压电陶瓷加工
压电陶瓷的生产工艺技术与应用
压电陶瓷的生产工艺技术与应用摘要：压电陶瓷的发现已经有四十年多年的历史，国内外的研究者在其生产工艺技术的探索上已经做了不少研究。
研究者针对压电陶瓷传统工艺流程中的某些环节进行改进，研究出压电陶瓷的一些特殊生产工艺技术，使其在一些特定范围内更好地发挥作用。
因此，本文将从压电陶瓷的一般工艺展开，引出到目前为止，压电陶瓷的一些其他生产工艺技术，并系统地介绍了压电陶瓷在生产生活中的应用。
关键词：压电陶瓷；生产工艺技术；改进；应用Production technology and applications of piezoelectric ceramics Abstract: The discovery of piezoelectric ceramics have been over forty years in history, the researchers at home and abroad have done a lot of research to explore the production technology of piezoelectric ceramics. The researchers have improved some links of the piezoelectric ceramics' traditional process and come up with some special production technology of piezoelectric ceramics, which have made piezoelectric ceramics wok better in some particular range. Therefore, this paper will launch the piezoelectric ceramics' production technology from general process to, so far, some of the other piezoelectric ceramics' production technology, and introduce the applications of piezoelectric ceramics systematically.Key Words: piezoelectric ceramics；production technology；improve；applications1. 前言1.1 压电陶瓷的研究背景[1]-[8-10]1880年，居里兄弟首先在单晶发现压电效应，这是压电学建立和发展的起点。
压电陶瓷的成型方法
压电陶瓷的成型方法
压电陶瓷是一种重要的功能陶瓷材料，具有压电效应和介电效应，广泛应用于传感器、振动器、滤波器、电子陶瓷等领域。
成型是制备压电陶瓷的关键步骤之一，本文将介绍几种常见的压电陶瓷成型方法。
1. 热压成型法
热压成型法是一种常见的压电陶瓷成型方法，其主要原理是将陶瓷粉末加热至一定温度，然后施加一定压力，使其在模具中形成所需形状。
该方法具有成型精度高、成型时间短、成型效率高等优点，广泛应用于制备压电陶瓷件。
2. 注浆成型法
注浆成型法是一种将粉末与粘结剂混合后，将混合物注入模具中，在高温下烘干成型的方法。
该方法具有成型精度高、成型效率高等优点，适用于制备大型、复杂形状的压电陶瓷。
3. 热等静压成型法
热等静压成型法是一种将陶瓷粉末加热至一定温度，然后施加一定压力，在高温下烧结成型的方法。
该方法具有成型精度高、成型效率高、成型强度高等优点，适用于制备高强度、高密度的压电陶瓷。
4. 凝胶注模成型法
凝胶注模成型法是一种将陶瓷粉末与溶液混合后，在模具中注入，通过凝胶化后的陶瓷凝胶在高温下烧结成型的方法。
该方法具有成型精度高、成型效率高、成型强度高等优点，适用于制备复杂形状的压电陶瓷。
5. 旋转成型法
旋转成型法是一种将陶瓷粉末加入到模具中，在高速旋转的模具内形成所需形状的方法。
该方法具有成型精度高、成型效率高、成型强度高等优点，适用于制备圆形、对称形状的压电陶瓷。
压电陶瓷的成型方法多种多样，选择合适的成型方法可以提高压电陶瓷的成型效率和质量，满足不同工业领域的需求。
压电陶瓷工艺流程
压电陶瓷工艺流程
压电陶瓷工艺流程一般包括以下几个步骤：
1. 原料准备：选择适合的原料，一般使用铅酸锆和钛酸钡等材料，按照比例混合搅拌，制备出合适的陶瓷粉末。
2. 增湿：将陶瓷粉末与一定量的水混合，使用搅拌器进行搅拌，使粉体与水充分混合。
3. 压制：将混合好的粉末放入模具中，使用压力机对粉末进行压制成型。
通常采用的方法有冲击压制和等静压制两种。
