们还应当做好以下几点：一是对现有体系做进一步的掺 杂改性和位置替换，研究替换机理和掺杂物对介电压电性能的影响：二是继续 研究新的压电陶瓷的制备工艺，三是继续开发新的压电陶瓷体系。KNN基无

35、铅压电陶瓷材料已经取得重要进展，在不久的将来，此种压电陶 瓷定会被广泛应用。应在目前研究的基础上，选择更合适的掺杂离子及前驱体 粉体的制备方法，从而进一步提高KNN基无铅压电陶瓷材料的压电性能。使用 KNN基无铅压电陶瓷体系制备器件的方面研究还处于初级阶段，但可从陶瓷本 身现有性能和材料体系的改进入手。参考文献1 杨海波，林营，朱建峰，等.觀酸钾纳米棒的制备与表征LJ.压电与声光, 2008, -30(4)： 468470.2 杨海波，林营，王芬，等.胃酸钠亚微米粉体的低温合成及形貌控制J.武汉理工大学学报，2007, 29(7)： 5861.3 胡建辉，刘艳改，范佔，等.溶胶一凝胶法合成Li

36、TaO,粉体的烧结和介电 性能J.稀有金属材料与工程，2009, 38(s2)： 3263284 明保全，王矜奉.锯酸钾钠基无铅压电陶瓷的X射线衍射与相变分析J.物理学报，2008, 57(9)： 59625967.肖定全.环境协调型压电铁电陶瓷J.压电与声光，1999, 21(5)： 3636 肖定全.关于无铅压电陶瓷及其应用的几个问题J.电子元件与材料， 2004, 23(11)： 627 赁敦敏，肖定全，朱建国，等.无铅压电陶瓷研究开发进展口.压电与声 光，2003, 25(2)： 1278 赁敦敏，肖定全，朱建国，等.从发明专利看无铅压电陶瓷的研究与发展 无铅压电陶瓷20年发明专利分析之一口.功能材料，2003, 34(3)： 2509 赁敦敏，肖定全，朱建国，等.紹层状结构无铅压电陶瓷的研究与进展一 一无铅压电陶瓷20年发明专利分析之三J.功能材料，2003, 34(5)： 49110 吴家刚.两类铁电材料的极化及其与宏观性能的关联研究D.成都：四 川大学，200811 贺连星.李毅.李广成等.无铅压电陶瓷材料研究进展.电子元件与材 料.2004. 11(23)： 5255