项光磊 汪跃群 盖学周 高亮

（第七一五研究所，杭州，310023）

锆钛酸铅（PZT）作为一种典型的压电陶瓷，可以实现机械能与电能的相互转换，被广泛应用于超声换能器、致动器与传感器等领域[1-2]。超声换能器作为大功率发射器件，需要压电陶瓷具有高的压电常数 d33、高的机电耦合系数 kp、高的机械品质因数Qm与低的损耗值tanδ[3-4]。经过多年的发展，目前已经形成一系列成熟的大功率压电陶瓷产品，并且得到了广泛的商业应用，如PZT-4、PZT-8等。大功率压电陶瓷也称为硬性压电陶瓷。本质上来说，硬性压电陶瓷主要是通过受主离子掺杂改性，如Mn4+、Fe3+等，使其与氧空位形成具有电偶极矩的复合体，并且在自发极化所形成的电场中调整取向，形成内偏场，使材料性能“硬化”。

此外，通过第三、第四组元的引入，丰富了硬性压电陶瓷更多的电学特征，通过组元的调整可以满足不同的应用场景。Xia等人通过在PMN-PT体系中引入Pb(Fe1/2Nb1/2)O3，形成了具有R-T共存的MPB，并且在附近得到了优异的压电性能，εr=3094，tanδ=0.5%，kp=0.59，d33=545 pC/N[5]。Hou 等人通过MnO2掺杂0.2PZN-0.8PZT体系得到了最优的性能，εr=1240，tanδ=0.2%，kp=0.62，d33=325 pC/N[6]。Yang等人通过PZN引入PZT-PMS，制备了四元大功率压电陶瓷体系，得到了最佳的电学性能，Qm=1381，tanδ =0.4%，kp=0.64，d33=369 pC/N[7]。Zhao等人报道的Pb(Sn1/3Nb2/3)O3-Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PZT在MPB附近性能为d33=314 pC/N，Qm=2614，tanδ =0.4%，kp=0.8[8]。然而，在实际的批量化工业生产过程中，组分的过度复杂不利于配料环节，混料不均匀会导致组分发生偏离，从而影响产品性能的一致性。因此，在保证压电性能的前提下，配料环节中减少粉料种类在工业生产中也值得关注。

Pb(Mn1/3Nb2/3)O3-Pb(Zr,Ti)O3（PMN-PZT）作为三元系压电陶瓷的代表，具有硬性压电陶瓷的典型特征，如高 d33、低 tanδ等，通常以PZT-4系列命名。……