压电陶瓷
《压电陶瓷》课件
03
压电陶瓷的制造工艺
配料与混合
配料
根据生产需要，将各种原材料按 照配方准确称量，确保原材料的 质量和稳定性。
混合
将称量好的原材料进行充分混合 ，确保各种原材料均匀分布，以 提高产品的性能和稳定性。
预烧与成型
预烧
在一定温度和气氛下，将混合好的原 料进行预烧结，以促进原料的初步反 应和烧结。
易于加工和集成
压电陶瓷可以通过陶瓷工艺进 行加工和集成，与其他电子元
件实现一体化，方便应用。
压电陶瓷的应用领域
传感器
利用压电陶瓷的压电效应，可以制作 出各种压力、加速度、振动等物理量 的传感器。
换能器
驱动器
利用压电陶瓷的逆压电效应，可以制 作出各种微小位移、微小角度的驱动 器，用于精密定位、光路控制等领域。
压电陶瓷的工作模式
工作模式定义
工作模式是指压电陶瓷在受到机 械力作用时，如何将机械能转换
为电能的过程。
工作模式分类
压电陶瓷的工作模式可以分为直 接模式和逆模式。直接模式是指 陶瓷在受到压力时产生电压，逆 模式是指陶瓷在受到电压作用时
产生形变。
工作模式的应用
不同的工作模式适用于不同的应 用场景，如直接模式适用于传感 器，逆模式适用于超声波发生器
压电陶瓷广泛应用于传感 器、换能器等领域，如超 声波探头、电子点火器等。
压电陶瓷的极化
极化定义
极化是指压电陶瓷在制造过程中，通过施加高电 压使其内部电偶极矩定向排列的过程。
极化原理
在极化过程中，陶瓷内部的电偶极矩会沿着一定 的方向整齐排列，形成一个宏观的电场。
极化过程
极化过程需要在高温和高压环境下进行，通常需 要数千至上万伏的电压。
压电陶瓷
压电陶瓷压电陶瓷（Piezoelectric ceramics）是一种特殊的陶瓷材料，具有压电效应。
它具有压电效应，能够在外界施加压力或扭转时产生电荷，同时在外加电场下也能产生机械变形。
因此，压电陶瓷广泛应用于传感器、换能器、储能器、振动器等领域。
本文将介绍压电陶瓷的原理、特性以及应用领域。
首先，我们来了解一下压电陶瓷的原理。
压电现象最早是由法国物理学家庞丁（Pierre Curie）和雅克（Jacques Curie）在1880年发现的。
他们发现某些晶体，如石英和长石，在外界施加压力时会产生电荷。
这被称为正压电效应。
而如果在外加电场的作用下，这些晶体会发生机械变形，这被称为反压电效应。
接下来，我们来探讨一下压电陶瓷的特性。
压电陶瓷具有几个主要的特性。
首先，它们具有良好的压电和逆压电效应。
这使得它们成为制造传感器和换能器的理想材料。
其次，压电陶瓷还具有良好的机械强度和稳定性。
它们可以承受高压力和机械应力，并且能够在广泛的温度范围内工作。
此外，压电陶瓷具有较宽的频率范围和较高的输出功率。
这使得它们成为制造振动器和储能器的理想选择。
压电陶瓷具有广泛的应用领域。
其中一个主要应用是在传感器领域。
压电陶瓷可以用于制造压力传感器、加速度传感器、力传感器等。
这些传感器可以广泛应用于自动化、工业控制、医疗设备等领域，实现对压力、加速度、力等参数的测量和监控。
另一个主要应用是在换能器领域。
压电陶瓷可以用于制造超声换能器、声波清洗器、喇叭等。
这些换能器可以将电能转化为机械能，实现声音的放大和传播。
此外，压电陶瓷还可以应用于振动器、储能器、精密电机等领域。
总之，压电陶瓷是一种独特的陶瓷材料，具有压电效应。
它具有压电和逆压电效应、良好的机械强度和稳定性、较宽的频率范围和高输出功率等特性。
压电陶瓷在传感器、换能器、储能器、振动器等领域有广泛的应用。
它们在实际生活中发挥着重要的作用，促进了科技的发展和进步。
