BNT基陶瓷的研究现状综述

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钛酸铋钠Bi0。5Na0。5TiO3（简称 BNT）是1960年由 Smolensky[17]等人发明的A位复合离子钙钛矿型（ABO3）铁电体，室温条件下属于三角晶系，居里温度Tc为320℃，剩余极化强度Pr为38μC/cm2，BNT具有铁电性强、压电性能好、介电常数小及声学性能好等优良特点，且烧结温度低，目前正受到广泛研究，被认为是最可能取代铅基压电陶瓷的无铅压电陶瓷体系因而极具吸引力。然而，室温下BNT基压电陶瓷矫顽场大（Ec=7。3kV/mm），在铁电相区电导率高，难以充分极化；加之BNT系陶瓷原料中的Na2CO3易吸水，烧结温度范围较窄，使陶瓷的化学物理性质的稳定性和陶瓷致密性欠佳，与传统的PZT系陶瓷在性能上还存在一定的差距。因此限制了BNT陶瓷的应用，使得单纯的Bi0。5Na0。5TiO3陶瓷难以得到实用化。面对上述的问题，许多国内外的学者进行了大量的工作，并取得了一定的进展，通过改变BNT基无铅压电陶瓷的制备方法及掺杂改性等方面对其做了大量的优化性能的研究。目前对BNT基陶瓷的掺杂改性主要是向BNT系粉体中添加第二、第三组元形成多元体系的固溶体，如：BNT-BKT、BNT-BT、BNT-BKT-BT等[18,19]。87839

1 BNT基粉体制备方法

常见的制备BNT系陶瓷粉体的方法主要有固相反应法、溶胶凝胶法、水热合成法和共沉淀法。

（1）固相反应法固相反应法是通过固相与固相之间发生的反应，得到固态化合物或者是固溶体陶瓷粉体，由于反应物与生成物都是固态，因此反应通常是在高温下进行的。该方法制备BNT粉体的原料一般是金属氧化物和可在高温条件下分解的碳酸盐，在高温下保温预烧即可得到。论文网

（2）水热合成法水热合成法是利用水热法合成粉体是无铅压电陶瓷制备技术发展的重要趋势之一，水热法是指温度为100～1000 ℃、压力为1MPa～1GPa 条件下利用水溶液中物质化学反应所进行的合成。在亚临界和超临界水热条件下，由于反应处于分子水平，反应性提高，因而水热反应可以替代某些高温固相反应。又由于水热反应的均相成核及非均相成核机理与固相反应的扩散机制不同，因而可以创造出其它方法无法制备的新化合物和新材料[20]。水热合成法的主要特点有：（1）在水溶液中离子混合均匀；（2）水随温度升高和自生压力增大变成一种气态矿化剂，具有非常大的解聚能力。水热物系在有一定矿化剂存在下，化学反应速度快，能制备出多组份或单一组份的超微结品粉末；（3）离子能够比较容易地按照化学计量反应，晶粒按其结晶习性生长，在结晶过程中，可把有害杂质自排到溶液当中，生成纯度较高的结晶粉末[21]。

在BNT合成上，PusitPookmanee[22]等Bi(NO3)3·5H2O、NaOH和Ti(OC4H9)4为原料，在200℃反应20h，洗涤干燥后得到晶粒尺寸为0。2-0。81微米，并用该粉末制各出致密度很好的BNT陶瓷，其密度高达理论密度的94％～95％。国内，上海硅酸盐研究所的金学增，李永祥[23]等利用水热合成法以钛酸四丁酯Ti(OC4H9)4、硝酸铋Bi(NO3)3·5H2O和NaOH为原料，在160℃-220℃反应4-24h，NaOH的浓度为2-12mol/L的条件下制备出高纯度、结晶良好的(Bi0。5Na0。5)TiO3的粉体，合成温度大大低于传统固相法。

（3）溶胶凝胶法溶胶凝胶法就是用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。Chang Yeoul Kim[24]等用改进的溶胶凝胶法，将Bi2O3和Na2CO3溶于硝酸中，加入定量乙醇，去水后滴加钛酸四丁酯并加热搅拌，取出干燥并在700℃左右进行热处理，得到了粒径为100-200nm的BNT粉体。