壓電功能材料

壓電功能材料第一頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期二第六章壓電陶瓷材料及應(yīng)用一、概述在1880年，居里兄弟首先在單晶上發(fā)現(xiàn)壓電效應(yīng)。在1940年前，人們知道有兩類(lèi)鐵電體：羅息鹽和磷酸二氫鉀鹽，具有壓電性。在1940年后，發(fā)現(xiàn)了BaTiO3是一種鐵電體，具有強(qiáng)的壓電效應(yīng)。是壓電材料發(fā)展的一個(gè)飛躍。在1950年后，發(fā)現(xiàn)了壓電PZT體系，具有非常強(qiáng)和穩(wěn)定的壓電效應(yīng)，具有重大實(shí)際意義的進(jìn)展。在1970年后，添加不同添加劑的二元系PZT陶瓷具有優(yōu)良的性能，已經(jīng)用來(lái)制造濾波器、換能器、變壓器等。隨著電子工業(yè)的發(fā)展，對(duì)壓電材料與器件的要求就越來(lái)越高了，二元系PZT已經(jīng)滿(mǎn)足不了使用要求，于是研究和開(kāi)發(fā)性能更加優(yōu)越的三元、四元甚至五元壓電材料。

第二頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期二第六章壓電陶瓷材料及應(yīng)用二、壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)產(chǎn)生的根源是晶體中離子電荷的位移，當(dāng)不存在應(yīng)變時(shí)電荷在晶格位置上分布是對(duì)稱(chēng)的，所以其內(nèi)部電場(chǎng)為零。但當(dāng)給晶體施加應(yīng)力則電荷發(fā)生位移，如果電荷分布不在保持對(duì)稱(chēng)就會(huì)出現(xiàn)凈極化，并將伴隨產(chǎn)生一個(gè)電場(chǎng)，這個(gè)電場(chǎng)就表現(xiàn)為壓電效應(yīng)。第三頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期二壓電陶瓷piezoelectricceramics