希望随着科技的不断发展，压电陶瓷能够在更多领域发挥重要作用，为人们的生活带来更多便利和创新。
压电陶瓷的压电原理及制作工艺
在强电场的作用下，使陶瓷内部产生电畴， 即压电效应的微观结构。
老炼
在高温和高电压下对极化后的陶瓷进行长时 间的老炼处理，以进一步提高其性能。
05
压电陶瓷的发展趋势与展望
高性能化
高压电电压常数
随着科技的发展，对压电陶瓷的 电压常数要求越来越高，以提高
其转换效率和应用范围。
高机械品质因数
机械品质因数是衡量压电陶瓷性能 的重要参数，提高其数值有助于降 低能量损耗，提高陶瓷的稳定性。源自电学品质因数总结词
电学品质因数反映了压电陶瓷的介电能与机械能之比，是评价其能量转换效率的 重要参数。
详细描述
高品质的压电陶瓷具有较高的电学品质因数，意味着其介电能转换为机械能的效 率高，能量损失小。
非线性效应
总结词
压电陶瓷在极化处理后具有显著的压 电效应和非线性效应。
详细描述
在极化处理后，压电陶瓷的压电常数 会随施加电压的增加而增大，表现出 非线性效应。这种非线性效应使得压 电陶瓷在某些应用中具有更高的性能 表现。
详细描述
压电陶瓷的压电常数、介电常数等性能参数随温度变化较小 ，具有良好的温度稳定性，使其在温度变化的环境中仍能保 持稳定的压电性能。
机械品质因数
总结词
机械品质因数反映了压电陶瓷的机械能与介电能之比，是评价其能量转换效率 的重要参数。
详细描述
高品质的压电陶瓷具有较高的机械品质因数，意味着其机械能转换为介电能的 效率高，能量损失小。
压电方程
压电方程定义
压电方程是描述压电陶瓷在机械力和 电场作用下的关系，是描述压电效应 的数学模型。
常用的压电方程
常用的压电方程包括d33E、g33E等， 其中d33E表示在3方向上施加单位力 时，材料产生的电荷量与施加的电压 之间的关系。
压电陶瓷的应用及原理
压电陶瓷的应用及原理引言压电陶瓷是一种特殊的陶瓷材料，具有压电效应和逆压电效应。
其应用广泛，涉及到许多领域，如传感器、换能器、滤波器等。
本文将介绍压电陶瓷的应用及其原理。
压电效应原理压电效应是指将压力施加到压电陶瓷上时，会产生电荷的现象。
这是由于压电陶瓷的晶格结构造成的。
当通过施加压力使晶格略微变形时，晶格内的正负离子会发生位移，使整个陶瓷材料的两端产生电荷差。
这种电荷差可以通过外接电路来利用。
压电陶瓷的应用1. 压电传感器压电陶瓷可以用作压力传感器，用于测量、检测和监测各种参数，如力、压力、加速度等。
在汽车、航空航天、医疗设备等领域有着广泛的应用。
例如，将压电陶瓷安装在汽车刹车系统上，可以用来感知刹车力的大小，从而实现自动刹车或防抱死系统。
2. 压电换能器压电陶瓷还可以用作换能器，将电能转换为机械振动或声波能量。
这种转换是双向的，也可以将机械振动或声波能量转换为电能。
压电陶瓷的换能器应用广泛，如超声波清洗、超声波焊接、声纳等。
3. 压电陶瓷的滤波器由于压电陶瓷具有频率选择性和频率稳定性，它可以用作滤波器。
在通信、电子设备等领域中，使用压电陶瓷制造滤波器可以有效地去除杂散信号，提高信号的质量。
4. 压电陶瓷的振动传感器压电陶瓷也可以用作振动传感器，用于测量和监测结构物体的振动频率、幅度等参数。
在工程结构监测、地震监测等领域有着广泛的应用。
5. 压电陶瓷的声波传感器压电陶瓷还可以用作声波传感器，用于测量和检测声波信号。
在语音识别、声频分析等领域中有着重要的应用。
结论压电陶瓷作为一种特殊的陶瓷材料，具有压电效应和逆压电效应，被广泛用于各种领域。
通过压电效应原理，压电陶瓷可以实现电能和机械能之间的互换，从而应用于传感器、换能器、滤波器等设备中。
