BNT-BKT无铅压电陶瓷的制备与表征(4)
上文提到，传统的压电陶瓷具有优异的电--机械性能，在电子信息产品中有着举足轻重的不可替代作用，但基本上是含铅的锆钛酸铅(PZT)系材料，其主要成分是PbO(含量在60～70％以上)。PbO是一种有毒物质，在室温下易挥发，在制备、应用和废弃后的处理过程中，都会给自然环境和人体健康造成危害。同时PbO的挥发会造成陶瓷体系中的化学计量比偏离正常值，从而降低产品的一致性和重复性[9]。因此综合各方面来看，研究开发新型无铅压电陶瓷已经成为了一项迫在眉睫的课题任务，这事关当代及未来社会能否长期的走在可持续发展的道路上，事关我们子孙后代的利益。同时对于我国的压电陶瓷产业而言，能否成功的研制出性能良好的、拥有自主知识产权的、具有创新性的无铅压电陶瓷，并且能够应用于实际生产生活当中可谓任重而道远，既是机遇，又是挑战。
就目前关于各国在无铅压电陶瓷方面的研究成果来看，无铅压电陶瓷在许多性能方面还无法与传统的铅基压电陶瓷相抗衡，也就是说，想让无铅压电陶瓷在短时间内完全取代铅基压电陶瓷绝非易事。但不得不承认的事实是，从20世纪末到本世纪初这短短的几十年间，无铅压电陶瓷的开发和性能研究已经取得了非常明显的进步，能否大规模的投入使用相信是指日可待的事情。从另一方面来说，社会持续发展进步，各项有关环保的立法方案进一步趋于完善，人们的环保意识也在进一步提高，材料行业发展的无铅化是一种必然的趋势。
纵观当代社会，“全球化”一词已变得不再陌生，从经济领域到文化领域，“全球化”都日益凸显，绿色环保的生存理念也在全球化的驱动下逐步被世界各国人民所接受，“无铅化”已经成为了一种潮流，更是一项造福于全人类的实践[10]。有识之士应当勇于承担起这项历史使命，为人类的生存和社会的发展贡献自己的力量。
1.3.1. 无铅压电陶瓷的材料体系
所谓无铅压电陶瓷，指的是材料体系本身不含有可能危害环境的物质，在制备过程、使用过程及废弃后的处理过程中不产生可能危害自然环境的物质，同时要求材料的制备工艺具备低耗能等环境协调性特点。近些年来，各国研究较多的无铅压电陶瓷体系包括以下几类：BaTiO3基、铋层状的结构型、BNT基、铌酸盐体系及钨青铜的结构型无铅压电陶瓷。
（1）钛酸钡基无铅压电陶瓷
钛酸钡(BaTiO3)是发现最早的、最具代表性的无铅压电材料，其具有较低的居里温度，较窄的工作温度范围，属于压电性能一般的无铅系陶瓷，一般不容易通过掺杂改性的方法来大幅度提高其压电性能，同时在室温附近存在结构型相变，因此其在压电方面的应用受到极大的限制[11]。
研究结果表明，在BaTiO3基无铅压电陶瓷的几大体系中都存在顺电立方-铁电四方相变，该相变具有和弛豫性铁电体类似的特征，但 另外一些组分不会出现由铁电四方向铁电正交的相变，故有利于室温下使用。对于某些特殊组分的配比，如用Ti代替Zr的位置，所得到的陶瓷具有较好的压电性和铁电性。比如Ba(Ti1-XZrX)O3体系的压电陶瓷，其压电系数d33可高达340pC／N，其工作温度区间也扩宽了许多。Zhang等[12]，Ren等[13]采用先进的机械设备，发现BaTi03单晶具有非常明显的电致伸缩效应，相比于传统的PZT压电陶瓷，其在等电场下的电致伸缩率约为PZT的40倍。
在BaTiO3系陶瓷中加入第二相元素，可得到无铅的弛豫性铁电体。BaTiO3基无铅压电陶瓷材料体系包括以下三类：
①（1-x）BaTiO3-xABO3（A=Ba，Ca等；B=Zr，Sn，Ce等）