壓電陶瓷是指經(jīng)直流高壓極化后，具有壓電效應(yīng)的鐵電陶瓷材料。力→形變→電壓正壓電效應(yīng)電壓→形變逆壓電效應(yīng)晶體受到機(jī)械力的作用時(shí)，表面產(chǎn)生束縛電荷，其電荷密度大小與施加外力大小成線(xiàn)性關(guān)系，這種由機(jī)械效應(yīng)轉(zhuǎn)換成電效應(yīng)的過(guò)程稱(chēng)為正壓電效應(yīng)。晶體在受到外電場(chǎng)激勵(lì)下產(chǎn)生形變，且二者之間呈線(xiàn)性關(guān)系，這種由電效應(yīng)轉(zhuǎn)換成機(jī)械效應(yīng)的過(guò)程稱(chēng)為逆壓電效應(yīng)。第四頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期二三、壓電性能1、壓電常數(shù)d33壓電常數(shù)是反映力學(xué)量（應(yīng)力或應(yīng)變）與電學(xué)量（電位移或電場(chǎng)）間相互耦合的線(xiàn)性響應(yīng)系數(shù)。當(dāng)沿壓電陶瓷的極化方向（z軸）施加壓應(yīng)力T3時(shí)，在電極面上產(chǎn)生電荷，則有以下關(guān)系式：式中d33為壓電常數(shù)，足標(biāo)中第一個(gè)數(shù)字指電場(chǎng)方向或電極面的垂直方向，第二個(gè)數(shù)字指應(yīng)力或應(yīng)變方向；T3為應(yīng)力；D3為電位移。第五頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期二第六章壓電陶瓷材料它是壓電介質(zhì)把機(jī)械能（或電能）轉(zhuǎn)換為電能（或機(jī)械能）的比例常數(shù)，反映了應(yīng)力（T）、應(yīng)變（S）、電場(chǎng)（E）或電位移（D）之間的聯(lián)系，直接反映了材料機(jī)電性能的耦合關(guān)系和壓電效應(yīng)的強(qiáng)弱，從而引出了壓電方程。常見(jiàn)的壓電常數(shù)有四種：dij、gij、eij、hij。第六頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期二2、機(jī)電耦合系數(shù)Kp機(jī)電耦合系數(shù)K是一個(gè)綜合反映壓電陶瓷的機(jī)械能與電能之間耦合關(guān)系的物理量，是壓電材料進(jìn)行機(jī)—電能量轉(zhuǎn)換能力的反映。機(jī)電耦合系數(shù)的定義是：或壓電陶瓷振子（具有一定形狀、大小和被覆工作電極的壓電陶瓷體）的機(jī)械能與其形狀和振動(dòng)模式有關(guān)，不同的振動(dòng)模式將有相應(yīng)的機(jī)電耦合系數(shù)。如對(duì)薄圓片徑向伸縮模式的耦合系數(shù)為Kp（平面耦合系數(shù)）；薄形長(zhǎng)片長(zhǎng)度伸縮模式的耦合系數(shù)為K31（橫向耦合系數(shù)）；圓柱體軸向伸縮模式的耦合系數(shù)為K33（縱向耦合系數(shù)）等。第七頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期二第六章壓電陶瓷材料及應(yīng)用它是壓電材料進(jìn)行機(jī)-電能量轉(zhuǎn)換的能力反映。它與材料的壓電常數(shù)、介電常數(shù)和彈性常數(shù)等參數(shù)有關(guān)，是一個(gè)比較綜合性的參數(shù)。其值總是小于1。第八頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期二KpK33KtK15K31第九頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期二3、機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm壓電陶瓷在振動(dòng)時(shí)，為了克服內(nèi)摩擦需要消耗能量。機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm是反映能量消耗大小的一個(gè)參數(shù)。Qm越大，能量消耗越小。機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm的定義式是：其中：fr為壓電振子的諧振頻率fa為壓電振子的反諧振頻率R為諧振頻率時(shí)的最小阻抗Zmin（諧振電阻）C0為壓電振子的靜電容C1為壓電振子的諧振電容第十頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期二4、頻率常數(shù)N對(duì)某一壓電振子，其諧振頻率和振子振動(dòng)方向長(zhǎng)度的乘機(jī)為一個(gè)常數(shù)，即頻率常數(shù)。N=fr×l其中：fr為壓電振子的諧振頻率；l為壓電振子振動(dòng)方向的長(zhǎng)度。薄圓片徑向振動(dòng)Np=fr×D薄板厚度伸縮振動(dòng)Nt=fr×t細(xì)長(zhǎng)棒K33振動(dòng)N33=fr×l薄板切變K15振動(dòng)N15=fr×ltD為圓片的直徑t為薄板的厚度l為棒的長(zhǎng)度lt為薄板的厚度第十一頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期二第六章壓電陶瓷材料四、壓電陶瓷材料主要參數(shù)的確定材料參數(shù)Kp、Qm、d33、ε33和tgδ的確定需采用薄圓片的徑向振動(dòng)模式，要求薄圓片的直徑比厚度大得多，其比值大于10。極化方向與厚度方向平行，電極面與厚度方向垂直，片子是均勻的正圓形。如果薄圓片的Δf值較小時(shí)，可用下式直接計(jì)算：當(dāng)σ=0.27時(shí)，Kp2≌2.51Δf/fs當(dāng)σ=0.30時(shí)，Kp2≌2.53Δf/fs當(dāng)σ=0.36時(shí)，Kp≌2.55Δf/fs第十二頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期二第六章壓電陶瓷Qm=1/4ΠR1CΔf×1012

ε33=4Ctlt/ΠΦ

Ct是薄圓片的低頻電容(法拉),可在1KC頻率下由電容電橋測(cè)出,lt為薄圓片的厚度(米),Φ為薄圓片的直徑(米),ε33為自由介電常數(shù)(法拉/米)。tgδ用電容電橋或萬(wàn)用電橋等測(cè)出。