随着科技的不断发展，压电陶瓷的应用也将不断扩展，为各行业带来更多的便利和创新。
压电陶瓷
在电场E3和应力X1作用下，压电陶瓷片产生电位移
当E3 0，X1 ＝ 0, 产生的介电电位移：
D 3(1) = X33 E3 当E3 ＝ 0，X1 0, 产生的压电电位移： D 3(2) = d31 X1 当E3 0，X1 0, 产生的总电位移：
D3 ＝ D 3(1) ＋ D 3(2) = X33 E3 ＋ d31 X1
热力学关系（守恒定律）赋予物理性质本身的固有对称性对宏观 物理性质的影响－－要求描述晶体宏观物理性质的二阶以上张量 都是对称张量，如
介电常数张量元 ij = ji 应变 xij = xji
压电常数 dijk = dikj
压电陶瓷的介电常数
对各向同性介质， ij 为标量
对各向异性介质， ij 为二阶张量
X Di ij E j d i X E x d j E j s X
x Di ij E j ei x E X e j E j c x
第二类压电方程组
Ei ijX D j g i X
第三类压电方程组
D x g j D j s X
压电方程组
D3 ＝ X33 E3 ＋ d31 X1 x1 ＝ s11E X1＋ d31 E3
压电方程组
对于一般情况：
Di = ijX Ej + di µX µ
x = dj Ej + s µEX µ
可简写为： D= d X + X E x = sE X + d E
第一类压电方程组
类型 第一类边界条件 机械自由 机械夹持 机械自由 机械夹持 名称 电学短路 电学短路 电学开路 电学开路 特点 dX=0 d x=0 dX=0 dx=0 dx0 dE=0 dX 0 dE=0 dx 0 dD=0 dX 0 dD=0
压电陶瓷
15 材料 李斌 201507060138
压电陶瓷的概述 压电陶瓷的特性 压电陶瓷的制备 压电陶瓷的应用
压电陶瓷的前景
压电陶瓷的概述
什么是压电陶瓷？ 压电陶瓷是指把氧化 物混合 ( 氧化锫、氧化铅、 氧化钛等 ) 高温烧结、固相 反应后而成的多晶体．并 通过直流高压极化处理使 其具有压电效应的铁电陶 瓷的统称，是一种能将机 械能和电能互相转换的功 能陶瓷材料。
压电陶瓷的特性
压电陶瓷蠕变特性： 在一定电压下，压电陶瓷的位移快速达到一定值后。 位移继续随时间变化而缓慢变化，在一定时间后达到稳定 的特性称为蠕变特性。 压电陶瓷温度特性： 压电陶瓷受温度的影响而产生的变化的特性，就叫做 温度特性。
压电陶瓷的制备
配料
混合细磨
预烧
二次细磨
造粒
成型
排塑
烧结成瓷
压电陶瓷的应用
压电打火机 煤气灶上用的一种新式电子打火机，就是利用压电陶瓷制成的。只 要用手指压一下打火按钮，打火机上的压电陶瓷就能产生高电压， 形成电火花而点燃煤气，可以长久使用。所以压电打火机不仅使用 方便，安全可靠，而且寿命长，例如一种钛铅酸铅压电陶瓷制成的 打火机可使用 100 万次以上。 防核护目镜 核试验员带上用透明压电陶瓷做成的护目镜后，当核爆炸产生的光 辐射达到危险程度时，护目镜里的压电陶瓷就把它转变成瞬时高压 电，在 1/1000 s 里，能把光强度减弱到只有 1/10000 ，当危险光消 失后，又能恢复到原来的状态。这种护目镜结构简单，只有几十克 重，安装在防核护目头盔上携带十分方便。
压电陶瓷的前景
随着对材料结构的深入认识和应用技术的 研究与拓展，压电陶瓷材料将广泛用于电 子技术、通信技术、激光技术、生物技术 等高科技领域，随着这些领域的飞速发展 和经济社会新的发展需求，对压电陶瓷的 性能会有更高的要求，如高居里温度、高 机电耦合系数和机械品质因数及无铅等性 质。
简述压电陶瓷的压电原理
