陶瓷前驱体聚硅氮烷的应用研究进展(二)

技术进展

，２０１３，２７（６）：４５７～４６１ＳＩＬＩＣＯＮＥＭＡＴＥＲＩＡＬ　

陶瓷前驱体聚硅氮烷的应用研究进展（二）倡

滕雅娣，张大伟，管国生

（沈阳化工大学应用化学学院，沈阳１１０１４２）

摘要：综述了陶瓷前驱体聚硅氮烷在制备陶瓷基复合材料、超高温材料、催化剂、多孔材料、粘接陶瓷、３Ｄ打印材料、三维陶瓷微结构材料，电脑芯片的多层连接技术、锂电池阳极上的应用研究进展。

关键词：聚硅氮烷，陶瓷，前驱体，复合材料，超高温材料，多孔材料

中图分类号：ＴＱ２６４畅１，ＴＱ１２７畅２文献标识码：Ａ　文章编号：１００９－４３６９（２０１３）０６－０４５７－０５

收稿日期：２０１２０８２０。

作者简介：滕雅娣（１９６５—），女，主要从事有机硅材料的制备以及有机合成的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｔｅｎｇｙａｄｉ＠ｓｙｉｃｔ畅ｅｄｕ畅ｃｎ。倡基金项目：辽宁省教育厅科学技术研究基金（２００８５７２）。

在过去的１０年里，使用软材料例如陶瓷前驱体聚合物制备和加工陶瓷和陶瓷复合材料的研究得到很大增长，这是由于它超出传统陶瓷加工技术的巨大技术进步。特别是，这一加工过程是制备多元的Ｓｉ—Ｃ—Ｏ、Ｓｉ—（Ｅ）—Ｃ—Ｏ、Ｓｉ—Ｃ—Ｎ和Ｓｉ—（Ｅ）—Ｃ—Ｎ（Ｅ为Ｂ、Ａｌ、Ｔｉ等）聚合物衍生陶瓷（ＰＤＣｓ）的唯一可行的方法。近几年的研究表明，ＰＤＣｓ彰显出杰出的性能，如耐热性，高温下的化学、氧化稳定性，因此具有广泛的潜在应用性，尤其是在严酷条件下的应用

［１］

。

作为陶瓷前驱体的聚硅氮烷，具有摩尔质量高、黏度高、粘接性好、耐高温、弹性好等优点，由其制成的氮化硅（Ｓｉ３Ｎ４）和氮化碳硅（ＳｉｘＮｙＣｚ）陶瓷更具有耐高温、耐磨、耐腐蚀等优良性能，除可用于制备陶瓷涂层、陶瓷纤维、纳米材料、磁性陶瓷

［２］

外，还可用于制备陶瓷

基复合材料（ＣＭＣ）、超高温材料、大块陶瓷、催化剂、多孔材料、锂电池阳极、３Ｄ打印材料、三维陶瓷微结构材料，还可用作陶瓷的粘接剂、电脑芯片的多层连接等。

１　用于制备陶瓷基复合材料

Ｈ畅Ｎａｋａｓｈｉｍａ等人发现，一种来源于

（ＨＡｌＮｉ

Ｐｒ）ｍ和［ＭｅＳｉ（Ｈ）ＮＨ］ｎ的前驱体可通过

裂解转化成Ａｌ—Ｓｉ—Ｎ—Ｃ陶瓷复合材料，而（ＨＡｌＮｉ

Ｐｒ）ｍ和［ＭｅＳｉ（Ｈ）ＮＨ］ｎ主要是由笼型化合物和环状化合物构成。ＡｌＨ基和ＮＨ基之间的

脱氢偶联反应在低温（≤～２５０℃）下进行，因此具有较高的陶瓷产率（９００℃时可达６９％）。在１３５０～１５００℃氩气中裂解的产物含有一种２Ｈ的ｗｕｒｔｚ型化合物和一种β－Ｓｉ３Ｎ４型化合物；而在１６００℃氩气中裂解的产物除含这些化合物之外还明显检测到β－ＳｉＣ的存在。另一方面，在８００℃的ＮＨ３中以及随后在１３５０℃的Ｎ２中裂解得到的产物由ＡｌＮ和β－Ｓｉａｌｏｎ组成

［３］

。

Ｓ畅Ｒ畅Ｚｂｉｇｎｉｅｗ通过一种低成本工艺制备了连

续的碳纤维／碳化硅复合材料。在这个过程中，二维碳纤维预成型产品中的空隙是通过加压渗透方式由ＳｉＣ粉末填充的。用这种方法可使纤维预成型产品达到较高的粒子堆积密度。将这种压缩体加热处理至４００℃可形成多孔架构，然后浸入液态陶瓷前驱体聚合物Ｃｅｒａｓｅｔ

ＴＭ

ＳＮ（商品名）

中进行渗透，再在氩气中于１３００℃下裂解

［４］

。

Ｓ畅Ｋｉｔａｏｋａ等人发明了一种以β′－Ｓｉａｌｏｎ为基

底的陶瓷渗透技术，用于氮化硼（ＢＮ）涂层的ＳｉＣ（Ｈｉ－ＮｉｃａｌｏｎＴＭ

）纤维的三维编织物中，它

是通过活性熔融渗透法在可控制的氮气氛围中进

行的。熔融玻璃对于纤维的润湿性通过全氢化聚硅氮烷的渗透及裂解加以改进，并得到高度密集的复合材料。纤维与熔融玻璃之间的反应可通过增加熔融渗透过程中氮气的分压来抑制。编织出的复合材料在室温下具有高度的弯曲强度及较大的断裂功。复合材料的机械性能即使在１７７３Ｋ

陶瓷前驱体聚硅氮烷的应用研究进展(二)