d33用準(zhǔn)靜態(tài)測(cè)試儀測(cè)定。

第十三頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期二五、壓電陶瓷的極化工藝

極化工藝是指在壓電陶瓷上加一個(gè)強(qiáng)直流電場(chǎng)，使陶瓷中的電疇沿電場(chǎng)方向取向排列。只有經(jīng)過(guò)極化工藝處理的陶瓷，才能夠顯示壓電效應(yīng)。1極化電場(chǎng)極化電場(chǎng)是極化工藝中最主要的因素，極化電場(chǎng)越高，促使電疇取向排列的作用越大，極化越充分，一般以Kp達(dá)到最大值的電場(chǎng)為極化電場(chǎng)。極化電場(chǎng)必須大于樣品的矯頑場(chǎng)，通常為矯頑場(chǎng)的2～3倍，以常見(jiàn)的鋯鈦酸鉛壓電陶瓷為例，其矯頑場(chǎng)一般為800～1200V/mm，極化電場(chǎng)一般取2000～3000V/mm。第十四頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期二3極化溫度在極化電場(chǎng)和時(shí)間一定的條件下，極化溫度高，電疇取向排列容易，極化效果好。溫度過(guò)高，陶瓷的電阻率越小，耐壓強(qiáng)度降低，由于高電場(chǎng)作用導(dǎo)致陶瓷體擊穿，損壞壓電陶瓷。常用壓電陶瓷材料的極化溫度一般為50℃～150℃。2極化時(shí)間外加電場(chǎng)后，極化初期主要是陶瓷內(nèi)部180°電疇的反轉(zhuǎn)，之后是90°電疇的轉(zhuǎn)向，而90°電疇的轉(zhuǎn)向會(huì)由于內(nèi)應(yīng)力的阻礙而較難進(jìn)行，因此適當(dāng)延長(zhǎng)極化時(shí)間，電疇取向排列的程度高，極化效果好。一般極化時(shí)間為10min～50min。

極化電場(chǎng)、極化時(shí)間和極化溫度三者必須綜合考慮，它們之間互有影響，應(yīng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)最終確定最佳極化工藝參數(shù)。第十五頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期二六、壓電材料與應(yīng)用第十六頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期二六、壓電陶瓷材料不同的應(yīng)用范圍對(duì)壓電陶瓷材料有不同的性能要求。1、鈣鈦礦型壓電陶瓷材料化學(xué)通式是ABO3，A為半徑較大的正離子，可以是+1、+2、+3價(jià)；B為半徑較小的正離子，可以是+3、+4、+5、+6。其中A、B、O三種離子的離子半徑滿(mǎn)足下列關(guān)系時(shí)，才能組成ABO3結(jié)構(gòu)：

RA+RO=t√2（RB+RO）

t是容忍因子，一般在0.86~1.03之間均可組成鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。第十七頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期二工藝性差（粉化，PbO易揮發(fā)）工藝性好g33=33(10-3伏·米/牛)g33=11.4(10-3伏·米/牛)d33=56(10-12庫(kù)/牛)d33=191(10-12庫(kù)/牛)Kp=0.095Kp=0.354難極化易極化熱穩(wěn)定性好熱穩(wěn)定性差Tc=490℃

Tc=120℃工作溫區(qū)寬工作溫區(qū)窄PbTiO3陶瓷BaTiO3陶瓷一元系壓電陶瓷第十八頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期二六、壓電陶瓷材料典型的配方:(1)0.99[PbTiO3+0.04La2/3TiO3]+0.01MnO2預(yù)燒溫度為850℃，保溫2小時(shí)。燒成溫度為1240℃，保溫1小時(shí)。ε=240，Kp=0.096,Qm=1050,Nt=2120(2）高頻（30M-100MC）濾波器用瓷料PbTiO3+1wt%MnO2+1wt%Pb3O4ε=150，Kp=0.40,Qm=800~1000,溫度和時(shí)間穩(wěn)定性較好。3PbTiO3+3.0wt%CeO2++0.3MnO2+2.53wt%Nb2O5