简述压电陶瓷的压电原理压电陶瓷是一种特殊的陶瓷材料，拥有压电特性，即能够在受到机械压力或电场激励时发生形变，同时也能够在受到外力的作用下产生电荷。
这一特性使得压电陶瓷在许多领域具有广泛的应用，包括传感器、换能器、电子器件等。
压电陶瓷的压电效应是由于其晶胞结构的不规则性而产生的。
在压电材料中，晶胞内的离子位置存在偏移，形成了正负离子间的偏压。
当受到外力压力或电场激励时，这种偏压会发生改变，导致原子或离子发生位移，从而引起整体的形变。
具体来说，压电陶瓷的压电效应可分为直接压电效应和逆压电效应。
直接压电效应是指当施加机械压力时，压电陶瓷会产生电荷。
这是由于物质晶体内部正负电荷的位移而产生的，形成电荷极化。
这种电荷极化的大小与施加的压力大小成正比。
逆压电效应是指当施加电场时，压电陶瓷会产生形变。
压电陶瓷内部的正负离子会受到电场力的作用，发生位移，从而导致整体形变。
这种形变的大小与施加的电场强度成正比。
压电陶瓷的压电效应既能够将机械能转化为电能，也能够将电能转化为机械能，具有相互转换的特性，因此被广泛应用于能量转换和传感器领域。
压电陶瓷的优点在于具有很高的压电系数、良好的稳定性和可重复性，以及宽广的工作温度范围。
这些特性使得压电陶瓷在各种环境条件下都能够正常工作，并具备长周期稳定性。
压电陶瓷的压电原理是其内部正负离子间的位置偏移和位移能够导致电荷极化和形变。
压电效应的存在使得压电陶瓷成为一种重要的功能性材料，具备广泛的应用前景。
对于我个人而言，我认为压电陶瓷的压电原理是一种非常有趣和神奇的物理现象。
它不仅能够将机械能转化为电能，还能够将电能转化为机械能，实现相互转换。
这种能力在很多应用中都能够发挥重要的作用，比如用于能量转换、传感器等领域。
压电陶瓷的优点也使得它成为一种非常有前景的材料，可以在各种环境条件下稳定工作。
我相信随着科技的进步和应用的推广，压电陶瓷将会发展出更多新的应用，并为我们的生活带来更多便利和创新。
压电陶瓷的原理和应用
压电陶瓷的原理和应用概述压电陶瓷是一种特殊的材料，它具有压电效应，能够将机械能转化为电能。
压电陶瓷在许多领域都有广泛的应用，如声音传感器、振动马达、压力传感器等。
本文将介绍压电陶瓷的原理和一些常见的应用。
压电效应原理压电效应是指当施加在压电材料上的压力或变形时，会在其表面产生电荷。
这种效应是由于压电材料的晶格结构具有非对称性导致的。
压电效应可以通过外电场和外压力来激活，也可以通过压电材料的自身应力来激活。
压电陶瓷的结构压电陶瓷通常由铁电陶瓷和铅酸铌酸铁锆陶瓷两种材料组成。
铁电陶瓷具有铁电性质，能够在外电场的作用下产生电荷。
而铅酸铌酸铁锆陶瓷则具有高压电效果。
常见应用声音传感器压电陶瓷在声音传感器方面有着广泛的应用。
它可以将声波转化为电信号，用于测量声音的频率和强度。
声音传感器常被应用于无线通讯设备、音频设备等。
振动马达压电陶瓷的振动性能使其成为振动马达的理想材料。
通过施加交变电场，压电陶瓷可以产生机械振动，用于实现各种振动设备，如手机震动、电动牙刷等。
压力传感器由于其压电效应，压电陶瓷可用于制造高灵敏度的压力传感器。
当施加压力时，压电陶瓷会产生电荷输出，用于测量压力的大小。
压力传感器广泛应用于工业自动化、机械设备等领域。
超声波产生器压电陶瓷可以将电能转化为超声波的机械能，因此被广泛应用于超声波产生器中。
通过控制电场的频率和强度，压电陶瓷可以产生高频率的超声波，用于医疗成像、清洗设备等。
光学设备压电陶瓷的机械性能和光学性能使其成为光学设备中的重要组成部分。
压电陶瓷可以用于调整光学元件的位置和形状，实现自动对焦、光阑调控等功能。
