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高性能无铅压电材料设计与开发  
我有意向    2023-06-30    浏览:1064  
技术简介
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(一)项目背景
含铅压电陶瓷是当前市场主流产品,但因其主要成分氧化铅是一种有毒物质,在烧制过程中容易挥发,导致产品性能难以稳定控制,且生产过程对环境、人体危害较大。2003 年前后,全球开始大范围限制含铅电子材料使用和进口。随着环保压力加剧,电子信息产业高速发展,世界各国势必加快禁铅脚步,已有相关企业提前进行无铅压电陶瓷产业布局因此研发无铅压电陶瓷是当前压电陶瓷的研
究热点之一。

(二)项目内容
本项目研究主要集中在钛酸钡(简写 BT)基(包括 BHT-BCT、BZT-BCT、BST-BCT 三种材料)高性能无铅压电陶瓷的设计与开发。技术上,突破了传统BT 基无铅压电陶瓷长期受限于压电性能和温度稳定性的瓶颈,材料居里温度明显提高,整体压电性能远超市面上产业化较多的 KNN 基无铅压电陶瓷,部分指标与含铅压电陶瓷的性能指标相当。本项目生产成本存在巨大优势,无需采购专用设备,使用传统固相法即可大批量制备,材料采购费用仅为 KNN 基无铅压电材料的 1/9。项目团队设计研发的 BT 基无铅压电陶瓷在技术端实现突破,将 BT基无铅压电陶瓷产业化变为可能。

(三)关键技术
项目团队掌握高性能 BT 基无铅压电陶瓷粉体制造与烧结关键技术,所研制材料易于制备,工艺稳定性高。烧结工艺采用传统固相法不需要更换现有设备。
高温烧结过程中,原料不易挥发,不需要附加保护气氛,可有效降低成本。本技术的优势在于:
1.性能优势,突破传统 BT 基无铅压电陶瓷性能瓶颈,材料具有超高压电性能和温度稳定性。项目团队研发的 BT 基无铅压电陶压电系数可达 530-620pC/N,与含铅压电陶瓷指标相当,KNN 基无铅压电陶瓷仅为 350-390pC/N;15-70℃工况下,项目团队研发的 BT 基无铅压电陶压电系数保守估计不低于 400pC/N。项目材料相对介电常数为 2500-3000,而含铅压电陶瓷的相对介电常数为 1500-2000,KNN 基无铅压电陶瓷仅为 1000 左右。
2.成本优势,现产业化的 KNN 基无铅压电陶瓷原材料价格较高且需要一定保存条件,陶瓷烧结条件严苛,需要采购专业设备。与之相比,BT 基无铅压电陶瓷原材料价格更低,不受空气湿度影响,对存储环境没有要求。设备不变的情况下,核算实验室生产厚度 1mm,直径 8mm 的 KNN 基无铅压电陶瓷片所需的化学药品原材料成本为 81 元/100g,BT 基无铅压电陶瓷片的材料成本为 9 元/100g,仅为生产 KNN 基材料成本的 1/9,投产后项目材料成本还将继续降低。



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