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高温压电材料的现状与发展前景The Present Situation and Prospect of High Temperature Piezoceramics摘要随着科学技术的不断进步，人们越来越多地需要使用到可以在高温下使用的压电陶瓷材料，因此高温压电陶瓷材料成为近几年研究的热点之一。本文介绍了国内外学者对钙钛矿结构、钨青铜结构和铋层状结构压电陶瓷进行改性，获得一系列高温压电陶瓷材料的研究现状。同时展望了高温压电陶瓷材料的发展前景，并对其今后的研究方向提出看法。关键词：高温压电陶瓷；改性；钙钛矿结构AbstractThere are increasingly need in using piezoceramic materials at high temperature, with the constant progress of science and technology. Consequently, the high temperature piezoceramics has become one of the most hot spots in research. In this paper, the research status of modified perovskite, tungsten bronze and bismuth layer structure of high temperature piezoceramics is introduced. The prospect of high temperature of piezoceramics is presented and my opinion on the future of this material has been made.Keywords：high temperature piezoceramics; modification; perovskite structure1、引言压电陶瓷是一种能够实现机械能与电能相互转换的功能陶瓷材料，它是通过把氧化物混合，然后经过固相反应，再高温烧结而成的多晶体材料，并经过直流高压极化处理使其具有压电效应的陶瓷[1]。迄今为止，高温压电陶瓷被广泛应用于航空航天、核能、冶金、石油化工、地质勘探等许多特殊领域。但是，目前商业化应用的锆钛酸铅体系压电陶瓷的居里温度一般在250～380 ℃，由于热激活老化过程，其安全使用温度被限制在居里温度的1/2处。压电性能优良，使用温度低于400 ℃的高温压电陶瓷材料已经不能满足当前高新技术发展的要求。此外，商用高温传感器所采用的压电材料仅限于LiNbO3等单晶材料，生产工艺复杂，价格极其昂贵，而且国内目前尚无性能优良、使用温度高于350 ℃的高温压电陶瓷传感器产品，国外对这类器件的研究报道也很少。目前，世界各国的材料科学家正进行高性能、高居里温度的压电陶瓷材料体系的研究，力图在压电陶瓷材料体系、制备技术和性能表征等方面有所突破。开发高居里温度和稳定性好的压电陶瓷材料己成为当今研究热点之一[2]。性能改进的主要方法目前还是掺杂某种改性离子的掺杂改性和制备工艺的改进两种。因此，高温压电陶瓷材料成为近几年来研究的热点，各种新成果、新技术不断涌现。本文综述了高温压电陶瓷材料的必威体育精装版研究进展。2 高温应用对压电材料性能的要求根据实际应用情况高温应用对压电材料性能的要求有高ＴＣ高压电常数高电阻率及良好的机械强度等。2.1 居里温度对于高温应用压电材料必须具有高的ＴＣ当温度超过ＴＣ时压电材料的晶格结构将发生转变并失去自发极化压电活性也随之消失所以ＴＣ为压电材料应用的理论上限温度，同时压电材料在使用前必须通过极化工艺使其电畴尽可能的定向排列以获得良好的压电性能但这种定向排列的电畴热力学不稳定所以有恢复到原始状态的趋势当温度升高时这一过程将越来越明显使材料的压电性能在高温下出现明显老化。因此压电材料的实际使用温度远低于材料的ＴＣ。2.2 压电常数压电常数d33和d15等也是一个重要参数。它反映了压电材料在应力作用下产生电荷大小的能力。压电常数高即意味着器件的电荷灵敏度高相同电荷灵敏度下可减小器件的体积达到小型化的目的。然而在实际材料中高ＴＣ和高压电常数不可兼得。2.3 电阻率高电阻率可减小极化过程中的漏电流避免材料被高压击穿同时高电阻率能使压电材料在应力下产生的电荷维持更长的时间以被探测到，电荷可被维持的时间与ＲＣ时间常数成正比对于传感器应用而言其可以使用的最小频率极限fLL=12RC当低于fLL时电荷将在被传感器探测到之前以漏电流的形式流走通过提高材料的电阻率来达到提高ＲＣ时间常数的目的从而降低fLL。扩大传感器使用的频率范围。2.4 机械强度机械强度也是高温应用中的一个问题当压电