总结压电陶瓷凭借其独特的压电效应，在许多领域都有着重要的应用。
从声音传感器到光学设备，压电陶瓷都为这些设备的正常运行提供了关键的功能支持。
随着科学技术的不断发展，压电陶瓷的应用前景将会更加广阔。
压电陶瓷的工艺流程
压电陶瓷的工艺流程压电陶瓷是一种特殊的陶瓷材料，具有压电效应，可以在受到机械应力或电场刺激时产生电荷，也可以在受到外加电压时产生机械变形。
压电陶瓷在声波传感器、超声波发生器、压电陶瓷换能器等领域有着广泛的应用。
下面将介绍压电陶瓷的制造工艺流程。
1. 材料准备压电陶瓷的主要原料是氧化铅和氧化锆，此外还需要添加一定比例的助熔剂和稳定剂。
首先需要将这些原料按照一定的配方比例进行混合，以确保最终制成的陶瓷材料具有均匀的化学成分。
2. 粉碎和混合将原料进行粉碎，然后进行混合，以确保各种原料能够充分混合均匀，这样可以提高后续成型的均匀性和稳定性。
3. 成型将混合后的陶瓷粉末放入模具中，然后施加一定的压力进行成型。
常用的成型方法包括干压成型和注射成型。
干压成型是将陶瓷粉末放入模具中，然后施加高压进行成型；而注射成型是将陶瓷粉末与一定比例的有机添加剂混合后，通过注射成型机将其注入模具中，然后进行脱脂和烧结得到成品。
4. 烧结成型后的陶瓷坯体需要进行烧结，以提高其致密度和力学性能。
烧结温度和时间需要根据具体的配方和工艺要求进行控制，通常在氧化性气氛下进行烧结，以确保陶瓷材料的化学成分不发生变化。
5. 加工经过烧结后的陶瓷坯体需要进行加工，包括精密加工和表面处理。
精密加工包括车削、磨削和抛光等工艺，以确保陶瓷制品的尺寸精度和表面粗糙度符合要求。
表面处理则包括涂层、镀膜等工艺，以提高陶瓷制品的性能和外观。
6. 测试制成的压电陶瓷制品需要进行严格的测试，以确保其性能符合要求。
常见的测试项目包括压电性能测试、力学性能测试、尺寸精度测试等。
通过以上工艺流程，可以制备出高质量的压电陶瓷制品，满足各种工业和科研领域的需求。
压电陶瓷的制备工艺虽然复杂，但通过严格的工艺控制和精密的加工技术，可以获得稳定的产品质量和良好的性能表现。
什么是压电陶瓷
01 of 03Version 2010/rfq 有些压晶体管可以烧结为多晶体陶瓷，虽然每个细晶体的压电陶瓷有自发极化的，但从整体来看都互相抵销了，而显示没有压电现像。
但是，当高直流电压施载于这类陶瓷，自发极化的方向被引导到一P的方向和实现铁电现象的陶瓷。
添加某些添加剂，材料显现非常Ã定的频率，温度，和老化特性，正被德键电子应用于陶瓷滤波器。
相对于单晶，压电陶瓷的多样的优势特点如下：1. 利于大规模量产，降低生产成本。
2. 可以形成任何理想的形状。
3. 很容易实现极化方向。
4. 化学和物理性质稳定。
5. 容易加工制造。
陶瓷谐振器应用压电陶瓷的机械共振。
振荡模式各有不同的谐振频率。
在右侧的表格显示了这种关系。
作为谐振器，石英晶体是众所周知的。
RC 振荡电路和 LC 振荡电路也被用来产生电力共振。
以下是压电陶瓷特点。
02 of 03Version 2010/rfq 1. 高稳性的振荡频率稳定度是介于石英晶体和 LC 或 RC 振荡电路之间。
石英晶体的最大温度系数 10–6/°C，而 LC 或 RC 振荡电路约 10–3 到 10–4/°C。
与这相比，陶瓷谐振器是 10–5/°C 于 -20°C 至 +80°C。
2. 陶瓷谐振器的配置小，重量轻，只有石英晶体一半的体积。
3. 低价格，不需调整，压电陶瓷可以大规模生产，因此成本低，稳定性高。
不像 RC 或 LC 电路，陶瓷谐振器使用的是机械共振。
