曹峻瑀

摘 要：壓電陶瓷的應用可以實現(xiàn)電能與機械能之間的轉換，與傳統(tǒng)材料相比，成本低廉，壓電性能理想，有著理想的化學穩(wěn)定性與電磁學性能，在通信、電子、冶金、航空、計算機、探測等領域中得到了廣泛的應用。本文主要針對無鉛壓電陶瓷的性能與應用進行分析。

關鍵詞：無鉛壓電陶瓷；性能；應用

壓電陶瓷是一種既可以將變力轉化為電能也可以將電能轉化為振動的新型的多功能材料。由于壓電陶瓷具有穩(wěn)定性強、物理性質(zhì)優(yōu)異和延展性好等特點而被廣泛應用于航空航天、生物技術和信息等高新技術領域。但現(xiàn)在大多數(shù)的企業(yè)所用的壓電陶瓷基本都為鉛壓電陶瓷。此種壓電陶瓷在使用和處理的過程中都會對環(huán)境造成污染，因此，人們對無鉛壓電陶瓷進行了深入的研究。本文筆者將簡要地談一談無鉛壓電陶瓷及其應用。

一、無鉛壓電陶瓷的研究進展及其應用

為了更好地響應可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，科研人員對無鉛壓電陶瓷的研究在不斷地深入。近年來，無鉛壓電陶瓷的開發(fā)和應用都有了很大的進展。目前主要研究的無鉛壓電陶瓷有鈦酸鋇基無鉛壓電陶瓷、鈦酸鉍鈉基無鉛壓電陶瓷、鉍層狀結構無鉛壓電陶瓷、堿金屬鈮酸鹽系無鉛壓電陶瓷和鎢青銅結構無鉛壓電陶瓷五種。下面將分別分析一下各無鉛壓電陶瓷材料的研究進展及其應用：

1）鈦酸鋇基無鉛壓電陶瓷在無鉛壓電陶瓷材料中是最早被發(fā)現(xiàn)的。因此，與其他無鉛壓電陶瓷的材料相比，對鈦酸鋇基無鉛壓電陶瓷的研究最為成熟。但是其可供工作的溫度范圍十分有限，壓電的性能也只是中等水平，所以其應用領域也存在一定的限制。

2）鈦酸鉍鈉基無鉛壓電陶瓷在室溫下呈現(xiàn)三方鐵的電相，且剩余極化強度很大。除此之外，其還具有介電常數(shù)小、燒結溫度低和聲學性能優(yōu)異等特點而被視為最具魅力的無鉛壓電陶瓷之一。因此，此類無鉛壓電陶瓷材料在高頻超聲換能器、高頻諧振器、超聲探測器和高頻傳感器等器件的生產(chǎn)中都有所應用。

3）鉍層狀結構無鉛壓電陶瓷由鈣鈦礦和正二價的二氧化硅相互交替的有規(guī)律地排列而成。此類無鉛壓電陶瓷的工作溫度范圍比較大，絕緣性和電阻率較高，老化率低。因此，鉍層狀結構無鉛壓電陶瓷的應用前景較廣泛。其中，根據(jù)其介電常數(shù)低的特點可以用來制作高頻高溫和超聲技術中的壓電材料；利用介電損耗低的特點可用于制作高頻窄帶濾波器。

4）堿金屬鈮酸鹽系無鉛壓電陶瓷由LiNb、NaNb和KNb三種材料構成。此種材料的鐵電性比較強，很受重視，但是在高溫下極易揮發(fā)。如果用傳統(tǒng)的方法來生產(chǎn)此種陶瓷，陶瓷的致密性會受到影響，所以要在生產(chǎn)過程中采取一定的措施。

5）鎢青銅結構無鉛壓電陶瓷中鎢青銅結構化合物的自發(fā)極性大，且介電常數(shù)低，居里溫度高。除此之外，其光電性能和熱釋電性能極好，因此也越來越被重視。

雖然對無鉛壓電陶瓷材料的研究還不是很成熟，其應用領域也不是很廣。但就其本身的性能來說，無鉛壓電陶瓷的可應用水平已經(jīng)很高。而現(xiàn)在的問題就是如何在最短的時間內(nèi)將無鉛壓電陶瓷實際應用到各領域的壓電器件中。所以，這就需要兩方的共同努力與合作。本筆者從多方面查閱相關的資料大概了解了一些企業(yè)，如東芝公司、日本村田公司和松下公司與一些國際化的電陶瓷企業(yè)在無鉛壓電陶瓷方面都做了大量的工作，在技術設備方面也進行了研究。

二、無鉛壓電陶瓷的改進建議

雖然無鉛壓電陶瓷的性能優(yōu)越，具有介電常數(shù)小、燒結溫度低和聲學性能優(yōu)異等特點，但其綜合性能還需要進一步地被優(yōu)化。為了進一步提高無鉛壓電陶瓷的應用水平，使其更廣泛地被應用到各個領域，筆者提出了一些關于改進無鉛壓電陶瓷性能的措施和建議。

1）從資料中可知道無鉛壓電陶瓷的機電耦合系數(shù)已超過百分之四十，但與傳統(tǒng)的鉛壓電陶瓷相比仍有一些差距。而且器件對壓電材料的機電耦合系數(shù)要求也比較高。所以在研究中要著重提高無鉛壓電陶瓷的機電耦合系數(shù)。

2）無鉛壓電陶瓷的介電常數(shù)也需要進一步的提升。高的介電常數(shù)可以使無鉛壓電陶瓷在電聲器件領域得到更好的應用。

3）現(xiàn)有的無鉛壓電陶瓷的機械品質(zhì)因數(shù)都比較低，但不同的器件對機械品質(zhì)因數(shù)值的要求有高有低。所以開發(fā)機械品質(zhì)因數(shù)高的無鉛壓電陶瓷可以進一步擴大無鉛壓電陶瓷的應用范圍。

三、結語

隨著社會的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的不斷推進，人類的環(huán)保意識也在逐漸增強。因此，無鉛壓電陶瓷因其清潔的優(yōu)勢肯定會得到快速的發(fā)展。但與鉛壓電陶瓷相比，其性能還是存在一定的差距。所以，要進一步地深入研究和開發(fā)無鉛壓電陶瓷的應用價值，早日實現(xiàn)無鉛壓電陶瓷的廣泛應用。

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