第一節(jié) 產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
1、一元系壓電陶瓷技術(shù)
BaTiO3是典型的陶瓷鐵電體，具有鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)．BaTiO3不溶于水，機電耦合系數(shù)大，成為最早的有實用價值的壓電陶瓷。BaTiO3壓電陶瓷和石英晶體、羅息鹽等壓電單晶相比具有制備容易，且可制成任意形狀和任意極化方向的產(chǎn)品等的優(yōu)點。
PbTiO3居里溫度高(Tc=490℃)，自發(fā)極化強度是各種鈣鈦礦型晶體結(jié)構(gòu)的鐵電體中最高的．是一種具有熱釋電性和壓電性，能在高溫下使用的壓電陶瓷。鑭系元素(La，Ce，Nd，Sm，Eu和Gd)的摻入對于PbTiO3陶瓷晶格參數(shù)及介電、壓電性能的影響比較大。Udomporn等人直接用PbO和TiO2作為初始原料，不摻入其它元素，燒結(jié)溫度1225℃，嚴(yán)格控制工藝參數(shù)，成功合成了晶粒細(xì)小致密、組織均勻、燒結(jié)密度達(dá)到理論值為97％的PbTiO3陶瓷。自80年代以來，逐漸發(fā)展了兩種新型的改性PbTiO3陶瓷，即Ca—Pb—TiO3陶瓷和Sm—PbTiO3陶瓷。改性的PbTiO3。陶瓷的突出優(yōu)點是強的壓電各向異性．即在一定組分和極化條件下，可以獲得高的Kt／Kp。值，優(yōu)于PZT和PT，這對于電子掃描超聲的應(yīng)用非常有利。
2、二元系壓電陶瓷
50年代初，一種性能大大優(yōu)于鈦酸鋇的壓電陶瓷材料——鋯鈦酸鉛研制成功。由于Ti4+的離子半徑與Zr4+的離子半徑相近，且兩種離子的化學(xué)性能相似，PbZrO3和PbTiO3能以任何比例形成連續(xù)固溶體。1955年美國國家標(biāo)準(zhǔn)局NBS 研究 所(現(xiàn)稱NIST)的Jaffe等人發(fā)現(xiàn)，在因成分變化引起的所謂準(zhǔn)同型相界或同質(zhì)異晶相變成分(X=0.52)附近，四方相和三角相共存，相變激活能低，只要在微弱電場的誘導(dǎo)下，就能發(fā)生晶相結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，極化處理時可以獲得高壓電活性和高介電常數(shù)，壓電常數(shù)是BaTiO3的兩倍，且其各方面的性能比BaTiO3陶瓷好得多PZT的出現(xiàn)開辟了壓電陶瓷應(yīng)用的新局面，對壓電陶瓷來說具有劃時代的意義。為了適應(yīng)不同的應(yīng)用需要，獲得不同的壓電、介電性能，采用改變鋯、鈦比的方法，Zr／Ti主要集中于53／47和95／5組成范圍；但單純依靠不同Zr／Ti的改變來改善PZT材料的性能，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了不同領(lǐng)域的要求．還可以在選擇Zr／Ti的基礎(chǔ)上采取等價離子及不等價離子置換或者摻加雜質(zhì)、氧化物的方法。微量的添加物或用置換元素進(jìn)行改性后，二元系配方比一元系配方性能更為優(yōu)良，具有高耦合、高機械品質(zhì)因數(shù)和高穩(wěn)定性等特征，在使用范圍內(nèi)沒有明顯相變點，可作為濾波器等通信材料，而高耦合、高介電常數(shù)方面的優(yōu)點又明顯擴大了壓電陶瓷的應(yīng)用范圍，不僅可作為振子，而且還可作為換能器材，在這些應(yīng)用中都充分發(fā)揮了壓電陶瓷的獨特作用。自從PZT壓電陶瓷合成成功，它為壓電陶瓷應(yīng)用在變壓器、濾波器、換能器、通訊、計測、引燃引爆裝置超聲延遲線等各個方面打開了前所未有的新局面。
3、三元系及多元系壓電陶瓷
