
从材料组成的角度来看,压电陶瓷主要可以分为哪几类
1.二元系压电陶瓷
以锆钛酸铅(PZT)为代表,是非常早实现商业化应用的压电陶瓷体系。PZT陶瓷由PbZrO3和PbTiO3两种组分构成,通过调节Zr/Ti比例可以获得不同性能的材料。这类陶瓷具有优异的压电性能,机电耦合系数高,居里温度适中,是目前应用非常广泛的压电陶瓷材料。但由于含铅量高,存在环境污染问题。
2.三元系压电陶瓷
在PZT基础上添加第三组分形成的压电陶瓷体系。常见的有:
-PMN-PT:铌镁酸铅-钛酸铅体系,具有非常高的压电系数和机电耦合系数
-PZN-PT:铌锌酸铅-钛酸铅体系,同样具有优异的压电性能
-PIN-PMN-PT:铟铌酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅三元体系,综合性能更优
这些材料主要应用于医用超声换能器和致动器等领域。
3.无铅压电陶瓷
为应对环保要求而开发的替代材料,主要包括:
-钛酸钡(BaTiO3)基陶瓷:是非常早发现的压电陶瓷,但性能较PZT差
-铌酸钾钠(KNN)基陶瓷:具有较好的压电性能,是目前非常有希望替代PZT的无铅体系
-铋层状结构陶瓷:如Bi4Ti3O12等,具有较高的居里温度
-钨青铜结构陶瓷:如Sr2NaNb5O15等
这些材料虽然环保,但在性能和稳定性方面仍需进一步提升。
4.复合材料
将压电陶瓷与其他材料复合而成的新型功能材料,常见的有:
-0-3型复合材料:压电陶瓷颗粒分散在聚合物基体中
-1-3型复合材料:压电陶瓷柱状阵列嵌入聚合物基体
-2-2型复合材料:压电陶瓷片与聚合物片交替叠层
这类材料兼具陶瓷的压电性和聚合物的柔韧性,在医用超声等领域有独特优势。