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BaTiO3基压电陶瓷的研究进展 Page 2 主要内容 研究背景 研究进展 性能改进 发展趋势展望 Page 3 研究背景 某些各向异性的晶体 在外力作用下产生变形 使带电粒子发生相对位移 从而在晶体表面出现束缚电荷 这种现象称为压电效应 某些介质在受到机械压力时 会产生压缩或伸长等形状变化 引起介质表面带电 这是正压电效应 反之 施加激励电场 介质产生机械变形 称为逆压电效应 晶体的这种性质称为压电性 具有压电效应的材料称为压电材料 无铅压电陶瓷的直接含义就是不含铅的压电陶瓷 机械能 电能 正压电效应 逆压电效应 无铅压电陶瓷 Page 4 研究背景 发展无铅压电陶瓷的原因 传统的压电陶瓷 PZT 锆钛酸铅 无铅压电陶瓷 2006年7月1日 欧盟颁布的 关于在电子电气设备中限制使用某些有害物质指令 开始强制实施 对电子产业无铅化起到了巨大的推动作用 但目前无铅压电陶瓷的电性能没有达到铅基陶瓷的性能 仍然无法替代铅基陶瓷 因此 如何提高无铅压电陶瓷的压电性能 是目前国内外无铅压电陶瓷研究的热点和难点 Page 5 研究背景 钛酸钡基无铅压电陶瓷 钛酸钡 BaTiO3 是最早发现有压电性的陶瓷 属于ABO3型钙钛矿结构 如图1所示 1 居里点不高 工作温度范围狭窄2 压电性能与含铅系列陶瓷相比 还有一定的差距3 需要高温烧结 1300 1350 C 且烧结存在一定难度 缺点 Page 6 研究背景 钛酸钡基无铅压电陶瓷 2009年日本国立物质研究所Ren等人报道了Ba Tio 8Zro 2 03 x Bao 7Cao 3 Ti03陶瓷具有超高的压电性能d33 620pC N 研究和开发高性能BaTi03基陶瓷引起了研宄者们广泛关注 化学组分改性 掺杂 制备工艺改进 研究重点 性能提升 Page 7 研究进展 化学组分改性 对BaTiO3基压电陶瓷的离子取代改性是通过掺杂离子使陶瓷的正交 四方相转变温度 TO T 的移动至室温附近 由于在正交 四方相转变区Gibbs自由能曲面变平 使得正交相和四方相的稳定性相似 在极化过程中自发极化有更多的可转向方向 从而使得相结构处于正交 四方相转变区域的陶瓷的压电性能较为优异 钛酸钡 BaTiO3 压电陶瓷的压电常数d33为190pC N 5 时发生正交相 四方相相转变 能使BaTiO3陶瓷的TO T升高的离子 Sn4 Zr4 Hf4 能使BaTiO3陶瓷的TO T降低的离子 Ca2 Pb2 大部分离子的掺杂会降低BaTiO3陶瓷的Tc 居里温度 能使BaTiO3陶瓷的Tc升高的离子 Pb2 Y3 Bi3 Page 8 研究进展 化学组分改性 关于BaTiO3陶瓷的离子掺杂取得了较多的成果 Page 9 研究进展 制备工艺改进 压电陶瓷的制作过程主要包括以下步骤 粉体制备 烧结工艺 Page 10 研究进展 制备工艺改进 粉体制备 传统的固相合成法 溶胶 凝胶法 水热法 其他 Page 11 研究进展 制备工艺改进 学者们对于每种制备方法的缺点也在做着改进研究 同时开发新的制备方法 Page 12 两步烧结法 微波法烧结 放电等离子体烧结法 其他 研究进展 制备工艺改进 烧结工艺 Page 13 研究进展 制备工艺改进 Page 14 发展趋势展望 1 压电陶瓷的无铅化发展已是必然趋势 BT基陶瓷研究取得的成果 使其在中 低温压电器件领域恢复市场主导地位的存在可能性2 与铅基压电陶瓷相比 BT基无铅压电陶瓷的性能