ε=230，Qm=1000第十九頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期二二元系Pb(ZrTi)O3壓電陶瓷因此，PbZrO3和PbTiO3的結(jié)構(gòu)相同，Zr4+與Ti4+的半徑相近，故兩者可形成無(wú)限固溶體，可表示為Pb(ZrxTi1-x)O3，簡(jiǎn)稱(chēng)PZT瓷。第二十頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期二PbZrO3-PbTiO3相圖1、隨Zr：Ti變化，居里點(diǎn)幾乎線(xiàn)形地從235℃變到490℃，Tc線(xiàn)以上為立方順電相，無(wú)壓電效應(yīng)。2、Zr：Ti=53：47附近有一準(zhǔn)同型相界線(xiàn)，富鈦側(cè)為四方鐵電相FT；富鋯一側(cè)為高溫三方鐵電相FR，溫度升高，這一相界線(xiàn)向富鋯側(cè)傾斜，并與Tc線(xiàn)交于360℃（表明相界附近居里溫度Tc高），在相界附近，晶胞參數(shù)發(fā)生突變。立方順電相四方鐵電相高溫三方鐵電相A0反鐵電正交相3、在四方鐵電相FT與三方鐵電相FR的相界附近具有很強(qiáng)的壓電效應(yīng)，Kp,ε出現(xiàn)極大值，Qm出現(xiàn)極小值。低溫三方鐵電相準(zhǔn)同型相界：四方鐵電相與三方鐵電相的交界，并不是一個(gè)明確的成分分界線(xiàn)，而是具有一定的成分范圍，在此區(qū)域內(nèi)，陶瓷體內(nèi)三方相和四方相共存。第二十一頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期二PbZrO3-PbTiO3準(zhǔn)同型相界的KP、ε、d、Pr第二十二頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期二在相界附近的PZT瓷壓電性能比BaTiO3瓷高得多。由于相界處PZT瓷的Tc高(360℃)，因而在200℃以?xún)?nèi),KP和ε都很穩(wěn)定，是理想的壓電材料。PZT瓷的摻雜改性為了滿(mǎn)足不同的使用目的，我們需要具有各種性能的PZT壓電陶瓷，為此我們可以添加不同的離子來(lái)取代A位的Pb2+離子或B位的Zr4+,Ti4+離子，從而改進(jìn)材料的性能。第二十三頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期二等價(jià)取代是指用Ca2+、Sr2+、Mg2+

等半徑較Pb2+

離子小的二價(jià)離子取代Pb2+

離子，結(jié)果使PZT陶瓷的介電常數(shù)ε增大↑，機(jī)電耦合系數(shù)KP增大↑,壓電常數(shù)d增大↑,從而提高PZT瓷的壓電性能。1、等價(jià)取代2、異價(jià)取代所謂“軟性取代改性”是指加入這些添加物后能使矯頑場(chǎng)強(qiáng)EC減小↓

，極化容易，因而在電場(chǎng)或應(yīng)力作用下，材料性質(zhì)變“軟”。（a）La3+

、Bi3+、Sb3+

等取代A位Pb+2離子（施主摻雜）；（b）Nb5+、Ta5+、Sb5+、W6+等取代B位的Zr4+、Ti4+離子（施主摻雜）。經(jīng)軟性取代改性后的PZT瓷性能有如下變化：矯頑場(chǎng)強(qiáng)EC減小↓，機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm減小↓；介電常數(shù)ε增加↑，介電損耗tanδ增加↑,機(jī)電耦合系數(shù)KP增加↑,抗老化性增加，絕緣電阻率ρ增加↑

。2.1軟性取代改性第二十四頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期二

其原因是它們的加入導(dǎo)致形成Pb2+缺位。如每?jī)蓚€(gè)La3+置換3個(gè)Pb2+，為了維持電價(jià)平衡，使得在鈣鈦礦結(jié)構(gòu)中A位置上的陽(yáng)離子數(shù)減少，便產(chǎn)生一個(gè)A空位。由于Pb2+缺位的出現(xiàn)，使得電疇運(yùn)動(dòng)變得容易進(jìn)行，甚至很小的電場(chǎng)強(qiáng)度或機(jī)械應(yīng)力便可以使疇壁發(fā)生移動(dòng)。結(jié)果出現(xiàn)出介電常數(shù)、彈性柔順系數(shù)的增加，同時(shí)介電損耗和機(jī)械損耗增加，Qm降低。又由于疇的轉(zhuǎn)向容易，使得沿電場(chǎng)方向取向的疇的數(shù)目增加，從而增加極化強(qiáng)度，使得壓電效應(yīng)大大增加，表現(xiàn)為Kp值的上升。由于疇的轉(zhuǎn)向阻力變小，所以用以克服阻力使極化反向的矯頑場(chǎng)很小，回線(xiàn)近于矩形。又由于Pb2+缺位的存在，緩沖了90疇轉(zhuǎn)向造成的內(nèi)應(yīng)力，使得剩余應(yīng)變變小。或者說(shuō)，由于疇壁容易運(yùn)動(dòng)，使得疇的內(nèi)應(yīng)力容易得到釋放，所以老化性能好。第二十五頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期二第六章壓電陶瓷材料