4. 干燥：将成型好的陶瓷坯体放入干燥室进行干燥处理，去除水分。
可以采用自然晾干或者烘干的方式。
5. 烧结：将经过干燥处理的陶瓷坯体放入高温烘炉中进行烧结。
通过控制烧结温度和时间，使陶瓷粉末发生结晶和结合，形成致密的陶瓷块。
6. 精加工：对烧结好的陶瓷块进行机械加工，如切割、磨削等，将其加工成具有特定形状和尺寸的陶瓷产品。
7. 检验：对加工好的陶瓷产品进行质量检验，如厚度、尺寸、电性能等。
8. 包装：将合格的陶瓷产品进行包装，以便储存和运输。
以上是一般常见的压电陶瓷工艺流程，具体的工艺和步骤可能因产品类型和工艺要求的不同而有所差异。
压电陶瓷翻边电极的工艺方法_概述及解释说明
压电陶瓷翻边电极的工艺方法概述及解释说明1. 引言1.1 概述压电陶瓷是一种具有压电效应的材料，当施加外力或电场时能产生电荷分布的变化，从而导致形变或振动。
压电陶瓷广泛应用于传感器、换能器、滤波器等领域。
翻边电极是在压电陶瓷表面涂覆的导电层，用于实现对陶瓷材料的激励和信号收集。
1.2 文章结构本文将首先介绍压电陶瓷以及翻边电极的作用和意义。
然后，详细探讨两种常见的工艺方法：胶浆法和激光刻蚀法，并对它们进行分类和特点分析。
在每个工艺方法中，我们将介绍配方、制备过程、步骤、注意事项以及优缺点等内容。
最后，我们将对这两种工艺方法进行比较并展望未来的发展趋势。
1.3 目的本文旨在全面了解并介绍压电陶瓷翻边电极的工艺方法，为相关领域的科学家、工程师和学者提供参考。
通过对胶浆法和激光刻蚀法的详细讲解，读者可以了解它们的原理、步骤、特点以及应用前景。
同时，本文还将探讨工艺方法的选择与比较，并展望压电陶瓷翻边电极工艺方法的发展趋势。
这些内容有助于促进该领域相关技术的进一步发展和创新。
2. 压电陶瓷翻边电极的工艺方法2.1 压电陶瓷介绍压电陶瓷是一种能够在外部施加压力或电场时发生形变或产生电荷的材料。
它具有优异的压电效应和介电性能，在许多领域中得到广泛应用，如传感器、致动器、滤波器等。
2.2 翻边电极的作用与意义在制备压电陶瓷元件过程中，为了获得更好的性能和可靠性，通常需要添加翻边电极。
翻边电极是连接外部引线和压电陶瓷之间的桥梁，起到导电和分布均匀场强的作用。
正确选择和设计合适的翻边电极对于提升压电陶瓷元件的性能至关重要。
2.3 工艺方法的分类及特点目前，常用的两种压电陶瓷翻边电极工艺方法主要包括胶浆法和激光刻蚀法。
胶浆法是一种传统工艺方法，在制备过程中需要将导电胶浆涂覆在压电陶瓷表面，然后通过特定的加热和干燥过程形成电极。
该方法工艺相对简单、成本较低，但存在胶浆粘附不牢固、容易产生气孔或裂纹等问题。
激光刻蚀法采用激光束直接照射压电陶瓷表面，从而使局部区域去除材料形成电极。
压电陶瓷的制备工艺
压电陶瓷的制备工艺压电陶瓷是一种具有压电效应的陶瓷材料，具有较高的压电效能和稳定的性能，在压电设备和传感器等领域有广泛应用。
下面将详细介绍压电陶瓷的制备工艺。
压电陶瓷制备工艺主要包括粉体制备、成型、烧结和后处理等步骤。
不同的压电陶瓷材料具有不同的制备工艺，下面将以铅锆钛酸钡（PZT）陶瓷为例进行介绍。
粉体制备是制备压电陶瓷的第一步，其目的是制备出具有良好压电性能的粉体。
一般来说，将过程原料中的铁氧体、碳酸钡、氧化钛和氧化铅等按一定比例混合，然后进行球磨或者其他研磨方法，使其成为微米级的均匀混合物。
成型是将粉体按照设计要求的形状和尺寸进行成型的过程。
常见的成型方法有压制和注射成型两种。
压制方法一般采用球形粉末和模具来制备成型，通过施加足够的压力使其形成所需形状。
注射成型是将粉料和有机胶进行混合，然后将该混合物注入到模具中，并通过脱模焙烧使其成型。
烧结是将成型后的陶瓷坯体加热到一定温度下，使其形成致密的陶瓷体的过程。
具体的烧结温度和时间需要根据不同的陶瓷材料来确定。
在烧结过程中，陶瓷体会发生晶粒长大和析出等变化，从而使其压电性能得到增强。
烧结后的陶瓷体需要进行后处理，主要是为了获得更好的性能。
常见的后处理方法包括水热处理、陶瓷体极化和金属电极附着等。
水热处理是将烧结后的陶瓷体放置在水中进行一定时间的处理，可以进一步提高其致密性和机械性能。
陶瓷体极化是将陶瓷体置于磁场中进行极化处理，通过改变材料的电极化方向来改善其压电性能。
金属电极附着是在陶瓷体上涂覆金属电极，以增加电极附近的压电效应。
除了以上步骤，压电陶瓷的制备还需要控制制备条件、优化配方和选择合适的烧结工艺等。
这些因素都会影响到压电陶瓷的性能和制备效果。
总结起来，压电陶瓷的制备工艺主要包括粉体制备、成型、烧结和后处理等步骤。
在制备过程中需要考虑到原材料的选择和比例、成型和烧结参数的控制以及后处理的优化等因素。
通过合理的制备工艺，可以获得具有良好压电性能和稳定性能的压电陶瓷材料。
