作为著名的铁电和压电材料,BaTIO3早在1942年就已经为美、苏学者所发现,是迄今为止研究得最为透彻的物质之一,而以现代人的眼光来看,BaTIO3基压电陶瓷的优异电性能和低污染性是其再次受到人们重视的重要因素,因此BaTIO3也是目前制备无铅压电陶瓷的重要候选材料。现阶段对BaTIO3压电陶瓷的研究主要集中在以BT为基的二元或多元陶瓷体系。
BaTiO3属于ABO3型钙钦矿结构(如图1所示),随着温度的变化,BaTIO3经历以下的相变过程:立方顺电相~120℃一四方相~5℃一正交相~一80℃一三方相。在室温时,它有很强的压电铁电性,表现出较强的沿c轴自发极化的铁电性,自发极化值为26×10-12 C/cm2。当温度高于120℃时,BaTIO3晶体属于立方晶系,压电铁电性能消失。
BaTIO3陶瓷是研究与发展得相当成熟的无铅压电陶瓷材料,其具有高的介电常数、较大的机电藕合系数和压电常数,中等的机械品质因数和较小的介电损耗。但其居里温度较低(Tc=120℃),工作温区狭窄,且在室温附近存在相变,即BaTIO3陶瓷在5℃附近,要发生铁电四方相(4mm)到铁电正交相(Zmm)的转变,使用不方便,不能用于大功率的换能器。同时该陶瓷压电性能的温度和时间稳定性欠佳,烧结困难(烧结一般在1300℃一1350℃),难以通过掺杂改性大幅度提高其性能来满足不同的需要