1。2。2 PZT 压电陶瓷掺杂改性及多元系压电陶瓷

在 MPB 附近，PZT 有着优异的压电性能，其对 Zr/Ti 非常敏感；并且 PZT 中含有大量的 Pb 在烧结时易挥发，这就导致了 PZT 性能的重复性较差。因此单纯地改变组分配比已经没有 办法与工程应用的需求相适应。对 PZT 进行掺杂能使其晶格的结构参数发生改变、使晶体中 电荷缺陷的数量、分布状态和性质等发生改变并且对晶粒尺寸、致密程度等微观构造也会产 生一定的影响，进而会对其压电性能产影响[6]。是以，通过掺杂使压电材料的性能得到改善 成为当今压电材料改性的研究热门。文献综述

根据掺杂离子的电价可将掺杂分为三种：等价掺杂、高价掺杂、低价掺杂。表 1。2 列出 了 PZT 掺杂改性及性能变化。

表 1。2 PZT 掺杂改性及性能变化

掺杂方法 取代离子 性能变化

等价掺杂 A 位：Sr2+、Ca2+、Ba2+ 晶格畸变，有利于自发极化转向；降低居里温度；

B 位：Sr4+ 提高致密度；提高介电系数

高价掺杂 A 位：La3+  、Nd3+

B 位：Nb5+、Sb5+、Ta5+ 引入铅空位，介电常数增加；介电损耗和机械损耗

增加；矫顽场降低，极化容易。

低价掺杂 A 位：K+、Na+

B 位：Ni2+、Mg2+、Al3+、Cr3+   等 引入氧空位，介电常数降低；介电损耗和机械损耗 减小；矫顽场提高，极化困难[7]。

PbO 在烧结过程中的挥发会使 PZT 陶瓷性能大大下降，并且含 Pb 物质存在毒性，会对 环境产生不利影响。科研工作者开始用一种或多种具有钙钛矿结构的化合物与 PZT 复合而形 成三元系、四元系甚至更多元的压电陶瓷体系，常见的多元系压电陶瓷有铌锌-锆钛酸铅系、 铌镁-锆钛酸铅系、铌镍-锆钛酸铅系等三组元复合体系，以及铌镍-铌锌-锆钛酸铅等四组元复 合体系。多元系压电陶瓷的研究及应用，对改善 PZT 压电性能及其稳定性，从而得到符合工 程应用需要的材料和器件产生了非常积极的影响。

1。2。3 驱动器用 PZT 压电陶瓷研究现状

压电致动器基于压电陶瓷的电致伸缩效应，对压电陶瓷施加电压进而使其发生机械变形， 产生位移或推力用以达到驱动的效果。这种驱动器要求压电陶瓷具有较高的压电常数、较低 的介质损耗、较高的机电耦合系数和较高的介电常数，除此之外还要求压电陶瓷有良好的耐 高温、耐疲劳特特性和极高的化学稳定性，对于精密驱动器件要求更高。以下是部分国内外 科研工作者对驱动器用压电陶瓷进行的改性研究和取得的进展。

西北工业大学的侯育冬[8]等人在 0。2PZN-0。8PZT(PZTN) 陶瓷中加入了不同含量的锰，并 对其微观结构及压电性能进行了研究,  发现了锰掺杂可使陶瓷烧结致密，居里点降低，Qm  值

增加,而 不致降低。

尹奇异 [9] 等 人 采 用 传 统 的 电 子 陶 瓷 制 备 技 术 和 工 业 用 原料制备了新型 (1-x)(K0。485Na0。485Li0。03)NbO3–xPb(Zr0。53Ti0。47)O3 少铅压电陶瓷，并对这种体系的陶瓷的进行了 压电特性和微观构造的测试分析。发现了在 1250℃烧结 3 h 的条件下并在 x=0。75 时陶瓷的 压电性能最好。除去满足材料所需的性能之外对环境也有一些积极的影响。

孙华君[10]等人运用溶胶-自燃烧法在 1050℃下合成了 PMN-PZT 三元系陶瓷，得到了 PMN-PZT 的四方钙钛矿结构，压电常数 d33 达到 454pC/N、介电常数 εr 达到 1236、机电耦合 系数 为 0。54、品质因数 Qm 为 1073。从上述参数可以看出，这种方法制得的 PMN-PZT 压