【深度】铌酸钾钠（KNN）陶瓷是无铅压电陶瓷应用进一步扩大受到限制

2023-10-20 14:17

铌酸钾钠陶瓷具有质地致密、细晶结构均匀、机械品质因数小、居里温度高、压电常数高、频率常数高、介电常数低等特点。

铌酸钾钠，化学式为K0.5Na0.5NbO3，简称KNN，是一种ABO3型钙钛矿结构的无铅压电陶瓷。压电陶瓷的功能是实现机械能与电能相互转换，可用来制造传感器、谐振器、滤波器、换能器等多种电子元器件，应用范围极为广泛。铌酸钾钠陶瓷是无铅化、环保化的新型无铅压电材料。

铌酸钾钠陶瓷是以碳酸钠（Na2CO3）、碳酸钾（K2CO3）、五氧化二铌（Nb2O5）为主要原料，采用热压烧结工艺制造而成。铌酸钾钠陶瓷烧结温度范围窄，传统烧结技术难以生产质地致密的产品，可以通过优化烧结工艺来提高致密度，改善压电性能，并提高产品良率。

铌酸钾钠陶瓷具有质地致密、细晶结构均匀、机械品质因数小、居里温度高、压电常数高、频率常数高、介电常数低等特点。

目前我国以及全球市场中的压电陶瓷产品主要是锆钛酸铅（PZT）陶瓷，锆钛酸铅陶瓷中含有元素铅（Pb），在高温条件下会挥发，其生产、使用、回收均有可能对人体健康、生态环境造成危害。根据新思界产业研究中心发布的《2023-2028年中国铌酸钾钠（KNN）陶瓷行业市场深度调研及发展前景预测报告》显示，铌酸钾钠陶瓷不含元素铅，环境友好特征明显，并且压电性能优良，是最受关注的无铅压电陶瓷产品之一，最有可能替代锆钛酸铅陶瓷。

预计到2025年，全球压电陶瓷市场规模将达到668.7亿元。铌酸钾钠陶瓷可以应用在高频延迟线、多层压电陶瓷致动器、压电陶瓷换能器、医用超声波探头等制造领域。为进一步拓宽应用范围，铌酸钾钠陶瓷的机械品质因数需要提高，以降低能量损耗。但随着机械品质因数增大，铌酸钾钠陶瓷的压电常数快速下降。

铌酸钾钠陶瓷可以通过掺杂其他元素的方式来调节或提高压电性能，例如掺杂锂（Li）、锑（Sb）、钽（Ta）、氧化铋（Bi2O3）等，但掺杂元素种类及含量的增多会使其烧结温度提高、居里温度降低。

新思界行业分析人士表示，总的来看，铌酸钾钠陶瓷压电性能优良，但在部分应用领域综合性能无法与锆钛酸铅陶瓷相媲美，压电性能与温度稳定性难以两全，这严重影响了铌酸钾钠陶瓷应用规模进一步扩大，使得行业发展受到限制。现阶段，铌酸钾钠陶瓷相关技术研究仍在不断深入，我国相关研究高校与科研机构主要有清华大学、北京科技大学、四川大学、中国科学院上海硅酸盐研究所等。

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