也就是说陶瓷谐振器 基本上没有受到外部电路或电源电压波动的影响。
高度Ã定的振荡电路，因此没有必要再调整。
[Note] : show the direction of vibration03 of 03Version 2010什么是压电陶瓷 陶瓷谐振器振动有哪些模式/rfq TOKEN返回首頁 - 什麼是壓電陶瓷。
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第1章绪论1.1 无铅压电陶瓷的研究意义压电陶瓷可以直接实现电能和机械能的转换。
因而被广泛应用在超声换能、无损探伤、传感器、电子信息等高新技术领域，产品涉及汽车、电子、军事、医疗等各个行业[1]。
压电技术的发展对科技的进步，人民生活水平的提高均有重要的意义。
目前，市场上使用最多的是Pb（Zr、Ti）O3（PZT）系压电陶瓷材料。
PZT系压电陶瓷具有优异的压电性能，并且可以通过参杂改性来满足不同的性能要求，因而广受欢迎。
但这些陶瓷中PbO的含量超过60%[2]，而PbO是一种易挥发的有毒物质，其被人体吸收后会在人体内集聚，引起铅中毒，使人的神经系统受到损伤，严重的可能导致脑瘫和肾功能衰竭。
[3]此外，铅基陶瓷在生产、使用过程中以及废弃后的处理过程中都会对环境产生严重危害，并且通过水和食物链进行扩散[4]。
近年来随着人们环保意识的增强，人们越来越意识到铅的危害。
为了人民的身体健康，许多国家已立法禁止使用含铅电子材料。
如欧盟规定到2006年7月1日，所以新生产的电子材料都不能含铅[5]。
但在压电陶瓷方面，铅基陶瓷还无法被取代，故只能把含铅压电陶瓷列在禁止名单之外。
但开发无铅压电陶瓷仍是大趋势。
在国际政策和经济利益以及科学探索精神的共同驱使下，这几年无铅压电陶瓷的研究很热，国内外专家学者都做了大量的探索，并取得了不少进步。
1.2 无铅压电陶瓷分类及研究现状现在在研究的无铅压电陶瓷主要分钙钛矿结构材料和非钙钛矿结构材料。
非钙钛矿结构材料有铋层状结构材料和钨青铜结构材料。
1.2.1 铋层状结构材料铋层状结构铁电体是由二维的钙钛矿层和(Bi2O2)2+层有规则地相负交替排列而成,,化学通式为(Bi2O2)2+(A m-1B m O3m+1)2-,此处,A为Bi3+、Pb2+、Ba2+、Sr2+、Ca2+、Na+、K+、La3+、Y3+、U3+、Th4+等适合于12配位的+1、+2、+3、+4价离子或由它们组成的复合离子,B为Ti4+、Nb5+、Ta5+、W6+、Mo6+、Co3+、Cr3+、Zr4+等适合于八面体配位的离子或由它们组成的复合离子,m为一整数,对应于钙钛矿层厚度方向的原胞数[6].铋层状结构无铅压电陶瓷具有居里温度高, 其中Bi3NbTiO9作为这些材料中居里温度最高的一种，Tc达到914℃，另外它还有介电击穿强度大,介电损耗低,性能各向异性大以及温度、应力性能稳定等特征.所以,铋层状结构压电陶瓷在滤波器、能量转换及高温、高频领域有广泛的应用前景.但铋层状结构压电陶瓷明显的缺点是压电活性低,矫顽场EC高., 现有报道的这类材料的d33最高值才25pC/N[7].且介电温度也很低。