技术进展，２０１３，２７（６）：４５７～４６１ＳＩＬＩＣＯＮＥＭＡＴＥＲＩＡＬ　陶瓷前驱体聚硅氮烷的应用研究进展（二）倡滕雅娣，张大伟，管国生（沈阳化工大学应用化学学院，沈阳１１０１４２）摘要：综述了陶瓷前驱体聚硅氮烷在制备陶瓷基复合材料、超高温材料、催化剂、多孔材料、粘接陶瓷、３Ｄ打印材料、三维陶瓷微结构材料，电脑芯片的多层连接技术、锂电池阳极上的应用研究进展。关键词：聚硅氮烷，陶瓷，前驱体，复合材料，超高温材料，多孔材料中图分类号：ＴＱ２６４畅１，ＴＱ１２７畅２文献标识码：Ａ　文章编号：１００９－４３６９（２０１３）０６－０４５７－０５收稿日期：２０１２０８２０。作者简介：滕雅娣（１９６５—），女，主要从事有机硅材料的制备以及有机合成的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｔｅｎｇｙａｄｉ＠ｓｙｉｃｔ畅ｅｄｕ畅ｃｎ。倡基金项目：辽宁省教育厅科学技术研究基金（２００８５７２）。在过去的１０年里，使用软材料例如陶瓷前驱体聚合物制备和加工陶瓷和陶瓷复合材料的研究得到很大增长，这是由于它超出传统陶瓷加工技术的巨大技术进步。特别是，这一加工过程是制备多元的Ｓｉ—Ｃ—Ｏ、Ｓｉ—（Ｅ）—Ｃ—Ｏ、Ｓｉ—Ｃ—Ｎ和Ｓｉ—（Ｅ）—Ｃ—Ｎ（Ｅ为Ｂ、Ａｌ、Ｔｉ等）聚合物衍生陶瓷（ＰＤＣｓ）的唯一可行的方法。近几年的研究表明，ＰＤＣｓ彰显出杰出的性能，如耐热性，高温下的化学、氧化稳定性，因此具有广泛的潜在应用性，尤其是在严酷条件下的应用［１］。作为陶瓷前驱体的聚硅氮烷，具有摩尔质量高、黏度高、粘接性好、耐高温、弹性好等优点，由其制成的氮化硅（Ｓｉ３Ｎ４）和氮化碳硅（ＳｉｘＮｙＣｚ）陶瓷更具有耐高温、耐磨、耐腐蚀等优良性能，除可用于制备陶瓷涂层、陶瓷纤维、纳米材料、磁性陶瓷［２］外，还可用于制备陶瓷基复合材料（ＣＭＣ）、超高温材料、大块陶瓷、催化剂、多孔材料、锂电池阳极、３Ｄ打印材料、三维陶瓷微结构材料，还可用作陶瓷的粘接剂、电脑芯片的多层连接等。１　用于制备陶瓷基复合材料Ｈ畅Ｎａｋａｓｈｉｍａ等人发现，一种来源于（ＨＡｌＮｉＰｒ）ｍ和［ＭｅＳｉ（Ｈ）ＮＨ］ｎ的前驱体可通过裂解转化成Ａｌ—Ｓｉ—Ｎ—Ｃ陶瓷复合材料，而（ＨＡｌＮｉＰｒ）ｍ和［ＭｅＳｉ（Ｈ）ＮＨ］ｎ主要是由笼型化合物和环状化合物构成。ＡｌＨ基和ＮＨ基之间的脱氢偶联反应在低温（≤～２５０℃）下进行，因此具有较高的陶瓷产率（９００℃时可达６９％）。在１３５０～１５００℃氩气中裂解的产物含有一种２Ｈ的ｗｕｒｔｚ型化合物和一种β－Ｓｉ３Ｎ４型化合物；而在１６００℃氩气中裂解的产物除含这些化合物之外还明显检测到β－ＳｉＣ的存在。另一方面，在８００℃的ＮＨ３中以及随后在１３５０℃的Ｎ２中裂解得到的产物由ＡｌＮ和β－Ｓｉａｌｏｎ组成［３］。Ｓ畅Ｒ畅Ｚｂｉｇｎｉｅｗ通过一种低成本工艺制备了连续的碳纤维／碳化硅复合材料。在这个过程中，二维碳纤维预成型产品中的空隙是通过加压渗透方式由ＳｉＣ粉末填充的。用这种方法可使纤维预成型产品达到较高的粒子堆积密度。将这种压缩体加热处理至４００℃可形成多孔架构，然后浸入液态陶瓷前驱体聚合物ＣｅｒａｓｅｔＴＭＳＮ（商品名）中进行渗透，再在氩气中于１３００℃下裂解［４］。Ｓ畅Ｋｉｔａｏｋａ等人发明了一种以β′－Ｓｉａｌｏｎ为基底的陶瓷渗透技术，用于氮化硼（ＢＮ）涂层的ＳｉＣ（Ｈｉ－ＮｉｃａｌｏｎＴＭ）纤维的三维编织物中，它是通过活性熔融渗透法在可控制的氮气氛围中进行的。熔融玻璃对于纤维的润湿性通过全氢化聚硅氮烷的渗透及裂解加以改进，并得到高度密集的复合材料。纤维与熔融玻璃之间的反应可通过增加熔融渗透过程中氮气的分压来抑制。编织出的复合材料在室温下具有高度的弯曲强度及较大的断裂功。复合材料的机械性能即使在１７７３Ｋ

压电陶瓷材料及应用

压电陶瓷材料及应用一、概述 1.1电介质电介质材料的研究与发展成为一个工业领域和学科领域，是在20世纪随着电气工业的发展而形成的。国际上电介质学科是在20世纪20年代至30年代形成的，具有标志性的事件是：电气及电子工程师学会（IEEE）在1920年开始召开国际绝缘介质会议，以后又建立了相应的分会（IEEE Dielectric and Electrical Insulation Society）。美国MIT建立了以Hippel教授为首的绝缘研究室。苏联列宁格勒工学院建立了电气绝缘与电缆技术专业，莫斯科工学院建立了电介质与半导体专业。特别是德国德拜教授在20世纪30年代由于研究了电介质的极化和损耗特性与其分子结构关系获得了诺贝尔奖，奠定了电介质物理学科的基础。随着电器和电子工程的发展，形成了研究电介质极化、损耗、电导、击穿为中心内容的电介质物理学科。我国电介质领域的发展是在1952年第一个五年计划制定和实行以来，电力工业和相应的电工制造业得到迅速发展，这些校、院、所、首先在我国开展了有关电介质特性的研究和人才的培养，并开出了“电介质物理”、“电介质化学”等关键专业课程，西安交大于上海交大、哈尔滨工大等院校一道为我国培养了数千名绝缘电介质专业人才，促进了我国工程电介质的发展。80年代初中国电工技术学会又建立了工程电介质专业委员会。近年来，随着电子技术、空间技术、激光技术、计算机技术等新技术的兴起以及基础理论和测试技术的发展，人们创造各种性能的功能陶瓷介质。主要有：（1）、电子功能陶瓷如高温高压绝缘陶瓷、高导热绝缘陶瓷、低热膨胀陶瓷、半导体陶瓷、超导陶瓷、导电陶瓷等。（2）、化学功能陶瓷如各种传感器、化学泵等。（3）、电光陶瓷和光学陶瓷如铁电、压电、热电陶瓷、透光陶瓷、光色陶瓷、玻璃光纤等。（电介质物理——邓宏）

