大功率高性能钙钛矿型压电陶瓷的研究进展

郇宇1，张晓芳2，韩同鑫1(1.济南大学 材料科学与工程学院；2.山东女子学院 人工智能学院)

摘要：【目的】讨探新型大功率压电陶瓷的设计和合成理论，以及满足高功率应用要求的新高性能压电材料的组分与工艺设计。【研究现状】 综述压电常数、机电耦合系数、介电损耗和机电损耗、居里温度等大功率高性能钙钛矿型压电陶瓷的性能指标和表征方法；国内外钙钛矿型压电陶瓷的研究进展，概括锆钛酸铅（lead zirconate titanate，PZT）基、钪酸铋-钛酸铅（bismuth scandiate-lead titanate，BS-PT）基、铁酸铋-钛酸钡（bismuth ferrite-barium titanate，BF-BT）基压电陶瓷和铌酸钾钠（potassium sodium niobate，KNN）基体系中的研究，总结元素掺杂、组分设计和制备工艺对不同体系压电陶瓷性能的影响规律。【结论与展望】认为随着超声波换能器、压电变压器、陶瓷滤波器以及压电超声马达等大功率器件在军事和高科技等领域的广泛应用，大功率高性能压电陶瓷市场潜力巨大，同时对压电陶瓷的机械品质、损耗、压电性能等也提出更高的要求。提出大功率压电陶瓷将面临机械品质因数与压电系数、机电耦合系数及居里温度之间存在相互制约关系，难以同时提高；通过掺杂调控相结构和采用织构化等制备工艺能提高压电陶瓷综合性能。认为无铅压电陶瓷虽然环境友好，但性能参数与铅基陶瓷的还有一定差距，但在整个压电陶瓷材料及其应用中将占很大份额。

关键词：大功率压电器件；机电耦合性能；钙钛矿；压电陶瓷