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，采用適合工業生產的傳統電子陶瓷工藝，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d₃₃=286pC／N，平面機電耦合系數k_P=0．51，損耗tan居里溫度_c=385℃。這些參數表明，該壓電陶瓷具有很好的應用前景。

關鍵詞：無鉛無鉍壓電陶瓷；鈮酸鹽；壓電常數；居里溫度

引言

研究環境協調性好的電子材料及其制品已是緊迫任務。鉛污染已成為人類公害之一，鉍也是毒性物質，對生態環境和人類健康也造成損害，且鉍的生產導致了鉛和鉍的雙重污染。壓電材料是重要的高技術功能材料，這是由于壓電器件在電子、激光、超聲、通訊、導航、航天、醫療、計時、計量、無損檢測、傳感技術、生物工程、精密加工和引燃引爆等領域得到了廣泛應用。目前占壓電材料主導地位的仍然是鉛含量高達63％以上的鉛基壓電陶瓷(PZT)，鉛基陶瓷在生產、使用和廢棄處理過程中都給人類健康和生態環境造成損害。基于鉛污染已成為人類公害之一，歐盟、美國和日本先后立法，禁止或限制鉛在電子工業中的應用，我國也于2006年7月1日實施執行電子信息產品污染防止管理辦法。因此，研制無鉛化壓電陶瓷，研究環境協調性好的壓電材料及其制品是當前國家電子技術可持續發展的緊迫任務之一。

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

圖1

圖2