“軟性”添加劑是常用的改性添加劑。如：接受型水聲換能器材料，為了提高Kp值和介電常數(shù)，常常用La2O3、Nb2O5摻雜改性。Pb0.95Sr0.05（Zr0.52Ti0.48)O3+0.9%La2O3+0.9%Nb2O5Kp=0.60，ε=2100，Qm=80，穩(wěn)定性較好，體積電阻率1012歐姆“軟性”添加劑的量一般不超過(guò)5%。第二十六頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期二所謂“硬性取代改性”是指加入這些添加物后能使矯頑場(chǎng)強(qiáng)EC增加↑，極化變難，因而在電場(chǎng)或應(yīng)力作用下，材料性質(zhì)變“硬”。（a）K+，Na+等取代A位Pb+2離子（受主摻雜）；（b）Fe2+、Co2+、Mn2+(或Fe3+、Co3+、Mn3+)、Ni2+、Mg2+、Al3+、Cr3+等取代B位的Zr4+、Ti4+離子（受主摻雜）。經(jīng)硬性取代改性后的PZT瓷性能有如下變化：矯頑場(chǎng)強(qiáng)EC增加↑，機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm增加↑；介電常數(shù)ε減小↓，介電損耗tanδ減小↓,機(jī)電耦合系數(shù)KP減小↓,抗老化性降低，絕緣電阻率ρ減小↓

。2.2硬性取代改性第二十七頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期二第六章壓電陶瓷材料通常取代量不超過(guò)鉛離子的20%，以5~10%為適宜。例如：Pb0.95Sr0.05Mg0.03(Zr0.52Ti0.48)O3+0.5%CeO2+0.2%MnO2

Kp=0.575，Qm=1000第二十八頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期二2.3其它取代改性非軟非硬添加劑如Ce4+、Cr3+和Si4+等，兼具軟性和硬性的特征。在PZT陶瓷中加入CeO2后：在PZT陶瓷中加入Cr2O3后：第二十九頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期二多元系Pb(TiZr)O3壓電陶瓷一些性能往往是互相克制的，如：國(guó)內(nèi)比較常見(jiàn)的PZT瓷料的性能KP=0.10～0.40，Qm=500～3600,具有比較寬的覆蓋范圍，能滿(mǎn)足一般壓電器件的要求，但這些性能都不是最佳值。

1965年以來(lái)，人們通過(guò)在PZT的基礎(chǔ)上再固溶另一種組分更復(fù)雜的復(fù)合鈣鈦礦化合物Pb(B1B2)O3而形成的三元系、四元系甚至五元系壓電陶瓷以獲得更好的壓電性能。Qm增加↑

，則KP減小

↓

；ε增加↑，則tanδ增大↑；KP增加

↑，則熱穩(wěn)定性↓。第三十頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期二Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3-PbZrO3三元系壓電陶瓷四元系壓電陶瓷五元系壓電陶瓷Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3-PbZrO3Pb(Sb1/3Nb2/3)O3-PbTiO3-PbZrO3Pb(Mn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3-PbZrO3Pb(Cd1/2W1/2)O3-PbTiO3-PbZrO3Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-PbTiO3-PbZrO3Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3-PbZrO3Pb(Mn1/3Nb2/3)O3-Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3-PbZrO3Pb(Mn1/3Nb2/3)O3-Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-PbTiO3-PbZrO3Pb(Cd1/2W1/2)O3-Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3-PbZrO3Pb(Mn1/3Nb2/3)O3-Pb(Cd1/2W1/2)O3-Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3-PbZrO3Pb(Mn1/3Nb2/3)O3-Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3-PbZrO3第三十一頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期二三元系鈣鈦礦型壓電陶瓷通過(guò)改變Zr/Ti比和摻入少量添加劑，雖可以改善一些性能，但由于壓電材料的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，對(duì)材料的要求越來(lái)越高，僅限二元體系是不能滿(mǎn)足使用要求，因此出現(xiàn)了三元體系。所謂的三元系鈣鈦礦型壓電陶瓷材料，是指由復(fù)合鈣鈦礦型化合物和鋯鈦酸鉛形成的固溶體。第三十二頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期二A：復(fù)合鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)的形成條件化學(xué)通式是ABO3，A為半徑較大的正離子，可以是+1、+2、+3價(jià)；B為半徑較小的正離子，可以是+3、+4、+5、+6。其中A、B、O三種離子的離子半徑滿(mǎn)足下列關(guān)系時(shí)，才能組成ABO3結(jié)構(gòu)：

