1。2。3 无铅压电陶瓷分类

根据一些相似的特点，无铅压电陶瓷大致可以分为四个类别

（1）钛酸钡（BaTiO3,BT）系 钛酸钡体系无铅压电陶瓷是应用很早并且应用广泛的具有压电性能的材料。

当大于 120℃时，BaTiO3 属于立方晶系，有些性能会在这个过程中小时。它具有 典型的钙钛矿结构，属于 ABX3 型钙钛，且 BaTiO3 的居里点不算很高。钛酸钡 基的烧结温度较高，所以烧结比较难以实现，和其他系的无铅压电陶瓷相比性质 也不是很稳定，当然缺陷远不止这些，工作范围狭窄导致其无法成为主流的压电 材料。

图 1-1 钛酸钡晶体结构

（2）钛酸铋钠基无铅压电陶瓷

钛酸铋钠基无铅压电陶瓷属于 ABO3 型铁电体。简写为 BNT，结构为钙钛矿。 BNT 于 1960 年被 Smolensky 发现，其 A 位被取代，它的居里点(Tc)为 320℃。 它的优点比如：压电系数不算低；相对介电常数较小（240-340）；声学性能比 较好，在超声应用方面较 PZT 优越； 烧结温度较低。

由于性能很好，在这个体系中收到的关注较高，但是同时它也有许多明显缺 点：矫顽场较高；铁电相区的电导率较高；陶瓷稳定性较差造成烧结温度范围小。

因此只是单独的 BNT 无法运用到现实中去。

图 1-2 钛酸铋钠的晶体结构

（3）铋层状结构无铅压电陶瓷 铋层状结构压电陶瓷的结构是层状的，由两种物质层有规律地交叉形成，上

世纪五十年代就被人发现并广泛的使用，它的优点是居里温度高，电容小等优点， 在一些特殊场合比如加油站电视塔，它的性质保持稳定，并且不随时间的流逝而 老化。然而它也有一些缺陷比如极化强度很高不易于大规模生产，普通的烧结方 法无法使这种压电陶瓷的结构足够致密，研究此类陶瓷的生产工艺是今后科学探 索的一个方向。

图 1-3 x=2 时铋层状铁电体

图 1-4 Bi3TiNbO9 结构示意图

(4)铌酸盐系

Mattias 首先在 1949 年发现铌酸钾陶瓷的铁电性，在室温下其空间群为 mm2 的正交结构[8]。KNN 系陶瓷的居里温度较高，压电性能也良好。而且当 Na/K=1 时，机电耦合系数到达峰值（约为 0。36），且压电性能良好（80pC/N），这是 由于陶瓷中两种正交结构的并存引起的[9][10]。

属于铌酸盐系的无铅压电陶瓷有两种：①铌酸盐压电陶瓷。①碱金属铌酸盐。

①钨青铜结构无铅压电陶瓷的性质很容易受到改变。他们会受到自身的条件 的改变而改变，其居里温度（Tc）高、自发极化比较大、介电常数比较低。

②碱金属铌酸盐与含铅陶瓷相比，碱金属铌酸盐陶瓷的密度小，频率常数大 等多个优点。在温度较高时成分容易流失使得烧结变得困难，所以一般它们都是 在特殊条件下烧结制备。

图 1-5 钨青铜结构示意图

本文主要探讨的是铌酸钾钠基无铅压电陶瓷 KNN 的一些性质。

1。2。4 无铅压电陶瓷的发展前景

(1)新制备的研究和应用。研究和开发有别于传统陶瓷制备技术的新技术， 使陶瓷的微观结构呈现一定的单晶体特征，是其研究的一个重要发展方向[15]。

(2)选择新的陶瓷体系开发，创造新的功能陶瓷。 (3)开展压电铁电理论的基础研究，针对不同的应用,采用不同的无铅压电陶

瓷体系组合[16],寻求不同的研究方向。文献综述

1。2。6 铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的简介

铌酸钾钠是铌酸盐体系中的重要组成部分，现今无铅铁电材料中的典型代 表。铌酸钾钠的化学式一般写为 K1- xNaxNbO3 或( K， Na) NbO3 简称 KNN， 是由铌酸钠和铌酸钾形成的一种固溶体结构。常温下是一种类似钛矿结构组织。 近十年铌酸钾钠无铅压电陶瓷一直是科学家探索的焦点，和其他种类的陶瓷对比 它有着良好的非线性光学性能和机电性能，陶瓷晶体较密，陶瓷体的密度超过了 98%。显现出均匀的细晶结构。它的居里温度高（420℃左右)、介电常数不高、 铁电性强，机械品质因素小、频率常数高等特性。但其他压电性能末及错钦酸铅 系。由于无铅、可减少对环境的污染。在某些特殊领域比如电子器件方面应用较 多。