压电陶瓷性能及PZT制备工艺
压电陶瓷性能及PZT制备工艺王幸福无机非金属材料工程 80308113摘要: 简单综述了压电陶瓷的性能及锆钛酸铅压电陶瓷制作方法,重点分析了锆钛酸铅压电陶瓷的掺杂改性的机理和作用。
以及压电陶瓷PZT未来发展的前景。
关键词: 锆钛酸铅;制作方法。
引言锆钛酸铅一Pb(Zr，Ti)03:(PZT)是一种具有多种应用功能的钙钦矿型ABO3结构铁电材料，是由铁电相PbTiO3(Tc=490℃)和反铁电相PbZrO3(Tc=230℃)组成的固溶体。
PbZrO3一PbTiO3:系固溶体(PZT)相图中，在x约为0.52一0.53附近存在一个铁电四方相(FT)和菱形相(FR)的交界区，就是我们通常称之为的准同型相界(MPB)。
在PZT的MPB上具有高的压电和介电特性，具有高的的居里温度，因此受到国内外相关研究者的广泛重视，使之成为迄今为止，应用最广的压电陶瓷材料。
一、PZT压电陶瓷结构特征及特点1.1钙钛矿结构特征PZT 陶瓷是指锆钛酸铅( PbZr x Ti1 - xO3 , PZT)陶瓷,它是ABO3 型钙钛矿(perovs kites) 结构,Zr ,Ti 处于氧八面体的中心,Pb 处于氧八面体的间隙。
单元结构如图1 所示[1]。
1.2锆钛酸铅(PZT)结构特点PZT压电陶瓷是属于钙钦矿结构的压电晶体。
向PbTIO3:中掺入Zr形成锆钛酸铅(PZT)陶瓷材料，用途广泛。
Ti与Zr在结构中呈完全类质同像，但Z/rTi比值不同使材料的结构也不同，在铁电四方和三方相界附近，PZT材料具有优良的压电、介电和热电性能。
锆钛酸铅固溶体相图如图1.4所示[2]，在相变温度以下，当错/钦比z/rTi=53/47时，存在一条准同型相界。
准同型相界的右边(富钦一边)为四方晶相，左边(富错一边)为三方晶相。
实际上，准同型相界有一定的宽度范围，在此范围内，两相共存，数量关系遵从“杠杆定理”。
A0:反铁电斜方相，AT:反铁电四方相，F以HT:)铁电菱形相(高温)RF(TL:)铁电菱形相(低温)，FT：铁电四方相，Pc:顺电立方相二、压电陶瓷的性能表征2.1介电常数介电常数反映材料的介电性质，或极化性质，通常用ε表示。
压电陶瓷原材料的处理和选择
压电陶瓷原材料的处理和选择压电陶瓷主要工艺介绍原材料的本质将对压电陶瓷的最终性能产生决定性的影响。
压电陶瓷与传统的陶瓷最大的区别是它对原料的纯度，细度，颗粒尺寸和分布，反应活性，晶型，可利用性以及成本都必须加以全面考虑和控制。
原材料在很大程度上，可决定压电陶瓷元件性能参数的高低，对工艺的顺利进行有重要影响因此，对所用元材料的性能必须有所了解，选择原材料必须符合经济合理的原则。
压电陶瓷所用的各种原料，一般都是各种金属氧化物，有时也采用各种钛酸盐，锆酸盐，锡酸盐，铁酸盐和碳酸盐等。
目前压电陶瓷生产上所用的各种原材料，具有很强的地方性，原材料的质量往往随产地和批号的不同而有很大的区别和差异。
严重影响了生产质量的稳定性。
因此掌握原材料质量对产品性能的影响，进而在生产中预以有效的控制，对确保产品的质量有很大的现实意义。
总的来说，压电陶瓷材料所用的原材料可以分为化工原料和矿物原料二大类。
凡是经由化工厂加工处理而提供的原料称为化工原料如BaCO3. SrCO3. CaCO3. MgCO3. Pb3O4. TiO2. ZrO2. Nb2O5. La2O3等，而直接由矿山开采，只经过适当加工的原料就称为矿物原料。
常用的矿物原料有粘土，长石，石英，滑石，菱镁矿，大理石，白云石等。
一般的日用瓷，普通的电工瓷和部分的无线电陶瓷如{滑石瓷等}几乎都是用矿物原料配成的，而压电和强介电容器等无线电陶瓷则几乎完全是由化工原料配制而成的。
原料的纯度，细度，{或称粒度}和活性是衡量原料质量的三个重要指标。
不论制造钛酸钡，钛酸铅，还是制造二元系锆钛酸铅以及三元系铌镁酸铅等压电陶瓷元件，二氧化钛，二氧化锆，氧化铅或四氧化三铅等，都是主要原材料，一般都在10~60%范围内。
一. 原料的纯度纯度就是原料的纯净程度，相对来说也是指原料的含杂程度。
纯度越高的原料所含的杂质种类和数量越少。
化工原料按纯度可分为工业纯和试剂纯二大类。
而试剂纯的原料按纯度高低又可分为四级，各种化工原料的主要特点如表1所示。
压电陶瓷的生产工艺
压电陶瓷的生产工艺压电陶瓷是一种以铅锆酸钛（PZT）为主要成分的陶瓷材料，具有压电效应、热电效应和相应的机械、光学效应等多种特性。
压电陶瓷广泛应用于传感器、换能器、机电一体化、微机械系统、高压电子器件、光学器件等领域。
下面将分别介绍压电陶瓷的生产工艺。
1. 压制压制是压电陶瓷生产的第一步。
将制备好的陶瓷粉末与有机粘结剂混合，通过压力将其压制成绿体（未经烧结的陶瓷坯体）。
压制的方法有手压和机械压制两种。