RA+RO=t√2（RB+RO）

t是容忍因子，一般在0.86~1.03之間均可組成鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。第三十三頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期二B：常見(jiàn)的體系Pb（Mg1/3Nb2/3）O3-PbTiO3-PbZrO3Pb（Mg1/3Ta2/3）O3-PbTiO3-PbZrO3Pb（Ni1/3Nb2/3）O3-PbTiO3-PbZrO3Pb（Mn1/3Nb2/3）O3-PbTiO3-PbZrO3Pb（Mn1/3Sb2/3）O3-PbTiO3-PbZrO3Pb（Zn1/3Nb2/3）O3-PbTiO3-PbZrO3第三十四頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期二C：三元系中組成和性能之間的關(guān)系以Pb（Mg1/3Nb2/3）O3-PbTiO3-PbZrO3為例

見(jiàn)相圖，其三元體系的相界是以線(xiàn)表示的，在相線(xiàn)附近的組成具有ε、Kp的極大值，同時(shí)也具有Qm極小值。再結(jié)合添加劑的改性，可以使材料的性能得到進(jìn)一步的改善。第三十五頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期二由于第三、第四組元的出現(xiàn)，使可供選擇的組成范圍更為寬廣，在PZT陶瓷中難以獲得的高參數(shù)或難以兼顧的幾種性能均可以較大程度地滿(mǎn)足。以Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3-PbZrO3系為例，三者能完全固溶，且具有三種晶型。富Ti區(qū)主要為三方鐵電體,富Nb、Mg區(qū)為假立方鐵電體。隨著Pb(Mg1/3Nb2/3)O3固溶量的增加，在室溫下將出現(xiàn)兩條準(zhǔn)同形相界，當(dāng)成分在準(zhǔn)同形相界附近時(shí)都具有特別突出的壓電性能。因此使具有優(yōu)異壓電性能的組成范圍更為寬廣。第三十六頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期二七、常見(jiàn)體系鈮鎂酸鉛系：

0.375Pb（Mg1/3Nb2/3）O3-0.375PbTiO3-0.25PbZrO3

加入0.5%NiO,Kp從0.5到0.64；加入0.5%MnO2,Qm從73到1640,還可以改善頻率常數(shù)的溫度、老化性；同時(shí)加入NiO、MnO2

，Kp和Qm可以得到改善；若一部分鉛被Sr或Ba取代，可以減少鉛的揮發(fā)使燒結(jié)變得容易，并提高絕緣電阻和介電常數(shù)，進(jìn)一步提高Kp值。第三十七頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期二七、常見(jiàn)體系鈮鋅酸鉛系：Pb（Zn1/3Nb2/3）O3-PbTiO3-PbZrO3此系統(tǒng)的特點(diǎn)是致密度高、絕緣性能優(yōu)良，壓電性能好。如0.25Pb（Zn1/3Nb2/3）O3-0.30PbTiO3-0.45PbZrO3+1.2%MnCO3Kp=0.35,Qm=3500~4000,ε=900~1000,頻率溫度穩(wěn)定性良好。在同時(shí)引入NiO，可以進(jìn)一步提高Kp值及溫度穩(wěn)定性，適合制作濾波器及換能器。第三十八頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期二七、常見(jiàn)體系銻錳酸鉛系：

