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無鉛壓電陶瓷這一突破性的

進展,掀起了持續至今的無鉛壓電陶瓷研究熱潮,極大地促進了無鉛壓電陶瓷的研究和開發.迄今為止,可被考慮的無鉛壓電陶瓷體系主要有以下5類:(Bi0.5Na0.5)TiO3(縮寫為BNT)基無鉛壓電陶瓷;K1-xNaxNbO3(縮寫為KNN)基無鉛壓電陶瓷;鉍層狀結構無鉛壓電陶瓷;鎢青銅結構無鉛壓電陶瓷;BaTiO3基無鉛壓電陶瓷.本文結合無鉛壓電陶瓷研究和開發的近期進展,綜合評述了無鉛壓電陶瓷的研究思路、研究現狀以及發展趨勢,著重討論了BNT基及KNN基無鉛壓電陶瓷的體系構建、改性手段、相變特性及溫度穩定性,并就無鉛壓電陶瓷今后的研究和發展提出了一些建議.

壓電傳感器是利用某些電介質受力后產生的壓電效應制成的傳感器。所謂壓電效應是指某些電介質在受到某一方向的外力作用而發生形變（包括彎曲和伸縮形變）時，由于內部電荷的極化現象，會在其表面產生電荷的現象。壓電材料 它可分為壓電單晶、壓電多晶和有機壓電材料。壓電式傳感器中用得的是屬于壓電多晶的各類壓電陶瓷和壓電單晶中的石英晶體。其他壓電單晶還有適用于高溫輻射環境的鈮酸鋰以及鉭酸鋰、鎵酸鋰、鍺酸鉍等。常用的15KHz20KHz28KHz35KHz40KHz55KHz70KHz等產品還可以根據客戶特殊要求設計制作非標換能器，以滿足各種需求。壓電陶瓷有屬于二元系的鈦酸鋇陶瓷、鋯鈦酸鉛系列陶瓷、鈮酸鹽系列陶瓷和屬于三元系的鈮鎂酸鉛陶瓷。壓電陶瓷的優點是燒制方便、易成型、耐濕、耐高溫。缺點是具有熱釋電性，會對力學量測量造成干擾。有機壓電材料有聚二氟乙烯、聚氟乙烯、尼龍等十余種高分子材料。有機壓電材料可大量生產和制成較大的面積,它與空氣的聲阻匹配具有獨特的優越性,是很有發展潛力的新型電聲材料。60年代以來發現了同時具有半導體特性和壓電特性的晶體，如硫化鋅、氧化鋅、硫化鈣等。利用這種材料可以制成集敏

感元件和電子線路于一體的新型壓電傳感器，很有發展前途。

利用常規雙壓電晶片元件振動器的彎曲振動，在頻率高于75kHz的情況下，是不可能達到此目的的。所以，在高頻率探測中，必須使用垂直厚度振動模式的壓電陶瓷。在這種情況下，壓電陶瓷的聲阻抗與空氣的匹配就變得十分重要。因此超聲波檢測廣泛應用在工業、國防、生物醫學等方面以超聲波作為檢測手段，必須產生超聲波和接收超聲波。壓電陶瓷的聲阻抗為2.6×107kg/m2s，而空氣的聲阻抗為4.3×102kg/m2s。5個冪的差異會導致在壓電陶瓷振動輻射表面上的大量損失。一種特殊材料粘附在壓電陶瓷上，作為聲匹配層，可實現與空氣的聲阻抗相匹配。這種結構可以使超聲波傳感器在高達數百kHz頻率的情況下，仍然能夠正常工作。