（1）手压：将混合好的陶瓷粉末捏制成坯体，放在压模中，使用手动压制机将陶瓷粉末压制成绿体。
（2）机械压制：将混合好的陶瓷粉末填充在压模中，使用机械压制机进行压制，制成规整的绿体。
2. 烧结绿体需要烧结成精密的陶瓷陶器。
陶瓷部件在烧结时，需要控制温度、时间、气氛及烧结过程中的形变收缩等因素。
（1）烧结温度：绿体的烧结温度通常高于纯物质的熔点，同时也要考虑到不超过材料的化学变化温度。
对於不同种类压电陶瓷材料，其烧结温度也不相同。
（2）烧结时间：烧结时间与温度、材料和形态有关。
时间相对较长可以获得优异的性能，但会消耗较多的能量和时间。
（3）烧结气氛：烧结气氛有空气、氮气、氢气、氧化物及还原性气氛等不同气氛。
3. 切割加工切割是生产压电陶瓷过程中必不可少的工艺之一。
常见的切割方式有钻孔、铣削和线切割。
（1）钻孔：压电陶瓷良好的穿透性使其成为电性元件的理想选择。
通过钻孔可为电容器提供双极电导和电阻刻度。
（2）铣削：通过CNC磨床、CNC雕铣机等设备，使切割好的陶瓷达到所需的尺寸和形状。
（3）线切割：线切割一般适应于压电陶瓷制品较小的情况，使用锥形砂轮配合尺寸精度高的线切割机。
4. 清洁在生产过程中，压电陶瓷会受到氧化、粉末结块和油污等因素的影响，因此对于生产各个环节的工具、设备和瓷件本身都需要进行清洗处理。
（1）氧化：压电陶瓷易受氧化影响，在生产过程中需采取措施保持瓷件清洁。
（2）粉末结块：陶瓷粉末在储存、运输过程中易生成结块，需要采取防潮、除湿等措施。
压电陶瓷的工艺流程
压电陶瓷的工艺流程压电陶瓷是一种特殊的陶瓷材料，具有压电效应，可以在受到机械应力或电场刺激时产生电荷，也可以在受到外加电压时产生机械变形。
压电陶瓷在声波传感器、超声波发生器、压电陶瓷换能器等领域有着广泛的应用。
下面将介绍压电陶瓷的制造工艺流程。
1. 材料准备压电陶瓷的主要原料是氧化铅和氧化锆，此外还需要添加一定比例的助熔剂和稳定剂。
首先需要将这些原料按照一定的配方比例进行混合，以确保最终制成的陶瓷材料具有均匀的化学成分。
2. 粉碎和混合将原料进行粉碎，然后进行混合，以确保各种原料能够充分混合均匀，这样可以提高后续成型的均匀性和稳定性。
3. 成型将混合后的陶瓷粉末放入模具中，然后施加一定的压力进行成型。
常用的成型方法包括干压成型和注射成型。
干压成型是将陶瓷粉末放入模具中，然后施加高压进行成型；而注射成型是将陶瓷粉末与一定比例的有机添加剂混合后，通过注射成型机将其注入模具中，然后进行脱脂和烧结得到成品。
4. 烧结成型后的陶瓷坯体需要进行烧结，以提高其致密度和力学性能。
烧结温度和时间需要根据具体的配方和工艺要求进行控制，通常在氧化性气氛下进行烧结，以确保陶瓷材料的化学成分不发生变化。
5. 加工经过烧结后的陶瓷坯体需要进行加工，包括精密加工和表面处理。
精密加工包括车削、磨削和抛光等工艺，以确保陶瓷制品的尺寸精度和表面粗糙度符合要求。
表面处理则包括涂层、镀膜等工艺，以提高陶瓷制品的性能和外观。
6. 测试制成的压电陶瓷制品需要进行严格的测试，以确保其性能符合要求。
常见的测试项目包括压电性能测试、力学性能测试、尺寸精度测试等。
通过以上工艺流程，可以制备出高质量的压电陶瓷制品，满足各种工业和科研领域的需求。
压电陶瓷的制备工艺虽然复杂，但通过严格的工艺控制和精密的加工技术，可以获得稳定的产品质量和良好的性能表现。
压电陶瓷的压电原理与制作工艺
压电陶瓷的压电原理与制作工艺1.压电陶瓷的用途随着高新技术的不断发展，对材料提出了一系列新的要求。
而压电陶瓷作为一种新型的功能材料占有重要的地位，其应用也日益广泛。
压电陶瓷的主要应用领域举例如表1所示。
2.压电陶瓷的压电原理2.1 压电现象与压电效应在压电陶瓷打火瓷柱垂直于电极面上施加压力，它会产生形变，同时还会产生高压放电。
在压电蜂鸣器电极上施加声频交变电压信号，它会产生形变，同时还会发出声响。
归纳这些类似现象，可得到正、逆压电效应的概念，即：压电陶瓷因受力形变而产生电的效应，称为正压电效应。
压电陶瓷因加电压而产生形变的效应，称为逆压电效应。
2.2 压电陶瓷的内部结构材料学知识告诉我们，任何材料的性质是由其内部结构决定的，因而要了解压电陶瓷的压电原理，明白压电效应产生的原因，首先必须知道压电陶瓷的内部结构。
2.2.1 压电陶瓷是多晶体用现代仪器分析表征压电陶瓷结构，可以得到以下几点认识：（1）压电陶瓷由一颗颗小晶粒无规则“镶嵌”而成，如图1所示。
图1 BSPT压电陶瓷样品断面SEM照片（2）每个小晶粒微观上是由原子或离子有规则排列成晶格，可看为一粒小单晶，如图2所示。
图2 原子在空间规则排列而成晶格示意图（3）每个小晶粒内还具有铁电畴组织，如图3所示。
