SPS烧结钛酸铋钠无铅压电陶瓷及其性能研究

【作者】 郝俊杰； 王晓慧； 桂治轮； 李龙土；

【机构】 清华大学材料科学与工程系新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室；

【摘要】 压电陶瓷在电子科学与技术中的应用极为广泛,市场巨大,是最重要的电子材料之一。这些应用包括航空航天技术中的关键部件、医学及工业超声探测、水声探测、致动器、换能器、陶瓷滤波器、电声器件、高压发生器等。现在所用的压电陶瓷材料主要是Pb（Ti Zr）O₃（PZT）等铅基陶瓷,其有毒的Pb O在烧结过程中具有相当的挥发性。随着全社会对环境保护问题的重视,日本、欧盟等发达国家正在酝酿通过立法方式限制含铅陶瓷的制造与使用。寻找能够替代PZT的无铅压电陶瓷材料是当今电子材料领域紧迫的课题之一。1960年,Smolenskii等人首次合成并发现了NBT的铁电特性[1]。NBT具有钙钛矿结构,是A_0.5A’_0.5Ti O₃钛酸盐家族的典型代表[2]。最新的Raman光谱研究表明[12]NBT在微观上可看作由Bi³⁺TiO₃和Na+Ti O3微簇所构成。在230℃时经历弥散相变转变为反铁电相,在320℃转变为四方顺电相,520℃以上NBT为立方相[3]。NBT具有弛豫铁电体的特征,具有相对较大的剩余极化强度Pr（38μc/cm²）和很高的矫顽场（7.3kv/mm）[4]。NBT陶瓷是当今最为热门的无铅压电陶瓷材料之一,对其已开展了较为深入的研究。但因该种陶瓷含有铋、钠等组分,在高温烧结过程中不可避免地会造成组分的挥发。本文通过SPS工艺在低温下对NBT陶瓷进行了烧结,结果表明,SPS烧结工艺能在低温、短时间内使NBT陶瓷成为致密的烧结体。同时NBT陶瓷具有较好的介电和压电特性。更多还原