全氢聚硅氮烷液体涂料

安徽省蚌埠市高新区兴中路985号日月科技园Sunmoon industry park, 985 Xingzhong Road,Bengbu, China 233000 中文名称: 无机(全氢)聚硅氮烷(PHPS) 中文同义词: 纳米亲水超硬耐沾污涂料材料英文名称: Hydrophilic Super Hard Stain Resistant Nano-Coating Materials 英文同义词: PHPS 产品描述该涂层产品以全氢聚硅氮烷IOTA PHPS 为主组分，稀释存放于溶剂中。产品特性

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压电晶体与压电陶瓷的结构、性能与应用Word版

压电晶体与压电陶瓷的结构、性能与应用摘要：压电晶体与压电陶瓷作为典型的功能材料，具有能实现机械能与电能之间互相转换的工作特性，在电子材料领域占据相当大的比重。本文从压电效应入手，阐述了压电晶体与压电陶瓷的结构原理以及性能特点。针对压电晶体与压电陶瓷在生产实践中的应用情况，综述了其近年来的研究进展，并系统介绍了其在各个领域的应用情况和发展趋势。关键词：压电晶体压电陶瓷压电效应结构性能应用发展引言 1880年皮埃尔?居里和雅克?居里兄弟在研究热电现象和晶体对称性的时候，在α石英晶体上最先发现了压电效应。1881年，居里兄弟用实验证实了压电晶体在外加电场作用下会发生形变。1894年，德国物理学家沃德马?沃伊特，推论出只有无对称中心的20中点群的晶体才可能具有压电效应。[1] 石英是压电晶体的代表，利用石英的压电效应可以制成振荡器和滤波器等频率控制元件。在第一次世界大战中，居里的继承人朗之万，为了探测德国的潜水艇，用石英制成了水下超声探测器，从而揭开了压电应用史的光辉篇章。除了石英晶体外，酒石酸钾钠、BaTiO3陶瓷也付诸应用。1947年美国的罗伯特在BaTiO3陶瓷上加高压进行极化处理，获得了压电陶瓷的压电性。随后，美国和日本都积极开展应用BaTiO3压电陶瓷制作超声换能器、音频换能器、压力传感器等计测器件以及滤波器和谐振器等压电器件的研究，这种广泛的应用研究进行到上世纪50年代中期。 1955年美国的B.贾菲等人发现了比BaTiO3的压电性优越的PbZrO3-PbTiO3二元系压电陶瓷，即PZT压电陶瓷，大大加快了应用压电陶瓷的速度，使压电的应用出现了一个崭新的局面。BaTiO3时代难以实用化的一些应用，特别是压电陶瓷滤波器和谐振器以及机械滤波器等，随着PZT压电陶瓷的出现而迅速地实用化了。采用压电材料的SAW滤波器、延迟线和振荡器等SAW器件，上世纪70年代末也已实用化。上世纪70年代初引起人们注意的有机聚合物压电材料（PVDF），现在也已基本成熟，并已达到了生产规模。如今,随着应用范围的不断扩大以及制备技术的提升,更多高性能的环保型压电材料也正在研究中。一、压电晶体与压电陶瓷的结构及原理压电效应包含正压电效应与逆压电效应，当某些电介质在一定方向上受到外力的作用而发生变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷，当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变，并且受力所产生的电荷量与外力的大小成正比，而当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应；相反，当在电介质的极化方向上施加交变电场，这些电介质也会发生机械变形，电场去掉后，电介质的机械变形随之消失，这种现象称为逆压电效应。正压电效应是把机械能转换为电能，而逆压电效应是把电能转换为机械能。 1.1压电效应原理

聚硅氮烷在氨气中的裂解研究

?研究简报? 31996212210收稿;1997204207修稿聚硅氮烷在氨气中的裂解研究3 胡海峰　陈朝辉　冯春祥　张长瑞　宋永才 (国防科技大学五系　长沙　410073) 关键词　聚硅氮烷,氨气气氛,裂解机理先驱体转化法是制备陶瓷的一种独特方法,但裂解产物往往偏离化学稳定相组成,尤其是硅氮烷裂解后氮含量不足影响了材料的高温性能.Colombier 等[1]采用卤硅烷与肼反应,合成的硅氮烷在N 2中裂解可以得到较高氮含量的陶瓷;Burns 等[2]在N H 3中裂解聚碳硅烷和聚硅氮烷,得到高氮含量的Si —N 陶瓷.本文报道卤硅烷肼解之硅氮烷在N H 3中进行裂解,得到近似Si 3N 4化学组成的Si —N 陶瓷,并提出了裂解历程. 硅氮烷的合成根据文献[1].MeHSiCl 2肼解产物在热压釜内于423K ,N 2(011MPa )中处理6h 得到坚硬的泡状固体(PHSZ ),同样处理Me (CH 2CH )SiCl 2肼解产物(加入015%wt DCP )得到蜡状固体(PVSZ ).裂解在程序控温的管式炉(Φ1473K ,流动N H 3/N 2(50/50vol ),升温速率5K/min ),或热压炉(>1473K ,N 2)中进行,并在最高温度下恒温30min.采用TGGC Rigaku Thermoflex 联用系统测定TG 曲线(试样量～16mg ,量程20mg ,升温速率10K/min ,N 2/N H 3流量40mL/min ,N H 3体积分数50%)和检测逸出气体种类(色谱柱和热导检测器温度均为348K ,载气H 2,流量45mL/min ).红外光谱采用Hitachi 270230型红外分光光度计测定(K Br 压片).处理温度低于1273K 的样品采用PE2400CHN 元素分析仪测定C 、H 、N 的含量,并用减量法计算Si 含量(燃烧温度1153K ),高于1273K 的样品采用化学方法测定Si 、C 、N 含量,并按化学计量计算O 含量[3].用Siemens D 2500全自动X 2射线衍射仪测定样品的X 2射线衍射图(Cu 靶,2θ=20～90°,λ=01154nm ).用比重瓶(体积5mL ,298K )测定密度(样品过100目筛). 1　实验结果热重曲线见图1.PHSZ 的失重可分为三个阶段:473K 以前几乎没有失重,473～673K 之间有114%的增重,GC 检测到H 2及N 2H 4逸出;673～1023K 之间有较大失重(1915%),主要逸出气体为CH 4,H 2;1023～1273K 之间失重3%,有H 2和微量HCN 逸出.PVSZ 热失重曲线三个失重段分别为:273～673K (7%),673～1023K (37%)及1023～1273K (4%).温度低于473K 时未检测到逸出气体,473～673K 之间检测到少量N 2H 4,673～1023K 之间逸出大量气体(H 2、CH 4、C 2H 4、C 2H 6、C 3H 6等),在更高温度下有HCN 释出. PHSZ 和PVSZ 的密度增长曲线(图2)比较一致,在473～723K 之间密度增长较为缓慢,723～1023K 之间增长很快,1023～1473K 之间有较少量的增加,1873K 时已接近第1期 1998年2月高　分　子　学　报ACTA POL YM ERICA SIN ICA No.1Feb.,1998104