图3 PZT陶瓷中电畴结构的电子显微镜照片（4）整体看来，晶粒与晶粒的晶格方向不一定相同，排列是混乱而无规则的，如图4所示。
这样的结构，我们称其为多晶体。
图4 压电陶瓷晶粒的晶格取向示意图2.2.2 压电陶瓷的晶胞结构与自发极化（1）晶胞结构目前应用最广泛的压电陶瓷是钙钛矿（CaTiO3）型结构，如PbTiO3、BaTiO3、K x Na1-x NbO3、Pb(Zr x Ti1-x)O3等。
该类材料的化学通式为ABO3。
式中A的电价数为1或2，B的电价为4或5价。
其晶胞（晶格中的结构单元）结构如图5所示。
图5 钙钛矿型的晶胞结构压电陶瓷的晶胞结构随温度的变化是有所变化的。
压电陶瓷
七、排塑：目的是将制粒时加入的粘合剂从毛坯中除掉。
应用
主要用途
常见运用
1、声音转换器声音转换器是最常见的应用之一。像拾音器、传声器、耳机、蜂鸣器、超声波探深仪、声纳、 材料的超声波探伤仪等都可以用压电陶瓷做声音转换器。如儿童玩具上的蜂鸣器就是电流通过压电陶瓷的逆压电 效应产生振动，而发出人耳可以听得到的声音。压电陶瓷通过电子线路的控制，可产生不同频率的振动，从而发 出各种不同的声音。例如电子音乐贺卡，就是通过逆压电效应把交流音频电信号转换为声音信号。
压电陶瓷
具有压电特性的电子陶瓷材料
01 基本释义
03 物质组成
目录
02 发展历史 04 特性
05 原理
07 应用
目录
06 制造工艺
压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的信息功能陶瓷材料-压电效应，压电陶瓷除具有压电性外，还 具有介电性、弹性等，已被广泛应用于医学成像、声传感器、声换能器、超声马达等。压电陶瓷利用其材料在机 械应力作用下，引起内部正负电荷中心相对位移而发生极化，导致材料两端表面出现符号相反的束缚电荷即压电 效应而制作，具有敏感的特性，压电陶瓷主要用于制造超声换能器、水声换能器、电声换能器、陶瓷滤波器、陶 瓷变压器、陶瓷鉴频器、高压发生器、红外探测器、声表面波器件、电光器件、引燃引爆装置和压电陀螺等，除 了用于高科技领域，它更多的是在日常生活中为人们服务，为人们创造更美好的生活而努力。
其中u12为压电能，u1为弹性能，u2为介电能。
经过极化了的压电陶瓷片的两端会出现束缚电荷,所以在电极表面上吸附了一层来自外界的自由电荷。当给陶 瓷片施加一外界压力F时，片的两端会出现放电现象。相反加以拉力会出现充电现象。这种机械效应转变成电效应 的现象属于正压电效应。
压电陶瓷制备工艺流程
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压电陶瓷的生产工艺
压电陶瓷的生产工艺压电陶瓷的生产工艺大致与普通陶瓷的生产工艺相似，但压电陶瓷的生产工艺有自己的特点，所以，在此以PZT即Pb（Zr,Ti）03系陶瓮为主，介绍压电陶瓷的必要工序及制作方法。
压电陶瓷的主要工艺流程：配料——球磨——过滤、干燥——预烧——二次球磨——过滤、干燥——过筛——成型——排塑——烧结——精修——上电极——烧银——极化——测试。
O1原料处理首先，根据化学反应式配料。
所用的原料大多为金属氧化物，少数也可用碳酸盐（预烧时便分解为氧化物）。
为使生成压电陶瓷的化学反应顺利进行，要求原料细度一不超过2μm（平均直径）。
提高原料纯度，有利于提高产品质量，但这个问题不是绝对的，使用纯度较低廉的原料,选择适当的工艺条件，同样可以生产出性能优良的产品。
通常使用转动球磨机或振动球磨机进行原料混合及粉碎。
另外，在生产中往往还使用气流粉碎法，用高压气流的强力破碎作用，使粉料形成雾状，由于不用球石，可以避免杂质混入，而且效率提高。
预烧中的反应过程：预烧过程一般须经过四个阶段：线性膨胀(室温〜400℃)z固相反应(400~750°C),收缩(750~850°C)和晶粒生长(800〜900。
C 以上)o02成型和排塑原料经预烧后，就合成了固溶体化合物。
再经一次粉碎，便可成型。
成型可根据不同的要求采用轧膜、压型或等静压等方式。
成型之前需加入粘合剂。
对轧膜的情况，粘合剂一般是粉料质量的15%〜20%,对压型的情况只需加5%左右。
过多的粘合剂会使制品的致密度降低。
成型后生坯中的粘合剂、水分等必须加温排去，称为排塑或排胶。
03烧结排塑后的生坯重新装炉烧结。
影响烧结的因素很多，首先是配方的化学组成，当配方组成中有足够的活动离子时，烧结容易进行。
例如，PZT中错离子活动性差，所以PZT中错含量增加，烧结温度升高，烧结困难。
添加物对改善压电陶瓷性能和压电陶瓷的烧结起很大作用。
〃软性〃添加物的共同特点是可以使陶瓷性能往"软”的方面变化，也就是提高弹性柔顺系数，降低机械品质因子Qm值，提高介电常数，增大介电损耗。
压电陶瓷的压电原理与制作工艺
