压电陶瓷是实现机电转换和耦合的一类极其重要的功能材料。随着我国航空航天、能源和电子信息等高新技术的迅速发展，对能够在高温下稳定工作的压电陶瓷需求越来越迫切。钙钛矿、钨青铜、铋层状结构压电陶瓷是三类典型的压电材料体系，具有不同的性能特点，可用于不同的高温领域。随着使用环境越来越苛刻，现有的压电陶瓷已无法满足高端装备的使用要求，其面临的共性技术挑战是难以兼顾高压电性能和高温稳定性。本项目在科技部“863”、国家自然科学基金、中科院战略性新兴产业计划等支持下，开展了组成设计新方法研究和制备技术创新，经过10多年的不懈努力，成功研制了具有自主知识产权的系列高温高稳定压电陶瓷。

    本项目发明了3项关键技术，主要发明点如下：（1）发明了基于调控载流子类型和浓度的组成设计方法，以及片状颗粒粉体制备新技术，将铋层状CaBi4Ti4O15压电陶瓷的压电系数d33提高了一倍以上、d33变化率≤3%（室温-480℃），高温电阻率提高了两个数量级，达到109((cm (@480℃)，解决了压电陶瓷高温电阻率低和压电性能低的关键技术难题。（2）发明了A、B位复合取代组成设计方法及二次粉末合成技术，攻克了钨青铜PbNb2O6压电陶瓷致密化烧结的技术难题，实现了材料压电性能、电阻率和烧结特性的协同优化。研制出了具有超低机械品质因数（Qm=9）和优异的温度稳定性的PbNb2O6压电陶瓷，使我国PbNb2O6压电陶瓷真正实现了规模化应用。（3）发明了基于调控缺陷偶极子的组成设计方法及砂磨制粉结合通氧烧结技术，突破了钙钛矿Pb(Zr，Ti)O3压电陶瓷稳定使用温度极限，获得了一种强场介电损耗低（0.52%@400V/mm)、介电常数变化率仅为44.2%（20-200℃）、可在200℃稳定使用的新型Pb(Zr，Ti)O3压电陶瓷。
本项目申请中国发明专利18项，获授权9项；在本领域国际重要学术期刊上发表SCI论文59篇。相关产品经权威机构检测达到国际先进水平。

    针对压电陶瓷在高温应用时的共性技术难题，从压电陶瓷的高温导电机理、热退极化机理和多场耦合失效机理出发，通过组成设计改变材料中点缺陷状态，进而影响其与载流子、自发极化以及铁电畴的相互作用，提高压电活性和稳定性；通过制备技术创新调控材料显微结构，提高致密度和电阻率，进一步改善温度稳定性。基于以上的研究思路，本项目的材料配方设计和制备工艺都具有独创性和不可复制性。

    项目研究成果已被中石油、中海油、美国哈里伯顿、通用电气医疗系统等近二十家国内外知名企业以及航天科技、中航工业、南京航空航天大学等科研院所成功应用于航空航天、油气勘探、医疗设备等高技术领域，新增产值78148.55万元，极大的推动了我国测井仪器、医疗设备等高端装备的自主创新和航空航天事业的发展，打破了国外对高端装备及其关键部件的垄断和技术壁垒，产生了巨大的社会和经济效益。

    在前期成功开发多极子阵列声波测井仪、井周超声成像测井仪、新一代数字声波测井仪用压电发射/接收器件的基础上，为了有效开发海洋油气资源，自2016年起，项目承担单位启动了更为先进、技术难度更高、体量更大的海洋拖缆地震勘探压电检波器的研制。经过两年的攻关，解决了高稳定、高灵敏压电陶瓷的的组成设计与制备、压电检波器结构设计、制备工艺与灵敏度关系、封装与服役性关系、电声性能表征等关键技术问题。目前，已完成了样件制作，并得到了应用单位中海油的认可，签订了315万元产品合同，并正在和中海油着手建立上海硅酸盐所-中海油油气勘探器件联合实验室。未来将重点研究压电检波器的海洋环境适应性和可靠性以及产业化。

