文档介绍：5、无铅钙钛矿结构压电陶瓷
铅有毒、减小环境污染、简化材料制作工艺
无铅铁电陶瓷的开发研究
组分:以其它金属的铌酸盐和钛酸盐为主的钙钛矿型化合物
性能:压电性一般不如锆钛酸铅、介电常数和机械品质
因数小,频率常数高、在高频应用方面显示某些优势
3、锆钛酸铅压电陶瓷
4、锆酸铅—钛酸铅— ABO3 三(多)元系压电陶瓷
2、钛酸钡压电陶瓷
第五节压电陶瓷
二、钙钛矿结构压电陶瓷
KNbO3 和 BaTiO3 的晶相变化十分相似:
从高温到低温依次为: 立方、四方、斜方、三方结构
(1)铌酸钾钠系钙钛矿结构压电陶瓷
KNbO3相变温度比BaTiO3 高:
斜方(室温) 四方立方(失去铁电性)
铌酸钠(NaNbO3 ): 室温下反铁电性斜方相、施加
电场可诱导出亚稳定的铁电相
KNbO3 和 NaNbO3可形成完全固溶体、结构仍为钙钛矿型
机电耦合系数呈现平坦的峰值、压电性能较好
附近
Na、K 易挥发、采用热压或热静压法烧结
应用:延迟线换能器
(2)铌酸钠锂系钙钛矿结构压电陶瓷
铌酸锂(LiNbO3):一种畸变的钙钛矿型化合物、
室温下为六方铁电相
铌酸锂与铌酸钠能形成多种固溶体:
附近
存在同质异晶相界、性能异常、铁电性达到峰值
特点:厚度机电耦合系数较高、
介电常数低、频率常数大、
远大于径向机电耦合系数
体密度小、机械品质因数适中
应用:超声控能器、工业探伤、测厚仪等
?
6、钙钛矿结构陶瓷—有机复合压电材料
锆钛酸铅及其三元固溶体:
压电性能优良,但介电常数很高、对某些性能不利
(如、压电电压常数: 和热释电性能)
陶瓷和聚合物形成的复合材料:
介电常数: 低;
声阻抗:PVDF —
水和人体:
聚合物:
接近
有机聚合物具有高的柔顺弹性
相互取长补短、制作成本低
声阻抗:
大、与水和人体不匹配
5、无铅钙钛矿结构压电陶瓷
3、锆钛酸铅压电陶瓷
4、锆酸铅—钛酸铅— ABO3 三(多)元系压电陶瓷
2、钛酸钡压电陶瓷
第五节压电陶瓷
二、钙钛矿结构压电陶瓷
6、钙钛矿结构陶瓷—有机复合压电材料
三、钨青铜型压电陶瓷
三、钨青铜型压电陶瓷
氧八面体分为 B1 和 B2 两种:所处位置的对称性不同
BO6氧八面体
三种空隙
名称源于化合物:
钨青铜的结构特征:
氧八面体结构
B 以 Nb5+、W6+ 等离子为主
氧八面体以八面体顶角相连构成骨架、形成 O — B — O 链
氧八面体骨架间形成三种不同的空隙:
A1、A2 、 C: A2 体积最大、A1 居中、C 最小
氧化物铁电材料中有一部分具有钨青铜结构:
如:PbNb2O6, NaSr2Nb5O15
铌酸盐系中正离子的填充位置:
Nb5+: 氧八面体中心
其它正离子:填充或部分填充 A1、 A2、C
正离子在其中填充的数目取决于电中性的要求
非填满型钨青铜结构:
A1 和A2 位未被填满(C 体积小、更不可能填满)
填满型钨青铜结构:
A1 和A2 位全部被正离子填满, C 体积小、可能部分填满
Ba4Na2Nb10O30
A1、A2 处:较大正离子;
C 处:较小正离子
完全填满型钨青铜结构:
K6Li4Nb10O30
钨青铜型铁电体的成分和结构对其性能有很大的影响
1、偏铌酸铅(PbNb2O6)压电陶瓷
PbO 和 Nb2O5 形成的多种化合物的一种:
第一个被发现的非钙钛矿结构的氧化物铁电体
熔点: RT时:斜方铁电相
居里温度:
高,
四方顺电相
特性:在较高温度下不发生严重的退极化, d33/d31比值大,
静水压压电性能比其它压电陶瓷高得多;异常低的机械品质因数(谐振时机械能损耗大)、有特殊的应用
A1、 A2 和 C 位全部都被正离子填满
应用:超声缺陷检测、人体超声诊断及水听器等
2、偏铌酸铅钡压电陶瓷
偏铌酸铅( PbNb2O6 )和偏铌酸钡( BaNb2O6 )的固溶体
铁电性:
固溶体的性能在相界附近达到最佳
有同质异晶相界:
20
40
60
80
200
600
100
0
400
500
1500
1000
相对介电系数
机电耦合系数
居里温度
相界的富 PbNb2O6 一侧:
斜方铁电相
富 BaNb2O6一侧:四方铁电相
相界区域较宽(10%左右)、相界区的峰值(性能)较平坦
应用:滤波器、机电换能器、点火装置、超声检测、红外探测等
3、铌酸铅钡钠锂系压电陶瓷
添满型钨青铜结构的化合物
应用:大功率发射换能器等
有同质异晶相界:
材料性能出现异常、性能参数达到峰值