压电陶瓷的压电原理与制作工艺1.压电陶瓷的用途随着高新技术的不断发展，对材料提出了一系列新的要求。
而压电陶瓷作为一种新型的功能材料占有重要的地位，其应用也日益广泛。
压电陶瓷的主要应用领域举例如表1所示。
2.压电陶瓷的压电原理2.1 压电现象与压电效应在压电陶瓷打火瓷柱垂直于电极面上施加压力，它会产生形变，同时还会产生高压放电。
在压电蜂鸣器电极上施加声频交变电压信号，它会产生形变，同时还会发出声响。
归纳这些类似现象，可得到正、逆压电效应的概念，即：压电陶瓷因受力形变而产生电的效应，称为正压电效应。
压电陶瓷因加电压而产生形变的效应，称为逆压电效应。
2.2 压电陶瓷的内部结构材料学知识告诉我们，任何材料的性质是由其内部结构决定的，因而要了解压电陶瓷的压电原理，明白压电效应产生的原因，首先必须知道压电陶瓷的内部结构。
2.2.1 压电陶瓷是多晶体用现代仪器分析表征压电陶瓷结构，可以得到以下几点认识：（1）压电陶瓷由一颗颗小晶粒无规则“镶嵌”而成，如图1所示。
图1 BSPT压电陶瓷样品断面SEM照片（2）每个小晶粒微观上是由原子或离子有规则排列成晶格，可看为一粒小单晶，如图2所示。
图2 原子在空间规则排列而成晶格示意图（3）每个小晶粒内还具有铁电畴组织，如图3所示。
图3 PZT陶瓷中电畴结构的电子显微镜照片（4）整体看来，晶粒与晶粒的晶格方向不一定相同，排列是混乱而无规则的，如图4所示。
这样的结构，我们称其为多晶体。
图4 压电陶瓷晶粒的晶格取向示意图2.2.2 压电陶瓷的晶胞结构与自发极化（1）晶胞结构目前应用最广泛的压电陶瓷是钙钛矿（CaTiO3）型结构，如PbTiO3、BaTiO3、K x Na1-x NbO3、Pb(Zr x Ti1-x)O3等。
该类材料的化学通式为ABO3。
式中A的电价数为1或2，B的电价为4或5价。
其晶胞（晶格中的结构单元）结构如图5所示。
图5 钙钛矿型的晶胞结构压电陶瓷的晶胞结构随温度的变化是有所变化的。
压电陶瓷制备工艺简介
压电陶瓷制备工艺简介
配料
预烧
球磨 成型 烧结
电极
极化
测量
测量
球磨
排塑
配料和球磨:
根据配方和所需样品的数量,计算各种原料所需重量;根据配方计算进行称料; 球磨:(混合均匀,颗粒更细);烘干
得到生料预烧:
目的:合成所需要的材料;
通常把粉料压大块后进行预烧.
23
calcine
BaO TiO BaTiO
+−−−→
3232
calcine
BaCO TiO BaTiO CO
+−−−→+↑
球磨:
二次球磨;
预烧后的原料再次进行球磨混合;
烘干得到熟料；成型:
目的:把粉料制备成所需要元件的几何形状;常见的成型工艺有:干压、轧膜和流延。
干压成型:
圆片、方片、长条；熟料+黏合剂，
制粒（容易成型，成瓷效果）
油压机/千斤顶
压片机轧膜：
厚膜；
加更多黏合剂；轧膜机
流延：
薄膜；
加更多黏合剂；
排塑：
通过加高温把样品内的黏合剂分解挥发掉
烧结：
成瓷，比较关键电极：
在样品上制备上电极，用于测量和使用；
烧银、蒸镀、溅射
极化：
加直流高压使电畴转向，呈现压电性。
极化电压
极化温度
极化时间测量：
物理性能测试介电、压电等
新工艺
•粉料制备：化学方法合成，纳米，超细•热压烧结：提高致密度
•织构法：….。
压电陶瓷的生产工艺
压电陶瓷的生产工艺压电陶瓷的生产工艺通常包括原料准备、制备成型、烧制、铝电极刮涂和电性能测试等步骤。
下面将对其中的几个主要工艺步骤进行详细介绍。
1. 原料准备压电陶瓷的主要原材料包括氧化物（如铅酸钛、铌酸锂等），稳定剂，促进剂等。
首先需要将这些原料按照一定比例进行混合。
在混合过程中需要注意原料的均匀性，可以使用球磨机等设备对原料进行研磨和混合。
2. 制备成型将原料混合均匀后，需要将其制备成特定的形状，常见的制备成型方法包括浇注法、模压法和注射成型等。
其中最常见的方法是模压法，即将原料放入特定的模具中，在高压下进行成型，获得所需的形状。
制备成型时需要注意原料的充填度和均匀性，同时要控制成型压力和温度。
3. 烧制制备成型后的陶瓷需要进行烧制，以使其达到所需的致密度和结晶度。
烧制过程通常包括预烧和烧结两个阶段。
预烧是在低温下进行的，用于去除陶瓷中的有机物和水分，并使其成型完成。
烧结则是在高温下进行的，使原料中的氧化物发生化学反应，形成稳定的结晶相。
烧制温度和时间的控制对于压电陶瓷的性能具有重要影响。
4. 铝电极刮涂烧制完成后的压电陶瓷需要进行铝电极的刮涂。
铝电极是用于接触和收集陶瓷材料中的电荷的导电材料。
刮涂的方法通常是使用脱模胶进行模具涂层脱模，保护胶进行背胶刮涂，然后进行铝电极的刮涂。
刮涂完毕后，需要进行烘烤以去除胶体。
5. 电性能测试最后，对制备完成的压电陶瓷进行电性能测试。
常见的电性能测试包括介电常数、压电常数、压电劈裂场、电机械耦合系数等。