高温压电陶瓷材料研究进展

CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2008年第27卷第1期 ·16· 化工进展高温压电陶瓷材料研究进展李庆利，曹建新，赵丽媛，吕剑明，范冠锋（贵州大学化学工程学院，贵州贵阳 550003）摘要：随着高新技术的迅速发展，对压电器件工作温度的要求越来越高，因此高温压电陶瓷材料成为近几年研究的热点之一。介绍了国内外学者对钙钛矿结构、钨青铜结构和铋层状结构压电陶瓷进行改性，获得一系列高温压电陶瓷材料的研究现状。展望了高温压电陶瓷材料的发展前景，并对其今后的研究方向提出了建议。关键词：高温压电陶瓷；改性；钙钛矿结构；钨青铜结构；铋层状结构中图分类号：TM 282 文献标识码：A 文章编号：1000–6613（2008）01–0016–05 Research progress in high temperature piezoceramics LI Qingli ，CAO Jianxin ，ZHAO Liyuan ，Lü Jianming ，F AN Guanfeng (College of Chemical Engineering ，Guizhou University ，Guiyang 550003，Guizhou ，China) Abstract ：Along with the rapid development of high-technology ，the operation temperature of piezoelectric devices are getting higher and higher ，consequently ，the high temperature piezoceramics has become one of the research focuses of piezoceramics. In this paper ，the research status of modified perovskite ，tungsten bronze and bismuth layer structure of high temperature piezoceramics is introduced. The prospect of the high temperature piezoceramics is presented ，and suggestions for its future research are made. Key words ：high temperature piezoceramics ；modification ；perovskite structure ；tungsten bronze structure ；Bi-layer structure 作为一种新型功能材料，高温压电陶瓷被广泛应用于航空航天、核能、冶金、石油化工、地质勘探等许多特殊领域。但是，目前商业化应用的锆钛酸铅体系压电陶瓷的居里温度一般在250～380 ℃，由于热激活老化过程，其安全使用温度被限制在居里温度的1/2处。压电性能优良，使用温度低于400 ℃的高温压电陶瓷材料已经不能满足当前高新技术发展的要求。此外，商用高温传感器所采用的压电材料仅限于LiNbO 3等单晶材料，生产工艺复杂，价格极其昂贵，而且国内目前尚无性能优良、使用温度高于350 ℃的高温压电陶瓷传感器产品，国外对这类器件的研究报道也很少[1－ 4]。因此，高温压电陶瓷材料成为近几年来研究的热点，各种新成果、新技术不断涌现。本文综述了高温压电陶瓷材料的最新研究进展。 1 钙钛矿结构高温压电陶瓷材料 2.1 改性钛酸铅压电陶瓷纯钛酸铅在常温下为四方钙钛矿型结构，介电常数小，压电性能高，压电各向异性大，居里温度高（T C =490 ℃），因而适于在高温下工作。但是，由于纯钛酸铅陶瓷难以烧结，当晶体冷却通过居里点时，在内应力作用下易自行开裂；大的轴向比率使得其矫顽场大，难以极化。为此，很多研究者采用掺杂形成固熔体的方法来解决这一问题，并取得了较好的研究成果（见表1[5－ 12]）。宴伯武等[5]选用居里点较高的复合钙钛矿型化合物Pb (Cd 4/9Nb 2/9W 3/9 )O 3（T C =495 ℃）对PbTiO 3进行B 位取代，并掺杂适量MnO 2抑制晶粒的过分生长，以形成均匀细密的内部结构，制备了0.2PCNW-0.8PT-x MnO 2陶瓷。这种陶瓷材料在 x =1.0%时，系统k t 可达0.45， T C ≥480℃，T 33ε在200收稿日期：2007–07–13；修改稿日期：2007–08–13。基金项目：贵州省优秀科技教育人才省长专项基金（2005-111）及贵州省科技攻关计划项目［黔科合GY 字（2006）3030］。第一作者简介：李庆利（1981—），男，硕士研究生。E –mail pie_ql@https://www.360docs.net/doc/034575773.html, 。联系人：曹建新，教授，硕士生导师，主要从事高性能无机材料研究。电话 0851–4733010；E –mail jxcao@https://www.360docs.net/doc/034575773.html, 。

压电陶瓷及其应用

压电陶瓷及其应用一. 概述压电陶瓷是一种具有压电效应的多晶体，由于它的生产工艺与陶瓷的生产工艺相似（原料粉碎、成型、高温烧结）因而得名。某些各向异性的晶体，在机械力作用下，产生形变，使带电粒子发生相对位移，从而在晶体表面出现正负束缚电荷，这种现象称为压电效应。晶体的这种性质称为压电性。压电性是J·居里和P·居里兄弟于1880年发现的。几个月后他们又用实验验证了逆压电效应、即给晶体施加电压时，晶体会产生几何形变。 1940年以前，只知道有两类铁电体（在某温度范围内不仅具有自发极化，而且自发极化强度的发向能因外场强作用而重新取向的晶体）：一类是罗息盐和某些关系密切的酒石酸盐；一类是磷酸二氢钾盐和它的同品型物。前者在常温下有压电性，技术上有使用价值，但有易溶解的缺点；后者要在低温（低于—14 C）下才有压电性，工程使用价值不大。 1942-1945年间发现钛酸钡（BaTiO）具有异常高的介电常数，不久又发现它具有压电性，BaTi O压电陶瓷的发现是压电材料的一个飞跃。这以前只有压电单晶材料，此后出现了压电多晶材料——压电陶瓷，并获得广泛应用。1947年美国用BaTiO陶瓷制造留声机用拾音器，日本比美国晚用两年。BaTiO存在压电性比罗息盐弱和压电性随温度变化比石英晶体大的缺点。 1954年美国B·贾菲等人发现了压电PbZrO-PbTiO(PZT)固溶体系统，这是一个划时代大事，使在BaTiO时代不能制作的器件成为可能。此后又研制出PLZT透明压电陶瓷，使压电陶瓷的应用扩展到光学领域。

