無鉛壓電陶瓷這一突破性的

進展,掀起了持續(xù)至今的無鉛壓電陶瓷研究熱潮,極大地促進了無鉛壓電陶瓷的研究和開發(fā).迄今為止,可被考慮的無鉛壓電陶瓷體系主要有以下5類:(Bi0.5Na0.5)TiO3(縮寫為BNT)基無鉛壓電陶瓷;K1-xNaxNbO3(縮寫為KNN)基無鉛壓電陶瓷;鉍層狀結(jié)構(gòu)無鉛壓電陶瓷;鎢青銅結(jié)構(gòu)無鉛壓電陶瓷;BaTiO3基無鉛壓電陶瓷.本文結(jié)合無鉛壓電陶瓷研究和開發(fā)的近期進展,綜合評述了無鉛壓電陶瓷的研究思路、研究現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢,著重討論了BNT基及KNN基無鉛壓電陶瓷的體系構(gòu)建、改性手段、相變特性及溫度穩(wěn)定性,并就無鉛壓電陶瓷今后的研究和發(fā)展提出了一些建議.

氧化物摻雜改性 從鉛基陶瓷發(fā)展歷程可知,氧化物摻雜改性是提高PZT陶瓷電學(xué)性能的必要途徑,是PZT陶瓷實用化的關(guān)鍵和基礎(chǔ).如未摻雜的準同型相界(MPB)組成的Pb(Ti0.48Zr0.52)O3陶瓷d33僅為223pC/N,而在La,Nb等施主摻雜改性后,其d33升高至274~710pC/N,從而滿足實際應(yīng)用的要求.類似地,氧化物摻雜改性對BNT基陶瓷壓電鐵電性能的影響也被廣泛研究.表4列出了氧化物摻雜改性的BNT基陶瓷的壓電性能.從表4可以看出,類似于氧化物改性的PZT陶瓷,受主和施主離子摻雜改性將導(dǎo)致BNT基陶瓷壓電性質(zhì)的/硬化0和/軟化0.Mn和Co一般顯示出受主摻雜效應(yīng).Co摻雜提高了機械品質(zhì)因數(shù)Qm,壓電性能略為降低;與Co稍有不同,Mn摻雜使Qm提高,也改善了壓電性能,這可能是由于陶瓷致密度的改善和Mn元素本身的多價態(tài)特性.

壓電陶瓷執(zhí)行器驅(qū)動電源主要有電壓控制型和電流/電荷控制型兩種[3]，從實現(xiàn)方式上主要有線性和開關(guān)式兩種[4]。電壓控制型壓電陶瓷執(zhí)行器驅(qū)動電源有以下幾種方式：

1）線性直流放大式電源直接采用高壓運算放大器的方式具有靜態(tài)性能好、集成度高、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，但由于高壓運算放大器的輸出電流一般都小于200mA，因此壓電陶瓷執(zhí)行器的動態(tài)性能受到限制。

2.

介電陶瓷：

介電陶瓷是電子陶瓷中產(chǎn)量大的一支，主要用在制作電容器，傳統(tǒng)的電容器包括了溫度補償型，高K型與半導(dǎo)型。由於目前電子元件追求小型化，因此將多層的電容做積層的串連，成為積層電容器，大量的以SMT（表面黏著技術(shù)）使用在印刷電路版上。而利用陶瓷介電性制成的高頻共振元件，則運用在大哥大電話，位星通訊等高頻通訊的領(lǐng)域，在講究個人通訊的今日，有無窮的潛力。光學(xué)方面：現(xiàn)今的陶瓷不但可以透光，而且具有許多意想不到的特性，如光的倍頻效應(yīng)，可以將入射光的頻率加倍，也可利用III-V族化合物制造雷射。介電陶瓷中的鐵電陶瓷具有極高的介電系數(shù)與自發(fā)性極化，利用其高介電性，可以應(yīng)用在高容量DRAM（動態(tài)隨機記體）的制造中。例如1996年日本三菱公司發(fā)表以BST為基礎(chǔ)的4Gb容量DRAM，具有極高的商業(yè)潛力，利用自發(fā)性極化，可以作為非揮發(fā)性記憶體，未來可能取代硬碟，成為大容量IC記憶體的新寵兒。