1 1.华中科技大学 材料科学与工程学院, 材料成形与模具技术国家重点实验室, 武汉 430074
2 2.广东华中科技大学 工业技术研究院, 东莞 523808
3 3.深圳市基克纳科技有限公司, 深圳 518100
压电陶瓷是一种可以实现机械信号和电信号相互转换的功能陶瓷。由压电陶瓷与有机相构成的复合材料具有不同的宏观连接方式, 这不仅决定了压电器件广泛的应用场合, 而且推动了压电陶瓷材料和器件多样化的成型技术发展。与传统成型技术相比, 增材制造技术的最大优势在于无需模具即可实现外形复杂的小批量样品快速成型, 这与多样化的压电陶瓷及其器件研发需求十分契合, 同时因其样品后续加工量少、原材料利用率高、无需切削液的特点, 得到了学术界和工业界的广泛关注。在陶瓷材料增材制造领域, 功能陶瓷和器件的研究仍在增长期。本文从不同增材制造技术角度, 探讨和对比现阶段无铅和含铅压电陶瓷增材制造的发展历史、原料制备、外形设计、功能特性检测及试样的应用, 并根据现阶段各增材制造技术的优、劣势对其未来进行了展望。
增材制造 含铅压电陶瓷 无铅压电陶瓷 功能特性 综述 additive manufacturing lead-based piezoceramics lead-free piezoceramics functional property review
1 1. 济南大学 材料科学与工程学院, 济南 250022
2 2. 惠州学院 广东省电子功能材料与器件重点实验室, 惠州 516001
钙锆共掺钛酸钡陶瓷(BCZT)具有优异的介电性能和压电性能, 是一类具有发展潜力的无铅压电陶瓷, 但其压电性能仍无法与铅基陶瓷媲美。为提高压电性能, 本研究对陶瓷材料进行Sn元素掺杂改性((Ba0.85Ca0.15)- (Ti0.9Zr0.1-xSnx)O3, x=0.02~0.07))。晶体结构分析证实所有组分的陶瓷无杂相, 处于正交相与四方相两相共存状态, 并具有较大的c/a; 显微结构分析发现所有陶瓷都很致密, 且平均晶粒尺寸随着Sn含量的增加而增大。当x=0.04时, 陶瓷最致密, 且室温处于准同型相界附近, 因此拥有最佳的电学性能: d33=590 pC•N -1, kp=52.2%, tanδ=0.016, ε T33=5372, d *33=734 pm•V -1, IR=57.8 GΩ•cm。本研究表明: Sn掺杂的BCZT基无铅压电陶瓷具有优异的压电性能, 有望在换能器、机电传感器和驱动器等方面得到应用。
(BaCa)(TiZr)O3基无铅压电陶瓷 Sn掺杂 准同型相界 晶粒尺寸效应 (BaCa)(TiZr)O3 based lead-free piezoceramics Sn doping morphotropic phase boundary grain size effect
1 浙江清华长三角研究院, 先进陶瓷材料与器件研究中心, 浙江 嘉兴 314006
2 佛山(华南)新材料研究院, 广东 佛山 528200
3 桐乡清锋科技有限公司, 浙江 嘉兴 314501
4 清华大学材料学院, 新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室, 北京 100084
5 乌镇实验室, 浙江 嘉兴 314500
高性能环境友好型(K,Na)NbO3(KNN)基无铅压电陶瓷是国际上功能陶瓷的重要科学前沿和技术竞争焦点之一。优异的压电性能及其温度稳定性、抗疲劳特性、力学性能以及制备工艺重复性等综合性能是KNN基陶瓷有望得以广泛应用的重要前提, 而这些性能与KNN基陶瓷的多层次结构紧密相关。本工作从多层次结构调控的角度出发, 总结了KNN基陶瓷压电性能与其温度稳定性、抗疲劳特性、力学性能、制备工艺重复性研究等方面的研究进展以及KNN基陶瓷的应用技术研究进展。最后, 就KNN基无铅压电陶瓷的未来发展进行展望。
无铅压电陶瓷 铌酸钾钠 多层次结构 钙钛矿 lead-free piezoceramics potassium sodium niobate multiscale structures perovskite