迄今，压电陶瓷的应用，上至宇宙开发，下至家庭生活极其广泛。我国对压电陶瓷的研究始于五十年代末期，比国外晚10年左右，目前在压电陶瓷的试制、工业生产等方面都已有相当雄厚力量，有不少材料已达到或接近国际水平。二. 压电陶瓷压电性的物理机制压电陶瓷是一种多晶体，它的压电性可由晶体的压电性来解释，晶体在机械力作用下，总的电偶极矩（极化）发生变化，从而呈现压电现象、因此压电性与极化，形变等有密切关系。 1. 极化的微观机理极化状态是电场对电介质的荷电质点产生相对位移的作用力与电荷间互相吸引力的暂时平衡统一的状态。极化机理主要有三种。（1）电子位移极化——电介质的原子或离子在电场力作用下，带正电原子核与壳层电子的负电荷中心出现不重合。（2）离子位移极化——电介质正、负离子在电场力作用下发生相对位移，从而产生电偶极矩。（3）取向极化——组成电介质的有极分子，有一定的本征（固有）电矩，由于热运动，取向无序，总电矩为零，当外加电场时，电偶极矩沿电场方向排列，出现宏观电偶极矩。对于各向异性晶体，极化强度与电场存在有如下关系 m，n=1，2，3 式中为极化率，或用电位移写成：

无铅压电陶瓷的研究现状与发展前景

无铅压电陶瓷的研究现状与发展前景 Tadashi Takenaka，Hajime Nagata Faculty of Science and Technology，Tokyo University of Science，Y amazaki 2641，Nada， Chiba-ken 278-8510，Japan 摘要：钙钛矿结构的陶瓷和铋层结构BLSF陶瓷因具有优良的绝缘性、铁电性和压电性，成为污染环境的含铅压电陶瓷的良好替代材料。钙钛矿陶瓷广泛应用于高能换能器，具有较高的压电常数d33(>300pC/N)和高的居里温度Tc(>200℃)。采用固相法制备的BaTiO3，即(1-x) BaTiO3-x(Bi0.5K0.5)TiO3[BTBK-100x]陶瓷,Tc随着x的增加而增加。BTBK-20+MnCO30.1wt%陶瓷显示出高的Tc（~200℃），同时机电耦合系数k33=0.35。固相法得到的a Bi0.5Na0.5)TiO3-b BaTiO3-c Bi0.5K0.5)TiO3[BNBK(100a/100b/100c)陶瓷,相对于BNBK(85.2/2.8/12)的d33和Tc 分别为191pC/N和301℃。另一方面，BLSF陶瓷是优良的高温压电传感器和具有高机械品质因数Qm的陶瓷共振器，并且在低温下谐振频繁(Tc-f r)。施主掺杂Bi4Ti3O12的陶瓷例如Bi4Ti3-x Nb x O12[BINT-x]和Bi4Ti3-x V x O12[BIVT-x]表现出高的Tc（~650℃）。BINT-0.08陶瓷初始晶粒的k33值为0.39并在350℃时保持这一值。基于固相体系的Bi3TiTaO9(BTT)Sr x-1Bi4-x Ti2-x Ta x O9[SBTT2(x)](1≤x≤2)在x=1.25的P型半导体中表现出高的Qm值(=13500)。关键词：铁电性，压电性，钙钛矿，铋层结构铁电体 1. 前言压电性是电子和机电材料表现出来的重要性质。应用最广泛的压电材料是三元系的PbTiO3-PbZrO3(PZT)。然而，近年来为了环境保护人们期望使用无铅材料。例如，欧盟将在电子和电器设备(WEEE)方面执行立法草案,限制有毒物质(RoHS)的排放和控制生活交通工具(ELF)。因此，无铅压电材料作为PZT陶瓷的替代材料吸引了广泛的注意力。无铅压电材料，如压电单晶，有钙钛矿结构的铁电陶瓷，以及钨青铜和铋层结构铁电陶瓷(BLSF)已有报道。然而，没有哪种材料显示出优于PZT体系的压电性能。为了替代PZT体系，要求划分和发展各种应用领域的压电性能。例如，钙钛矿陶瓷能够应用于高能态的调节器。另一方面，铋层结构铁电陶瓷(BLSF)可应用于陶瓷过滤和谐振器的可选择材料。本文将详细介绍钙钛矿铁电陶瓷和BLSF陶瓷的绝缘性、铁电性和压电性，这两种陶瓷是可优先选择并能减少对环境损害的无铅压电材料。

聚硅氮烷

研究论文（DOI: 10.6023/A1109254）紫外光固化含硼氮六环的硅硼氮碳烷陶瓷单源先驱体的合成、表征及性能研究张建柯陈立新* 张红祥何玮奇（西北工业大学理学院应用化学系西安 710129）摘要：以氯甲基三氯硅烷、三氯化硼和六甲基二硅氮烷为原料经过一步法合成出一种新型的端基为Si-Cl基团的含硼氮六环的硼硅氮碳烷单体：B,B′,B〞-三[ (三氯硅基)-亚甲基] 环硼氮烷（TSMB），用2-羟基丙烯酸乙酯和乙烯基乙二醇醚对TSMB进行功能化改性，得到可UV固化的陶瓷单源先驱体a-TSMB和e-TSMB；a-TSMB和e-TSMB经UV固化、1400℃下裂解2h最后制备出陶瓷材料C1和C2。采用FT-IR、NMR、DPC、RT-IR、TGA、XPS 和XRD分别对TSMB、e-TSMB和a-TSMB以及陶瓷C1和C2的结构、组成、UV反应性、陶瓷产率和耐高温性能进行了研究。结果表明：a-TSMB和e-TSMB两种陶瓷单源先驱体分子中含有硼氮六环结构，分子末端为丙烯酸酯或乙烯基醚官能团，与理论设计完全相符； a-TSMB和e-TSMB的光聚合反应在25sec内分别完成82%和67%，最终双键转化率可达到 90.0%和74.0%，其陶瓷产率在1300℃时为57.9%和48.5%；陶瓷材料C1和C2中含有Si、 B、C、N、O五种元素，且B元素的含量达到4.4%和4.9%，达到耐高温陶瓷对B元素含量的要求，在1400℃时陶瓷C1和C2均可保持非晶态具有优异的耐高温性能。关键词：SiBNC陶瓷；硅硼氮碳烷；陶瓷单源先驱体；UV固化；结构表征 1 E-mail: lixin@https://www.360docs.net/doc/034575773.html, 西北工业大学研究生创业种子基金（NO.Z2011014）资助项目

