Page 104 - 无损检测2022年第一期

压电陶瓷材料及压电超声换能器的无损检测应用

DOI : 10.11973 / ws j c202201016

偏铌酸铅压电陶瓷及其超声无损检测应用

周同彪 , 张 浩 , 史秀梅 , 曾 涛 1
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( 1. 上海材料研究所 上海市工程材料应用与评价重点实验室, 上海 200437 ;

2. 中国兵器科学研究院宁波分院,宁波 315103 )

摘 要:偏铌酸铅是一种重要的钨青铜结构高居里温度功能陶瓷, 在高温领域具有很大的应
用前景, 但其存在压电活性低, 难以烧结等问题, 这些问题限制了该陶瓷的应用。元素掺杂取代是
改性偏铌酸铅陶瓷的研究热点。综述了偏铌酸铅陶瓷的特点以及部分改性后的陶瓷在超声无损检
测等领域的应用前景, 对用偏铌酸铅陶瓷制作换能器的研究工作具有一定的借鉴意义。
关键词:偏铌酸铅; 掺杂改性; 超声无损检测; 高温应用

中图分类号: TG115.28 文献标志码: A 文章编号: 1000-6656 ( 2022 ) 01-0066-04

Leadmetaniobate p iezoelectricceramicsanditsultrasonicnondestructivetestin g a pp lication

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ZHOUTon g biao , ZHANGHao , SHIXiumei , ZENGTao 1

( 1.Shan g haiKe yLaborator yofEn g ineerin g MaterialsA pp licationandEvaluation , Shan g haiResearchInstituteofMaterials ,

Shan g hai200437 , China ; 2.Nin g boBranchofChinaAcadem yofOrdnanceScience , Nin g bo315103 , China )

Abstract : Leadmetaniobateisanim p ortanttun g stenandbronzestructurewithhi g hCurietem p eraturefunction

ceramic , whichhasg reata pp licationsinthefieldofhi g htem p erature.However , thelowp iezoelectricactivit yand

difficult y insinterin goflead metaniobatelimitthea pp licationoftheceramic.Substitutionb yelementdo p in g isa

hotto p icfor modifiedlead metaniobateceramics.Thisp a p erreviewsthecharacteristicsofleadp artialniobate

ceramicsandthea pp licationp ros p ectsofp artiall y modifiedceramicsinultrasonicnondestructivetestin g .Ithas

certainreferencesi g nificancefortheresearchworkofmakin g transducerwithleadmetaniobateceramics.

Ke y words : lead metaniobate ; do p in g modification ; ultrasonic nondestructive testin g ; hi g h tem p erature
a pp lication
随着航天和军工事业的发展, 高温等特殊无损 状 结 构 高 温 压 电 陶 瓷。 目 前,压 电 单 晶 材 料
检测环境下压电换能器的应用越来越重要 [ 1 ] 。压电 LiNbO 3 YCa 4 B 3O 10 等是制作高温领域压电换能器
,
材料作为压电传感器最基本的元件, 其压电及力学 的主要材料 [ 2 ] 。由于单晶材料生产工艺复杂、 价格
性能势必会影响整个传感器的工作状态, 如压电材 昂贵、 难以批量化生产、 抗冲击等力学性能较差, 所
料的居里温度决定了其使用温度的上限; 压电弹性 以难以在高温领域广泛使用。钙钛矿结构高温陶瓷
常数会影响压电传感器的信号发射功率; 机械品质 是研究最多的陶瓷, 最具代表性的高温钙钛矿陶瓷
因数影响着传感器的灵敏度等。通常研究的高温压 是钛酸铅 [ 3-4 ] ( PbTiO 3 ), 该陶瓷具有较高的居里温

电陶瓷材料有以下 4 种: 钙钛矿结构高温压电陶瓷; 度( 490 ℃ ), 介电常数小且压电弹性常数大, 但由于
钨青铜结构压电陶瓷; 碱金属铌酸盐高温材料; 铋层 其立方相下晶格常数较大, 在极化过程中容易产生
击穿现象。另一种商用化的钙钛矿结构高温压电陶
瓷是锆钛酸铅 [ 5 ] ( PZT ), 其居里温度较低, 使用温度
收稿日期: 2021-10-14
大都在 200 ℃ 以下, 从而在高温压电领域的应用大
基金项目: 上海材料研究所技术创新项目( 21181302 )
作者简介: 周同彪( 1998- ), 男, 硕士研究生, 主要研究方向为压 大受限。除此之外, 还有一种常研究的高温压电陶
电材料与器件 瓷是 Bi层状结构的压电陶瓷, 其晶体结构对称性
低, 且呈板 状, 使 得 其 矫 顽 电 场 强 度 很 大, 难 于 极
通信作者: 张 浩, zhan g hao324419@126.com
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2022 年 第 44 卷 第 1 期

无损检测