表1列出了典型的铋层状结构无铅压电陶瓷的压电性能.[20]表1 铋层状结构无铅压电陶瓷压电性能性能[20]体系工艺Tc/℃d33(pC/N) εr Sr0.9Nd0.1Bi2Nb2O9OF 390 14(d31) 165Sr0.9Nd0.1Bi2Nb2O9TGG 390 32(d31) 160Bi4Ti2.96Nb0.04O12OF 20Bi4Ti2.96Nb0.04O12TGG 30CaBi2Nb2O9OF 943 8CaBi2Nb2O9SPS 943 20Sr2(1-x)Ca2x B i4Ti5O18OF 26Sr2(1-x)Ca2x Bi4Ti5O18HF 51 [(Na0.5K0.5)Bi]0.44(LiCe)0.03Bi2Nb2O9OF 670 28Ca0.95La0.05Bi2Nb2O9OF 911 12.8 (Na0.5K0.5)0.94Li0.04Bi4.5Ti4O15OF 620 28Ca0.9(KCe)0.05Bi2Nb2O9OF 868 16 注OF:常规烧结;HF:热煅; TGG:模板晶粒生长; SPS:放电等离子体烧结1.2.2 钨青铜结构材料钨青铜结构化合物是仅次于钙钛矿型的第二大类铁电体.此类化合物因具有类似四角钨青铜K x WO3和Na x WO3的结构而得名.这一结构的基本特征是存在着[BO6]式氧八面体,其中B以Nb5+、Ta5+为主.这些氧八面体以顶角相连构成骨架,从而堆积成钨青铜结构.现在,无铅的钨青铜结构铌酸盐压电陶瓷报道较少,但还是有一些有用的成果,比如近年来,一些钨青铜无铅压电铁电陶瓷,如KBa2Nb5O15[21]等已能通过传统陶瓷工艺获得了致密的陶瓷体,并展现出独特的介电压电铁电性质.尤其是钨青铜结构的铁电单晶K0.95Li0.05Ta0.61Nb0.39O3具有高达431 pC/N的压电常数(d33)[22],这可能说明了钨青铜结构铁电体作为无压电陶瓷的候选材料还是有潜力的.1.2.3 钙钛矿结构陶瓷现在研究较多的还是钙钛矿结构陶瓷，主要有BaTiO3（BT）系、（Bi0.5Na0.5)TiO3（BNT）系、（K0.5Na0.5）NbO3（KNN）系、Bi0.5（K0.5Na0.5）TiO3系等[8]。
BaTiO3系的特点是居里温度低，从而使它的工作温度区间很窄，通过参杂可以改善，如与BNT组成二元系，可以使Tc上升到380℃[9]。
其它的如BNT系，表现也差不多，通过各种参杂改性，均能提高一下性能，但d33的值很少能突破200pC/N. 下图是一些钙钛矿结构陶瓷的性能参数[17]。
[17]1.3 KNN基压电陶瓷的研究意义和现状目前，被认为最有希望取代PZT系陶瓷的是（K0.5Na0.5）NbO3（KNN）系陶瓷材料。
它是铁电体KNbO3和反铁电体NaNbO3的固溶体，居里温度在415℃左右，有着良好的铁电性能和较高的压电耦合系数。
但它的烧结性能很低。
根据不同的烧结工艺，可以得到不同的压电性能。
采用固相法在空气中烧结的-----因陶瓷致密度不高，以及碱金属的挥发是陶瓷成分偏离预定的化学计量比，能获得的机电耦合系数Kp为0.36，压电常数d33只有80pC/N[10]。
如采用热压烧结技术，则可得到相对密度很高的陶瓷。
1962年，Jaegor和Egerton就得到了相对密度达到99%的（K0.5Na0.5）NbO3陶瓷，其压电性能大大提升，压电常数d33达到160pC/N。
，Kp也达到了0.45[11].而如采用比较先进的放电等离子烧结技术（SPS），也同样能得到较好的压电性能（d33=148pC/N，Kp=0.389）[12]。
但这样的性能参数还无法和PZT压电陶瓷相比，要取代PZT就必须研究出压电性能更高，烧结性能更好的材料。
近年来，广大材料工作者通过添加烧结助剂、添加第二相组元促进烧结，以及改变K：Na的比值等方法来改善KNN机基压电陶瓷的性能.1.3.1添加烧结助剂添加烧结助剂是为了在烧结过程中产生液相,这是降低烧结温度的一种有效的方法。
液相烧结中的晶粒重排、强化接触可提高晶界迁移率,使气孔充分排出,促进晶粒的发育,从而提高瓷体致密度,达到降低烧结温度的目的。