压电材料的研究

摘要：本文阐述了各类新型压电材料的性能和应用。从压电材料的压电效应入手，介绍了压电材料的分类及发展应用。针对不同类型的压电材料在实际生活中的应用情况，概述了近年压电材料的研究状况，并系统地简介了压电材料在各个领域的应用和发展。关键词：压电材料压电效应压电材料的分类研究方向实际应用压电材料的应用遍及大家日常生活的各个角落，人们几乎每天都在应用压电材料。香烟、电热水器、汽车发动机等的点火装置要用到压电点火器；电子手表、声控门、电话等要用到压电谐振器或者是蜂鸣器；收音机要用到压电微音器、压电扬声器；数码相机要用到压电马达等等。压电材料不仅在工业和民用产品上使用广泛，在军事上也有大量应用。雷达、军用通讯和导航设备等都需要大量的压电陶瓷滤波器和压电SAW滤波器。压电材料还应用于结构缺陷的识别、柔性结构振动的控制以及医学上的免疫检测、人工耳蜗等。一、压电材料与压电效应 1880年，法国物理学家居里兄弟发现：把重物放在石英晶体上，晶体的表面会产生电荷，产生的电荷量与其承受的压力成比例，这一发现被称为压电效应。随即，居里兄弟又发现了逆压电效应：即在外电场作用下，压电体会产生形变。压电效应表现为：当某些电介质在一定方向上受到外力的作用而发生形变时，其内部会发生极化现象，同时在它的两端出现正负相反的电荷，当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变，受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。当去除外力后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。正压电效应是把机械能转换为电能，逆压电效应是把电能转换为机械能。二、压电材料的分类我们可以将压电材料分为以下六类：（1）单晶材料，如石英、磷酸二氢氨等；

压电陶瓷的特性及应用举例

压电陶瓷的特性及应用举例芯明天压电陶瓷以PZT锆钛酸铅材料为主，主要利用压电陶瓷的逆压电效应，即通过对压电陶瓷施加电场，压电陶瓷产生纳米级精度的致动位移。芯明天压电陶瓷 Δ压电效应压电效应可分为正压电效应和逆压电效应。正压电效应是指压电陶瓷受到特定方向外力的作用时，在压电陶瓷的正负极上产生相反的电荷，当外力撤去后，又缓慢恢复到不带电的状态；逆压电效应是指在对压电陶瓷的极化方向上施加电压，压电陶瓷会随之发生形变位移，电场撤去后，形变会随之消失。

Δ纳米级分辨率压电陶瓷的形变量非常小，一般都小于1%，虽然形变量非常小，但可通过改变电场强度非常精确地控制形变量。压电陶瓷是高精度致动器，它的分辨率可达原子尺度。在实际使用中，压电陶瓷的分辨率通常受到产生电场的驱动控制器的噪声和稳定性的限制。 Δ大出力压电陶瓷产生的最大出力大小取决于压电陶瓷的截面积，对于小尺寸的压电陶瓷，出力通常达到数百牛顿的范围，而对于大尺寸的压电陶瓷，出力可达几万牛顿。

Δ响应时间快

压电陶瓷应用研究进展

压电陶瓷应用研究进展程院莲,鲍鸿,李军,李小亚 (广东工业大学自动化学院,广东广州510090) 摘要:阐述了压电陶瓷在振子、换能器及光电等方面的应用及近年来所取得的最新成果;给出了具体的最新应用实例。关键词:压电陶瓷;超声换能器;压电驱动器中图分类号:TN712+ 5 文献标识码:A 文章编号:1672-4984(2005)02-0012-03 Research progress in applications of piezoelectric ceramic C HENG Yuan -lian,BAO Hong,LI Jun,LI Xiao -ya (College of Automation,Guangdong University of Technology,Guangzhou 510090,China) Abstract:The applications to the aspects such as piezoelectric resonators ,piezoelectric transducer,photo devices,and the newest research outcomes made in the recent years are expounded,some newest application examples are also given Key words:Piezoelectric ceramic;Ultrasonic transducer;Piezoactuator 收稿日期:2004-06-09;收到修改稿日期:2004-08-17基金项目:广东省教育厅科研基金项目资助(030058)作者简介:程院莲(1978-),女,硕士研究生,主要从事检测技术与自动化装置研究。 1 引言压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料,它具有压电效应。所谓压电效应是指由应力诱导出极化(或电场),或由电场诱导出应力(或应变)的现象,前者为正压电效应,后者为负压电效应,两者统称为压电效应。目前为止,压电陶瓷的这种压电效应已被应用到与人们生活密切相关的许多领域,遍及工业、军事、医疗卫生、日常生活等。可见压电陶瓷应用的研究意义非常重大。随着新工艺和新材料的出现,压电陶瓷应用日新月异,本文描述了一些压电陶瓷新应用成果。 2 压电陶瓷的广泛应用压电陶瓷的应用十分广泛。大体说来,可分为频率控制、换能传感和光电器件等方面。2 1 压电陶瓷频率控制器件压电频率控制器件有滤波器、谐振器和延迟线等,这类器件使用于道倍机、微机、彩电延迟电路等中。压电陶瓷片(压电振子)在外加交变电压作用下,会产生一定频率的机械振动。在一般情况下这种振动的振幅很小,但是当所加电压的频率与压电振子的固有机械振动频率相同时会引起共振,振幅大大增加。这时,交变电场通过逆压电效应产生应变,而应变又通过正压电效应产生电流,电能和机械能最大限度地互相转换,形成振荡。利用压电振子这一特点,可以制造各种滤波器、谐振器等,其频率稳定性好,精度高,适用频率范围宽,体积小,不吸潮,寿命长,特别是在多路通信设备中能提高抗干扰性,所以目前已取代了相当大一部份电磁振荡器和滤波器,而且这一趋势还在不断发展中。2 2 压电换能器及传感器压电陶瓷在交变电场作用下,会产生伸缩振动,从而向介质中发射声波。当交变电场的频率与压电陶瓷的固有机械频率相近时会产生共振,它能发出很强的超声波振动。因而可利用所产生的高强度超声波来改变物质的性质和状态,如超声清洗、超声乳化以及制作各种超声切割器、焊接装置及烙铁,对塑料甚至金属进行加工等。压电晶体产生的超声波在介质中传播,遇到障碍物时,大部分声能被折回形成回波,回波再被压电晶体接收转变成电信号,电信号的幅度与给定频率下的声信号的幅度成比例。根据此电信号的各种参量,可以进行超声医疗,对金属进行无损探测以及探测水下物体等。其中把声能转换为电能的换能器叫作接收器或水听器;把电能转换为声能的换能器叫作发射器。声纳就是这方面的一个广泛应用,有些声纳用同一只换能器来发射和接收声音;另一些则使用分开的发射器和水听器。其第31卷第2期 2005年3月中国测试技术 C HINA MEASUREME NT TECHNOLOGY Vol 31 No 2Mar,2005

