压电陶瓷自发现以来,已有数十年。数十年后的现在,压电陶瓷的应用范围已上至宇宙开发、下至家庭生活。大家都知道我国各种工业发展都较国外要晚,就拿压电陶瓷来说,我国对压电陶瓷的研究始于五十年代末期,比国外晚10年左右。但目前在压电陶瓷的试制、工业生产等方面都已有相当雄厚力量,有不少材料已达到或接近国际水平,发展形势一片大好。
目前传统的压电铁电陶瓷,包括弛豫性铁电陶瓷在内,大多是含铅陶瓷,其中氧化铅约占原料总重量的70%左右。含铅压电铁电陶瓷在制备、使用及废弃后处理过程中都会给环境和人类带来损害。为了保护地球和人类的生存空间,防止环境的污染,2001年欧洲议会通过了关于“电器和电子设备中限制有害物质”的法令,并定于2008年实施。其中在被限制使用的物质中就包括含铅的压电器件。
为此,欧洲共同体立项151万欧元进行关于非铅系压电陶瓷的研究与开发。美国、日本和我国也将相继通过类似的法令,并已逐年提高了对研制非铅系压电陶瓷项目的支持力度。由此可见,发展非铅系的环境协调性的压电铁电陶瓷是一项紧迫且具有重大实用意义的课题。
中国科学院在1979年就开始致力于非铅压电陶瓷的制备及其传感器器件的研制。2001年在国家高技术研究发展计划的资助下,成功地开发了钙钛矿结构的钛酸铋钠钾系列和铋层状结构的钛酸铋锶钙系列的无铅压电陶瓷材料。目前国内压电陶瓷市场上的无铅化产品未形成产业化优势,主流的压电陶瓷产品以传统的技术和生产方式进行运作,国内“无铅化”正是行业内主要的努力方向,尽快形成相应的研发、生产、销售一条龙的健康商业链条也是目前首要任务。
压电陶瓷器件不仅在工业和民用产品上用途十分广泛,在军事上也同样获得了大量的应用。如将压电陶瓷做成水声换能器,作为核潜艇的一双明亮的“眼睛”,可以顺利进行水下导航、通讯、侦察敌舰、清扫敌布水雷等工作;用压电陶瓷做成的压电引信,可以精确引燃引爆破甲弹等杀伤性武器;再如压电陶瓷制作的压电陀螺,是航空航天不可或缺的“舵手”等等。