    本项目发明的铋层状CBT压电陶瓷实现了压电性能和高温电阻率的协同提升，综合性能居国际先进水平，其中高温电阻率达到1.0×109((cm，比目前国内外公开报道的最高值提高近两个数量级；发明的PbNb2O6压电陶瓷具有超低的机械品质因数（Qm=9）和较高的压电性能，综合性能居国际先进水平；发明的PZT压电陶瓷强场介电损耗tan(仅为0.52%（@400V/mm），介电常数变化率为44.2％（20-200℃），均为至今国内外公开报道的最优值。
本领域国际知名学术期刊J. Am. Ceram. Soc.副主编、美国宾州州立大学Shujun Zhang教授在其综述文章“高温传感器用压电材料”中指出，本项目研究成果 “进一步提高了压电活性，同时提高了电阻率，实现了良好极化率与高居里温度之间的平衡”（J. Am. Ceram. Soc., 95, 1-26: 2011）。

    12、利润级：开始盈利且利润超过总投入的10%

    近年来，国内中石油、中海油等石油公司为推动行业技术升级和实现油气勘探国际化战略，纷纷投入巨资，致力于研制具有自主知识产权的高端声波测井仪器，但一直没有得到突破，其主要技术瓶颈是其关键部件—压电换能器的高温稳定性不能满足应用要求。本项目成功开发出能在高温下稳定工作的新型压电陶瓷，并实现了批量化生产，解决了制约我国高端声波测井仪器自主研发中的关键技术难题。在此基础上，项目团队协助中石油、中海油等多家公司，成功研制出具有自主知识产权的高端声波测井仪器，改变了我国高端声波测仪长期依赖进口、受制于人的困境，提升了我国油气勘探声波测井仪器装备的技术水平，为我国油气勘探行业的发展奠定了坚实的基础，对于促进我国油气资源勘探、保障能源安全具有十分重要的战略意义。此外，采用本项目成果制备的声波测井仪器已经在东南亚、中东、北美等海外油田批量投入使用，显著增加了我国石油公司的海外竞争力。
随着我国空间技术的飞速发展，载人航天和探月工程等多个重大专项都迫切要求超声电机能适应空间特殊环境，其中核心部件压电陶瓷的温度稳定性和环境适应性是亟待攻关的技术瓶颈。本项目经过10多年研发，成功研制了能在宽温度稳定工作的新型压电陶瓷，经受住了高低温等恶劣环境试验，成功应用于“嫦娥三号”、长征运载火箭和系列神舟飞船等，为我国航天事业发展做出了重要贡献。
本项目成果极大的推动了我国油气勘探测井仪器、医疗设备等高端装备的自主创新和航空航天事业的发展，打破了国外对高端装备及其关键部件的垄断和技术壁垒，产生了显著的社会效益。

    本项目研发成果均由上海硅酸盐研究所独立研发，研发成果由委托企业装机验证，验证成功形成销售，供应商均选择通过ISO9000质量认证的企业，并获得客户的认可，形成产-学-研良性循环的体系。

    本项目研发成果均为企业委托研发，在国内有明确的用户和市场。希望进一步开拓海外市场。

    

    

    

本项目成果已成功应用于航空航天、油气勘探、医疗设备等高技术领域，部分用户评价如下：
（1）“经充分调研和样品试用后，本公司采用了中国科学院上海硅酸盐研究所研制的高温压电陶瓷元件及换能器。经试验证明，换能器性能优异，高温稳定性优良……各项指标均能很好的满足仪器现场作业服务要求……极大的推动了我国高端声波测井装备的自主创新和产业化。”（中海油田服务有限公司）
（2）“压电陶瓷是超声电机的核心部件……经国内调研和试用比较，采用中国科学院上海硅酸盐研究所研制的温度稳定性优良的新型压电陶瓷……超声电机完全达到了设计要求，成功应用于“嫦娥三号”玉兔巡视器，在国内首次实现了超声电机在航天工程中的应用，为“嫦娥三号”落月巡视任务的顺利完成作出了重要贡献。”(南京航空航天大学)
（3）“本公司采用中科院上海硅酸盐研究所自主研发的高稳定钛酸铋锶和锆钛酸铅压电陶瓷……为长征运载火箭、神舟系列飞船等遥测系统压电振动传感器的定型批生产提供了重要保障。”（航天长征火箭技术有限公司）
（4）“本公司委托上海硅酸盐研究所研制偏铌酸铅压电换能器……经装机试验，压电换能器各项性能指标达到国际同类产品的先进水平。”（通用电气医疗系统有限公司）
（5）“本公司在482℃高温振动传感器的研发过程中采用了中国科学院上海硅酸盐研究所研制的铋层状结构压电陶瓷材料(CBT)。经传感器装配及发动机试用，表明传感器各项技术指标均完全满足发动机高温振动传感器的实际需要。”（成都凯天电子股份有限公司）