测试结果可通过测试仪器进行检测和记录。
除了以上的主要工艺步骤，压电陶瓷的生产工艺还包括研磨、退火和表面处理等工艺。
这些工艺步骤的控制和优化对于获得高质量的压电陶瓷产品具有重要意义。
简述压电陶瓷的工作原理
简述压电陶瓷的工作原理压电陶瓷是一种重要的材料，它在现代科技的许多领域上得到了广泛应用。
比如压电陶瓷被应用于高精度压力传感器、超声波传感器和声子模式滤波器等领域。
压电陶瓷的工作原理是什么？本文将对此进行简述。
首先，我们需要了解压电效应。
简单来说，压电效应指的是物体在受到压力或拉伸时会产生电荷。
这是因为物体中的电子在受到应力后发生位移，从而产生了电荷。
压电效应是许多物质共有的现象，但只有少数材料具有明显的压电性能。
其中最常用的材料包括铅酸钛酸钡（PZT）和锆钛酸铅（PZ）等陶瓷材料。
压电陶瓷的工作原理与压电效应密切相关。
一般而言，压电陶瓷通常会先被加工为片状或圆柱状，并打上电极。
然后将其放置在电圆盘或超声波发射器等装置中。
当向压电陶瓷施加压力或拉伸时，会使其产生电荷。
这些电荷将通过电极传输出来，形成电信号。
压电陶瓷的工作原理可以分为两个过程。
第一步是应力诱导，即当压力施加在压电陶瓷上时，会导致晶体结构发生微小的形变。
这种形变是由于材料内部的电场发生了畸变，从而导致晶格发生变形。
第二步是电荷产生。
当晶格发生畸变时，会引起电荷的重新排列。
这些电荷将聚集在电极表面，并以形式化为电信号。
可见，压电陶瓷的压电性能取决于材料的晶格结构和内部电场。
而材料的内部电场又取决于材料的化学成分和结晶方式。
因此，改变压电陶瓷的化学成分或结晶方式可以改变其压电性能。
除了压电效应，压电陶瓷还可以利用反压电效应来工作。
反压电效应指的是当电场施加在压电陶瓷上时，会导致晶体结构发生畸变，进而引起物体的形变。
因此，在利用压电陶瓷制作器件时，还可以利用反压电效应来实现形变或运动控制。
总的来说，压电陶瓷是一种重要的材料，并在许多技术领域中得到了广泛应用。
其工作原理主要得益于压电效应和反压电效应。
我们可以通过加工材料的化学成分和结晶方式来调整它的压电性能，进而为不同应用领域提供最佳的性能。
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切割所用砂轮：
目前，压电陶瓷精密加工方法中常用的是金刚石砂轮磨削法。 因而金刚石砂轮的性能参数及加工时的工艺参数对所磨削的工件 表面质量、磨削力等均有决定性影响。 砂轮的选择：金刚石砂轮的性能参数主要包括磨粒的种类、 粒度、浓度和结合剂等。因此从以上参数中可选取适当的砂轮。 迪思科公司独家设计开发的可用于硬脆难加工的锯片砂轮主 要有B1A系列,NBC-Z系列及NBC-ZH系列，各自具有独特的特点。
存在的问题：
压电陶瓷材料虽然具有其他材料无法比拟的优越性能，但 是它也有自己最显著的缺点。 1 脆性，表现为在外力作用下不发生显著变形即告破坏， 这一严重弱点使其在实际应用中很容易造成灾难性后果， 因此在一定程度上又限制了它的使用范围。
2
除了脆性这一最大弱点外，它还存在加工极困难，很难 象普通材料一样对陶瓷进行机械加工。 3 加工成本较一般材料来说较高。
干法刻蚀主要有离子束刻蚀技术(IBE)和反应离子刻蚀(RIE) 技术。其中，IBE技术可以对任何材料进行刻蚀且不会产生 钻蚀等不良效应，但是，对于刻蚀PZT材料而言，IBE技术 存在两个重要缺陷： 一 是对Pb，Zr和Ti三种物质的溅射速率不同； 二 是对PZT和光刻胶的选择比较低； 三 是高能离子束的长时间冲击会使掩模版发生碳化。 为了克服IBE技术对于PZT和光刻胶选择比较低的缺陷， RIE技术逐渐用于对PZT的刻蚀和图形化工艺之中。然而， RIE刻蚀过程中引入的化学玷污会增加PZT材料的表面粗糙 度，而且会降低被刻蚀的PZT材料的材料性能。因此，干法 刻蚀技术并不是非常有效的PZT加工技术。
超精密磨削
当前的超精密磨削技术能加工出0.01um圆度，0.lum尺 寸精度和Ra0.005um表面粗糙度的圆柱形零件，平面超精 密磨削能加工出0.03um/100mm的平面。 结合具体的课题我们选择用砂轮切割压电陶瓷的工艺 对压电陶瓷进行图形化。
为了快速获得标准的矩形压电悬臂梁，我们采用切割 工艺(Dicing)对PZT和硅片同时进行图形化，如图所示， 切割深度为120µm。通过切割工艺，可以获得不同宽度 的压电悬臂梁。不同长度的压电悬臂梁可以通过对硅的 背面刻蚀窗口大小的选择来获得。
刀具：超精密切削加工的特点是采用金刚石刀具。
超精密平面切削用cB烧结体 半径立 铣刀（日进工具）
尺寸最小的市售立铣刀（日进工具）直 径10微米