PZT壓電陶瓷不斷改進(jìn)，逐趨完美。以鋯鈦酸鉛為基礎(chǔ)，用多種元素改進(jìn)的三元系、四元系壓電陶瓷也都應(yīng)運而生。1965年，日本松下電氣公司把Pb(Mg1/3Nb2/3)O3作為第三組分加到PZT中制成了第一種三元系陶瓷。經(jīng) 研究 發(fā)現(xiàn)在這種三元系壓電陶瓷中添加一些氧化物會提高機電耦合系數(shù)K。和高機械品質(zhì)因數(shù)Qm，還能夠使頻率常數(shù)和老化特性得到改善。三元系陶瓷比二元系陶瓷具有更為優(yōu)越的性能．可以大幅度地調(diào)節(jié)可供選擇的組成成份和壓電性，容易獲得高機電耦合數(shù)的接收型材料大量 研究 表明，各種馳豫鐵電體固溶物與PZT陶瓷組合．以及對這種系統(tǒng)的壓電陶瓷進(jìn)行離子置換和摻雜改性．可獲得高介電、高壓電性能．并在三元系的基礎(chǔ)上發(fā)展了更為復(fù)雜的四元系、五元系陶瓷材料，使壓電陶瓷的 研究 前景更為廣闊
第二節(jié) 產(chǎn)品工藝特點或流程
壓電陶瓷材料主要生產(chǎn)過程
第三節(jié) 國內(nèi)外技術(shù)未來發(fā)展趨勢 分析
1、壓電復(fù)合材料
壓電復(fù)合材料是指壓電相材料和非壓電相材料按照一定的連通方式合成而構(gòu)成的一種具有壓電效應(yīng)的復(fù)合材料。常見的壓電復(fù)合材料是由壓電陶瓷(如PZT或Pb-TiO3)和聚合物(如聚偏氟乙烯、環(huán)氧樹脂或硅橡膠等)組成的兩相材料。由于壓電復(fù)合材料具有優(yōu)良綜合性能和可設(shè)計性，因此它的出現(xiàn)引起各國學(xué)者的極大興趣，紛紛開展 研究 ，其 研究 主要集中在美國、日本、德圍、南韓等發(fā)達(dá)國家，其中日本的 研究 工作比較突出。電陶瓷的脆性大．經(jīng)不起機械沖擊：而壓電聚合物雖然柔性好，但是它的制備成本高，一般只能在低溫范圍使用。壓電復(fù)合材料克服上述兩種材料的缺點，兼有兩者的優(yōu)點，既具有優(yōu)良的壓電效應(yīng)面又保持聚合物的機械可撓曲性。壓電復(fù)合材料在水聲、超聲、電聲以及其它方面得到了廣泛的應(yīng)用。
2、壓電薄膜
隨著電子器件的小型化以及新的微電子機械(MEMS)創(chuàng)建新型電子器件，實現(xiàn)電子器件概念上的突破在很大程度上推動從體材料 研究 轉(zhuǎn)向薄膜。只要性能達(dá)到要求，可以薄膜代替單晶或多晶材料，而且薄膜易于滿足對幾何尺寸的要求，成本低于昂貴的單晶鐵電材料。20世紀(jì)90年代初興起的鐵電薄膜發(fā)展十分迅速。壓電薄膜的制備方法主要有濺射法、溶膠一凝膠法、金屬有機物熱分解法和絲網(wǎng)印刷法、脈沖激光淀積法等。溶膠一凝膠法的優(yōu)點是能夠與光刻工藝兼容，可以制備大面積涂層．能精確地控制膜的組分，制作成本低．并且也可以制備厚膜的塊體陶瓷因此溶膠一凝膠法制備的PZT薄膜應(yīng)用于MEMS器件受到重視。
3、無鉛壓電陶瓷
目前所用的壓電陶瓷絕大部分為鉛基壓電陶瓷。近年來，隨著環(huán)境保護和人類社會可持續(xù)發(fā)展的要求，研發(fā)新型的鐵電壓電陶瓷已成為世界發(fā)達(dá)國家致力研發(fā)的熱點材料之一。目前對BaTiO3、鈦酸鉍鈉(BNT)、鉍層狀結(jié)構(gòu)以及鈮酸鹽四大類無鉛壓電陶瓷體系進(jìn)行了大量的 研究 和開發(fā)工作。中國科學(xué)院上海硅酸鹽 研究 所于2001年成功地開發(fā)了鈦酸鉍鈉基無鉛壓電陶瓷系列(1-x)Nal/2Bil/2TiO3-xBaTiO3， 研究 表明x=0.06時其壓電性能最好。日本和美國的一些大學(xué)和 研究 機構(gòu)都在進(jìn)行無鉛壓電陶瓷材料的探索，并開發(fā)出一些很有價值的壓電材料。
4、納米壓電陶瓷
近年來，各國都積極
研究
和開發(fā)新的壓電功能陶瓷納米技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)使陶瓷粉體、纖維、薄膜和塊體進(jìn)入了一個嶄新的領(lǐng)域．
研究
的重點大都是從老材料中發(fā)掘新效應(yīng)，開拓新應(yīng)用，從控制材料組織和結(jié)構(gòu)人手，尋找新的壓電材料。由于納米陶瓷呈現(xiàn)出許多優(yōu)異的特性．引起了人們的廣泛關(guān)注。目前材料工作者正在摸索制備具有高致密度的納米陶瓷的工藝，其中包括有PZT材料的納米化控制．納米PZT材料的制備工藝，納米PZT材料特性的評價方法等。高性能的電子陶瓷材料一個重要的發(fā)展趨勢是：用納米粉體作為原材料生產(chǎn)諸如陶瓷電容器、壓電陶瓷，將納米材料應(yīng)用到陶瓷工藝中去，生產(chǎn)納米復(fù)合或納米改性的高技術(shù)陶瓷。