陶瓷前驱体聚硅氮烷的制备研究进展

研究 ?开发，２０１３，２７（１）：２０～２４ＳＩＬＩＣＯＮＥＭＡＴＥＲＩＡＬ　二甲基硅油－液体石蜡复合乳液的制备殷树梅，李明春（青岛科技大学化工学院，山东青岛２６６０４２）摘要：以二甲基硅油、液体石蜡为主要原料，制备了硅油－液体石蜡复合乳液。考察了乳化条件对乳液性能的影响。结果表明，液体石蜡代替部分二甲基硅油制备硅油乳液最适宜的质量分数为２０％。采用剂在油中法制备乳液的最佳工艺条件是：采用Ｓｐａｎ－８０、Ｔｗｅｅｎ－８０、硬脂酸、三乙醇胺、ＯＰ－１０的质量比为６∶３∶２∶１∶２的复配乳化剂且质量分数为６％，乳化温度８５℃，搅拌速率为１２００ｒ／ｍｉｎ，加入适量水，乳化３０ｍｉｎ后，搅拌速度降至２００ｒ／ｍｉｎ，加入稀释水。在此条件下制备的二甲基硅油－液体石蜡复合乳液为白色细腻液体，具有较好的离心稳定性和稀释分散性，固体质量分数为４５％。关键词：二甲基硅油，液体石蜡，乳化剂，乳液中图分类号：ＴＱ３２４畅２＋１文献标识码：Ａ文章编号：１００９－４３６９（２０１３）０１－００２０－０５收稿日期：２０１２０６２５。作者简介：殷树梅（１９５２—），女，硕士生导师，主要从事精细化工产品的合成与研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｉｎｓｈｕｍｅｉ＠１６３畅ｃｏｍ。硅油具有良好的化学稳定性，表面张力小，其乳液广泛用作造纸、发酵行业的消泡剂［１］、塑料制品的脱模剂［２］、建筑防水剂［３］、日用化妆品的添加剂［４－５］等。石蜡乳液具有无毒、低成本等优点，在工业上的应用十分广泛，如：在木材加工行业用作防水剂，在石油工业用作钻井润滑添加剂［６］，在轻工、橡胶行业用作上光剂［７］，在陶瓷、金属铸造工业用作脱模剂［８］。液体石蜡的价格比二甲基硅油便宜，用液体石蜡代替部分二甲基硅油，可降低硅油乳液的成本。为此，本实验用液体石蜡代替部分二甲基硅油，采用复合型非离子乳化剂制备了硅油－液体石蜡复合乳液。考察了乳化条件对乳液性能的影响。１　实验１畅１　主要原料及仪器二甲基硅油：黏度１０００ｍＰａ?ｓ，山东大易化工有限公司；液体石蜡：１０＃，中国石化集团齐鲁分公司；失水山梨糖醇脂肪酸酯－８０（Ｓｐａｎ－８０）、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯－８０（Ｔｗｅｅｎ－８０）、壬基酚聚氧乙烯醚（ＯＰ－１０）：天津浩源精细化工有限公司；硬脂酸：ＡＲ，天津市博迪化工有限公司；三乙醇胺：工业级，天津科密欧化学试剂有限公司。恒温水浴锅：ＴＤＡ－８００２型，金坛市华特实验仪器有限公司；电动搅拌器：ＭＹＨ－７４０１型，江苏金坛市金城国胜实验仪器厂；离心机：ＴＤＬ－４型，张家港恒瑞离心机制造有限公司。１畅２　复合乳液的制备将适量二甲基硅油、液体石蜡和复配的乳化剂加入三口烧瓶中，在恒温水浴锅中边搅拌、边升温至一定温度；将预热水分两次沿烧瓶壁倒入，同时提高搅拌器转速；搅拌一定时间后，加入一定量的水稀释，以２００ｒ／ｍｉｎ的转速搅拌约１０ｍｉｎ，自然降温，即得二甲基硅油－液体石蜡复合乳液。１畅３　性能检测离心稳定性：按ＧＢ／Ｔ１１５４３—２００８测试。将１０ｍＬ复合乳液装入离心试管，以４０００ｒ／ｍｉｎ的转速离心１５ｍｉｎ，观察乳液是否分层。水分离率：取１０ｍＬ复合乳液，称取质量；装入离心试管，经４０００ｒ／ｍｉｎ转速离心１０ｍｉｎ；若有水析出，取出分离的水，称取其质量，按式１计算水分离率。水分离率＝析出水的质量／复合乳液的质量×１００％（１）乳液类型：采用冲淡法。在少许复合乳液中

无铅压电陶瓷的研究进展

无铅压电陶瓷材料的研究进展摘要：无铅压电陶瓷的开发与应用是当今压电陶瓷发展的必然趋势，本文综合分析了无铅压电陶瓷的研究背景，给出了目前无铅压电陶瓷的主要体系，包括基无铅压电陶瓷、BNT 基无铅压电陶瓷、铋层状结构无铅压电陶瓷、碱金属钙钛矿结构和钨青铜结构铌酸盐无铅压电陶瓷，系统分析并比较了各个压电陶瓷体系的的性能、制备方法及研究现状，最后对无铅压电陶瓷的发展做出展望。关键词：无铅压电陶瓷；BaTiO3；BNT；铋层状结构；碱金属铌酸盐；钨青铜结构 1 引言压电陶瓷是一种能够实现机械能和电能相互转换的功能陶瓷材料。与压电单晶材料相比，具有机电耦合系数高，压电性能可调节性好，化学性质稳定，易于制备且能制得各种形状、尺寸和任意极化方向的产品，价格低廉等优点，被广泛应用于卫星广播、电子设备、生物以及航空航天等高新技术领域。然而，目前所使用的压电陶瓷体系主要是铅基压电陶瓷，这些陶瓷材料中PbO(或Pb3O4)的含量约占原料总质量的70%左右。由于PbO、Pb3O4等含铅化合物在高温时的挥发性，这些陶瓷在生产、使用及废弃过程中都会对人类健康和生态环境造成很大的危害。如果对含铅陶瓷器件回收实施无公害处理，所需成本也会很高。另一方面，PbO的挥发也会造成陶瓷的化学计量比偏离配方中的化学计量比，造成产品的一致性和重复性降低。因此，研制和开发对环境友好的无铅压电陶瓷成为一项紧迫且具有重大实用意义的课题。无铅压电陶瓷，又被称为环境友好压电陶瓷，其直接表层含义指不含铅、又具有满意的高的压电性能的压电陶瓷材料。目前国内外研究的无铅压电陶瓷体系主要包括：BaTiO3基无铅压电陶瓷，(Bi0.5Na0.5)TiO3(BNT)基无铅压电陶瓷，铋层状结构无铅压电陶瓷及铌酸盐基无铅压电陶瓷（包括钙钛矿结构的碱金属铌酸盐和钨青铜结构铌酸盐）。 2 BaTiO3基无铅压电陶瓷压电陶瓷的发展是从BaTiO3陶瓷开始的。钛酸钡基陶瓷是研究与发展相当成熟的无铅压电陶瓷，具有高介电常数，较大的机电耦合系数，中等的机械品质因数和较小的介电损耗，是目前制备无铅压电陶瓷的重要候选材料。然而BaTiO3居里温度较低（Tc=120℃），工作温区狭窄，且在室温附近存在相变，压电性能的温度和时间稳定性欠佳，烧结困难（烧结温度一般在1350℃左右，且存在一定难度），压电性能属于中等，难以通过掺杂改性大幅度提高其性能来满足不同需要。因此，单纯的BT陶瓷难以直接取代铅基陶瓷满足现代社会对压电陶瓷的要求。现阶段对BaTiO3基压电陶瓷的研究主要集中在以BT为基的二元或多元陶瓷体系。在这些体系的研究中也取得一定的成果。如Ba(Ti1-xZrx)O3压电陶瓷的烧结温度低，晶粒小而致密（相对密度达95%），工作温度范围拓宽（-30～+80℃），压电性能也有极大提高（d33