但是这些液相在烧结的后期会留在陶瓷晶界处,恶化材料的介电和压电性能,所以必须选择合适的烧结助剂,使其在烧结的中间阶段存在液相,烧结后期全部进入晶粒,与基体材料完全形成固溶体，才能在降低烧结温度的同时又保持好的压电性能[23]。
CuO是现在普遍采用的烧结助剂。
研究发现，将其加入到KNN陶瓷中除可以降低烧结温度，提高致密度外，还可以显著提高陶瓷的机械品质因子[13]。
J Bernard 等在KNN中加入K和Na的锗酸盐后，在1000℃下烧结得到相对密度95.6%的样品，其d33值为120 pC/N。
比不加助剂时提高了50%[14]。
表3给出了近两年KNN基陶瓷添加烧结助剂后的性能[23]。
表3 KNN基陶瓷添加烧结助剂后的性能[23]Composition density/(g·cm-2)d33/(pC·N-1)Tc/℃k pεr tanδKNN-0.05LiTaO3+1%Li2O 4.51 250 0.37 440 0.043 KNN+0.005K1·94Zn1·06Ta5·19O15 4.34 126 0.42 590(K0·5Na0·5)NbO3-0.5wt%Bi2O3 4.48 140 0.46(KN)(Nb0·97Sb0·03)O3+2mol%CuO 4.13 111 410 0.41 324100(KN)(Nb0·67Ta0·33)O3-1.4Mn+K4·1CuTa7. 7O2·3+ZnO240 193 0.5 1490 0.017 1.3.2 KNN基陶瓷离子取代改性离子取代是陶瓷材料改性的重要手段, 近年来KNN陶瓷的离子取代已经引起了国内外学者的广泛关注。
表4列出了近年来采用传统陶瓷工艺制备的A、B位取代改性后的KNN 基陶瓷的性能[23]。
E. K. Akdo等人[24]采用传统固相法制备了K0·44Na0·52Li0·04-Nb0·84Ta0·1Sb0·06O3陶瓷,测得室温d33高达345 pC/N,主要原因是通过离子取代,在室温附近出现了四方和正交相共存的结构,即多晶转变(PPT)结构。
表4 A、B位取代改性后的KNN基陶瓷的性能[23]成分d33T c k p K0.44Na0.52Li0.44-Nb0.84Ta0.1Sb0.06O3345 264 -K0.38Na0.58Li0.04(Nb0.91Ta0.05Sb0.04)O3306 337 0.48 (Na0.52K0.433Li0.477)Nb0.923Sb0.047Ta0.03O3308 339 0.51 [(K0.458Na0.542)0.96Li0.04](Nb0.85Ta0.1)O3298 336 0.52表5 KNN基压电陶瓷的压电性能成分d33T c k p(1-x)(Na0.475K0.475Li0.05)NbO3-x(Bi0.48Na0.48Ba0.04)TiO3328 415 0.48 xLiNbO3-(1-x)(Na0.535K0.480)NbO3314 490 0.42(1-x)(Na0.6K0.4)NbO3- xLiSbO3280 364 0.494 KNN-xBiFeO3 185 370 0.46 1.3.3 掺杂第二组元而掺杂第二组元则是提高压电常数d33的普遍思路。
其中最具代表性的是掺LiNbO3,LiSbO3,LiTaO3,已经它们的复合掺杂[4]。
掺杂了这些第二组元后，d33的值普遍可以达到200左右。
如Guo Y等得到的KNN- LiNbO3样品的d33达到200-235 pC/N,Tc超过450℃[15].而KNN- LiTaO3体系具有较好的烧结性能，d33可以达到190-230 pC/N[16]。