Pb（Mn1/3Sb2/3）O3-PbTiO3-PbZrO3此特點(diǎn)是Kp值和Qm可以同時(shí)達(dá)到較高的值，介電損耗小，致密度好。如果用堿土金屬離子置換一部分鉛，并添加一些改性雜質(zhì)，可以進(jìn)一步提高壓電性能，并獲得穩(wěn)定性良好的材料。例如Pb0.98Sr0.02(Mn1/3Sb2/3)0.05(Zr0.48Ti0.47)O3+0.2重量%CeO2，Kp=0.64,Qm=2826,此系統(tǒng)配方可用于寬帶濾波器及高壓發(fā)生器。第三十九頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期二七、常見(jiàn)體系鈮錳酸鉛系：

Pb（Mn1/3Nb2/3）O3-PbTiO3-PbZrO3此系統(tǒng)的特點(diǎn)是Qm較高，Kp值中等，介電常數(shù)較低，時(shí)間溫度穩(wěn)定性好。可作延遲線(xiàn)的壓電換能器振子。銻鋰酸鉛系：

Pb（Li1/2Sb1/2）O3-PbTiO3-PbZrO3此系統(tǒng)的特點(diǎn)是Kp值可達(dá)80%，但Qm較低。在未加其它改性添加劑時(shí)是典型的軟性材料。作為接收型材料，靈敏度較高?？捎米鹘邮招蛽Q能器材料。第四十頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期二七、常見(jiàn)體系鎢鎘酸鉛系：0.15Pb（Cd1/2W1/2）O3-0.45PbTiO3-0.40PbZrO3+2.0%Sb2O5此配方Kp值可達(dá)70%，Qm=918，ε=1381。頻率穩(wěn)定性和時(shí)間穩(wěn)定性都很好。當(dāng)加入適量改性添加劑時(shí)，Kp和Qm值能進(jìn)一步提高。鎢錳酸鉛系：Pb（Mn2/3W1/3）O3-PbTiO3-PbZrO3此體系的特點(diǎn)Kp值可達(dá)70%，Qm=2000，耐擊穿電壓高，諧振頻率溫度穩(wěn)定性好?？捎糜跒V波器振子及超聲振子。第四十一頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期二八、無(wú)鉛壓電材料迄今為止，可被考慮的無(wú)鉛壓電陶瓷體系有：BaTiO3基無(wú)鉛壓電陶瓷；Bi1/2Na1/2TiO3（BNT）基無(wú)鉛壓電陶瓷；鈮酸鹽系無(wú)鉛壓電陶瓷；鉍層狀結(jié)構(gòu)壓電陶瓷。具體為：（1）BaTiO3基無(wú)鉛壓電陶瓷a（1-x）BaTiO3-xABO3（A=Ba、Ca等，B=Zr、Sn、Hf、Ce等）b（1-x）BaTiO3-xAIBIIO3（AI=K、Na，BII=Nb、Ta）c（1-x）BaTiO3-xAII0.5NbO3（AII=Ca、Sr、Ba）第四十二頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期二八、無(wú)鉛壓電材料（2）Bi1/2Na1/2TiO3基無(wú)鉛壓電陶瓷a(1-x)BNT-xBi0.5K0.5TiO3b(1-x)BNT-xATiO3(A=Ba、Sr、Ca或由它們組成的復(fù)合離子）c(1-x)BNT-xAINbO3（AI=K、Li、Na）d(1-x)BNT-xAIBIIO3（AI=Bi、La；BII=Cr、Fe、Sc、Mn）e(1-x)BNT-xBaTiO3-yBiFeO3第四十三頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期二八、無(wú)鉛壓電陶瓷材料（3）NaNbO3基無(wú)鉛壓電陶瓷a（1-x）NaNbO3-xAINb2O6b（1-x）NaNbO3-xAITiO3（4）鉍層狀結(jié)構(gòu)壓電陶瓷aBi4Ti3O12基無(wú)鉛壓電陶瓷bMBi4Ti4O15基無(wú)鉛壓電陶瓷cMBi2Nb2O9基無(wú)鉛壓電陶瓷（M=Sr、Ca、Ba、Na0.5Bi0.5等)d復(fù)合鉍層狀結(jié)構(gòu)壓電陶瓷第四十四頁(yè)，共五十頁(yè)，編輯于2023年，星期二八、無(wú)鉛壓電陶瓷材料(5)鎢青銅結(jié)構(gòu)無(wú)鉛壓電陶瓷a(SrxBa1-x)Nb2O