压电陶瓷变压器及其应用

压电陶瓷变压器及其应用压电陶瓷变压器是用铁电陶瓷材料经烧结和高压极化等工艺制成的一种新型电子变压器，其结构和工作原理与电磁绕线式等传统变压器是截然不同的。人们对压电陶瓷变压器的研究始于20世纪50年代中后期。美国的Rosen于1956年阐述了压电陶瓷变压器的基本原理，并制备出长条形单片压电陶瓷变压器。由于当时的这种变压器采用的是压电性能差和居里温度低的钛酸钡（BaTiO3）材料，功率太小，成本也太高，并且工艺不成熟，因而未能引起人们的重视。在20世纪60年代到70年代初，关于压电陶瓷材料的研究取得了一些进展，在70年代压电陶瓷变压器发展成为一种新型的电子陶瓷变压器，并在80年代被推广应用到电视机、雷达终端显示器等的高压电源领域。这一时期，人们对与压电陶瓷变压器相关的最熟悉的产品就是压电陶瓷蜂鸣器和点火棒。进入90年代中期后，随着信息产业的迅猛发展及电子产品朝轻、薄、短、小方向发展的趋势，使得压电陶瓷变压器技术与产业得到长足进步和发展。 1、压电陶瓷变压器的结构与工作原理压电变压器的工作原理基于压电材料的压电效应。压电效应是法国的P?Curie和J?Curie兄弟在1880年研究铁电性和晶体对称性的关系时发现的一种物理现象。除了单晶体外，压电陶瓷多晶体和某些非晶固体等也具有压电效应。压电效应分正和逆两种类型。正压电效应是指在压电体上加一个机械应力时，会使压电体极化并在一定的表面形成电荷的效应。压电陶瓷棒就是利用正压电效应工作的，给压电棒加上机械压力，在点火棒两端即有高压产生。逆压电效应是指在压电体上有一个外加电场时，晶体会发生形变和振动，这一现象就是逆压电效应。压电陶瓷蜂鸣器就是利用逆压电效应工作的，给压电陶瓷片加上电压信号，将会使陶瓷片振动并发出声音。压电陶瓷变压器是利用同一压电陶瓷并同时利用正压电效应和逆压电效应来工作的，即完成电能——机械能和机械能——电能的两次能量转换。压电陶瓷变压器所使用的压电陶瓷材料除了BaTiO3外，还有PZT系压电陶瓷、三元系压电陶瓷（如铌镁钴钛酸铅系、铌锌锆钛酸铅系、碲锰锆钛酸铅系、锑锰锆钛铅酸系等）及四元系压电陶瓷[如Pb(Sn1/3 Nb2/3)A (Zn1/3 Nb2/3)B TiCZrdO3）等]。最简单同时也是最为常用的压电陶瓷变压器是长条形单片压电陶瓷变压器（即Rosen型压电变压器），其结构如图1所示。

PZT压电陶瓷国内外发展现状及趋势

PZT压电陶瓷国内外发展现状及趋势摘要：PZT压电陶瓷是目前最有效地实现机械能与电能的转换的陶瓷，所以在现代工业上有着广泛的应用。本文对压电陶瓷的发展现状及制作流程进行了介绍，以及对复合、无铅压电陶瓷发展趋势作出简要的预测。关键词：压电陶瓷，发展状况，制作流程，趋势，复合材料，无铅前言压电陶瓷作为功能陶瓷的重要组成部分，在19世纪80年代，居里兄弟发现压电效应后，得到了迅速的研究及发展。目前具有压电效应的研究在三个方面：压电陶瓷、压电高分子、压电晶体，最具有压电效应的是压电陶瓷。压电陶瓷作为一种重要的力、热、电、光敏感性强的功能材料，已经在传感器、超声换能器、微位移器和其它电子元器件等方面得到了广泛的应用。并且因其低成本、高压电转换的优点，随着加工工艺的进步及优化，它在航空航天、电子、信息等高科技方面有着很高的研究及应用价值。 1、压电陶瓷的基本原理及概念压电效应，顾名思义是压电陶瓷所特有的性质，在某些电介质上加载负荷后，使其电荷产生极化现象，在其表面正负电荷分离；当去除外力后，极化现象不消失，称为正压电效应；相反，当在电介质的极化方向上施加电场，电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的

变形随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为电致伸缩现象。晶体构造上不存在对称中心是产生压电效应的必要条件。当没有外力作用时晶体的正反电荷中心重合，晶体对外不显极化，单位体积中的电偶极矩为零，因而表面净电荷为零。但是当晶体沿某一方向加载机械力时，晶体发生形变时，正负电荷中心分离，晶体就对外呈现极化。对于有对称中心的电介质无论有无外力作用都不可能发生压电效应。在压电陶瓷中，综合性能最好的为1954年美国贾菲等人发现的PbZrO3—PbTiO3(PZT)系固溶体系统,占压电陶瓷总产量的70%。纯的PbZrO3和PbTiO3的熔融温度均在1573K以上，但含杂质的PbZrO3与PbTiO3的熔融温度远比纯的低。由液相冷却可形成Pb(Ti，Zr)O3。固溶体．冷却温度在居里温度以上时，其结构为立方晶系钙钛矿型，到居里温度时发生相变并发生自发极化转成铁电相。PZT的晶格常数随组成的不同而不同，在四方铁电相区域，随着PbZrO3含量的增加a(=b)轴显著增大，c轴稍有缩短，晶胞体积增大，使得它有良好的机电耦合系数和机械品质因素。此后，研究者们利用掺杂的办法利用三元系不断改进其压电性能。机电耦合系数：压电振子在振动过程中，将机械能转变为电能，或将电能转变为机械能，这种表示能量相互变换的程度用机电耦合系数表示，即：k33=E c/E e.通常用K33表示。机械品质因数：压电振子在谐振时贮存的机械能与在一个振动周期内损耗的机械能之比称为机械品质因数，它是一个无因次的物理