压电陶瓷是一种能将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料。其中，锆钛酸铅陶瓷简称PZT陶瓷，是一种二元固溶体，它呈现出ABO3型的钙钛矿结构，是目前最好性能的压电陶瓷材料体系。同时，通过调节锆钛比例和掺杂，锆钛酸铅呈现不同性质而具有广泛应用，但是目前国内仍然缺乏高性能压电陶瓷，高端应用依赖于国外进口。而且其铅含量在材料中的占比相对较高，在元件制造、加工、储运及其废弃物处理过程中，可能对人体和环境造成危害。因此探索高端压电材料和无铅材料实现环境保护和可持续发展的需求增长，是近年来学术研究与工业开发的重要方向和热点课题。

在CAC2023广州先进陶瓷展上，以著名材料学专家，广东以色列理工学院材料系的谭启教授为团队核心的拓米新材料技术（汕头）有限公司展示了国产非PZT体系高端压电材料技术取得的新突破。

拓米新材料项目负责人杨益鑫先生表示：“国内目前生产的压电陶瓷材料还是以锆钛酸铅（PZT）体系为主，不仅存在人们广泛关注的环保问题，相关高性能器件也均依赖于进口。为了解决国内技术的卡脖子难题和响应减铅的趋势，我们团队依托广东以色列学院强大的科研实力和谭启教授在美国工业界多年的工作经验，一直专注于压电陶瓷的自主研发，不断完善技术创新，经过多年的发展和积累，研发出了多种非PZT体系的压电陶瓷新配方，在质量、技术方面均实现较大突破。”这些突破点具体可以总结为以下几个方面——

1、材料配方和性质灵活可调

由于压电陶瓷材料具有正逆压电效应，即机械能和电能之间能够互相转换，其在压电传感器、驱动器、超声换能器、压电蜂鸣器和滤波器等器件中得到了广泛的应用。可以说小到一个耳麦、倒车雷达，大到核潜艇、火箭都需要压电陶瓷，但不同的产品对于压电陶瓷的性能要求也不尽相同。据杨先生介绍，拓米新材料的研发的非PZT体系压电陶瓷可根据客户需求灵活调整原料配方，实现多个性质在宽广范围内变化：介电常数dk（1000-10000）、高压电系数d33（300-1200pC/N）、高机电耦合系数（>60%）、宽居里温度Tc（130-330℃）以及高机械品质因数Qm（300-1500）。

2、低温共烧压电陶瓷技术

为了发挥压电陶瓷的压电性，压电陶瓷元件两级间需镀上金属电极来施加电压。对于需要一体成型的多层片式压电元件，加入高导电率金属材料共烧是常用的解决方法，但金属铂、钯等高导电金属材料较贵、熔点较高，且过高的烧结温度会使压电陶瓷晶粒生长过大或组织结构不均匀，进而导致压电陶瓷元件的压电性能受到影响。因此拓米新材料研发了低温共烧技术（LTCC）制备压电陶瓷，通过增加烧结添加剂，降低陶瓷的烧结温度，支持陶瓷与银等高电导率材料共烧，形成一体的多层片式元件，可实现具有高度集成、小型化、可靠性高等特点。

本次CAC展会上，拓米新材料展出了TH2000和TH2300硬压电陶瓷，与传统的PZT体系压电陶瓷相比，其介电损耗更低，持续工作时产生的热量小，寿命更长，在很高的电气和机械应力下进行大功率能量转化的同时，还能自身特性保持稳定，主要在超声波清洗、材料机加工（超声波焊接、压焊、钻孔等）、超声波处理器（如用于喷洒液体介质）、医疗领域（超声波牙垢去除、手术器械等）和海洋声纳等方面有所应用。而TS4000、TS5700软压电陶瓷则可以通过灵敏感应外界极小的变化，甚至可以感应到十几米外飞虫拍打翅膀对空气的扰动，并将极其微弱的机械振动转换成电信号，应用领域包括促动器（用于电子显微镜、微纳加工设备等精密设备中的机械控制）、振动探测器（例如用于空气颗粒浓度检测）、超声波发射器和接收器等传感器（例如用于医学超声成像）以及声音传感器、麦克风、乐器拾音器等电声应用。在后续的研发中，公司还将研发无铅压电陶瓷，满足客户需求。

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