若要从铣削入手研究如何加工压电陶瓷则参考其对金属加工的 过程进行以下的研究： 1 切削力的特性 2 切削的最小厚度 3 切削的表面质量 4 压电材料对加工的影响 5 单位切削力的大小 6 切削温度 7 刀具刃口圆弧半径对最小切削厚度的限制 8 刀具的磨损和破损 9 切削过程中的微震动 10 积削瘤对加工的影响 11 切削用量
设备的主要参数：
主轴转速范围为6000r/min~6000（r/min） X轴行程为210mm,最小步进量0.0001mm，进给速度有效范 围0.1~600(mm/s) Y轴行程为210mm，最小步进量0.0001mm Z轴有效行程为19.22mm,最小移0.00005mm,重复定位精度 0.001mm 可使用的最大磨轮刀片直径φ58mm,可加工零件最大尺寸为 203mm。
实验结果：
实验结果：
L54MA的直观分析： 由于L54MA厚度比较薄，仅为0.14mm,加工过程中比较 容易碎裂，加工条件的改变对产品的质量影响比较大。通过 对加工表面特性及加工效率方面进行综合考虑，L54MA的最 优加工条件为主轴转速为40000r/min,切削深度为0.3mm,进 给速度为2mm/s. C514的直观分析： 由于C514产品厚度有所变厚，为0.42mm,加工过程中对 加工条件的变化抗干扰能力比较强，转速及进给速度对产品 的质量影响比较大。通过对加工表面特性及加工效率方面进 行综合考虑，C514的最优加工条件为主轴转速55000r/min, 切削深度为0.45mm,进给速度为2mm/s.
加工设备：
加工设备是日本DISCO公司生产 的DFD6340全自动高速切割机， 它采用对向式双主轴结构，配置 LCD触摸式液晶显示屏和图形化 的用户操作界面。采用磨轮罩自 动开闭装置和主轴锁定装置，配 置加工条件显示屏，容易把握加 工物的加工进展和设备的各种运 行状态，在各主轴上安装了 NCS(非接触测高)。实现了从加 工物搬运、校准、切割加工到清 洗/干燥的全自动化操作，实现了 生产率的提高和成本的降低。
试件切割后的表面特性研究：
以C514为代表，来说明加工参数的变化对表面特性的影响情况， 图片是用高倍电子显微镜在放大150倍的条件下拍摄。 当转速比较低（n=25000r/min）时，即使进给速度达到最大，切 削深度达到设定值的最深，产品切割后的表面特性并没有随着加工 参数的变化而有大的改变（如图）。说明在低速状况下，表面特性 主要受到产品的自身物理特性所决定，即由自身的厚度，抗拉强度 等决定。
B1A系列金属粉末结合剂锯片砂轮
①具有高耐磨性与卓越的研削能力，最适用于难加工材料的精密加工。 ②切割刀片刚性高，可以抑制斜面切割及蛇形切割等不良加工现象的发生。 ③结合剂品种丰富，可适用于玻璃、CSP等各种不同材料的切割加工 ④通过多挡细致的集中度调整，可以有效控制加工质量和使用寿命。 所以B1A系列金属粉末结合剂锯片砂轮最适用于电子元件及光学元件材料的精密切 割与开槽，也适用于切割加工玻璃及CSP等各种半导体封装元件。
超精密微细切削用加工中心试制机型
实例：单点金刚石切削（SPDT）（硅晶片的超精密加工）
单点金刚石切削的特点是采用数控方法直接控制加工轮 廓和表面粗糙度，是加工红外光学材料和磨削加工的可替代方 法。 Venkatesh 等人采用0°前角、刀尖半径为0.75mm的金 刚石刀具加工硅晶片。当切削深度为1mm、进给速度为 0.4mm/min、主轴速度为400m/min时，所得到的表面粗糙度 达到1nm。
压电陶瓷的加工方法
——王翔
研究压电陶瓷加工方法的意义和目的：
自1880年居里兄弟发现晶体的压电效应以来， 压电器件已在水声、超声、传感技术等领域取得 了广泛的应用。随着科学技术的发展压电陶瓷材 料有了更广泛的应用：
航空航天
医疗器械 精密机床
传感器
此外它还在电子，光学等方面有广泛应用。可以说压电 材料的应用涉及到科学技术的各个领域和日常生活中，由于 其特殊用途，要求有很高的加工精度和表面质量。 要实现压电陶瓷所具备的优异性能，就必须加工成具有 一定形状精度和尺寸精度的元件，因此，研究压电陶瓷的加 工技术，特别是精密、超精密加工技术具有重大的应用价值， 有很大的现实意义。
激光加工工艺
激光是通过原子受激辐 射发光和共振放大而形成 除具有普通光的反射、 的。除具有普通光的反射、 折射、 折射、绕射和干涉等共性 还具有： 外，还具有： 强度高， 强度高，亮度大 单色性好， 单色性好，波长谱线宽度 狭窄 相干性好， 相干性好，相干长度长 方向性好
激光加工的应用：
激光加工方法可以对PZT薄膜进行图形化，其优点包括： 对很多材料均适用；加工步骤较简单，产生热量较小；可以 加工各种图形。 但是，这种方法的加工成本昂贵。
相对于干法刻蚀技术而言，湿法刻蚀技术由于具有很高 的刻蚀速率、很低的成本以及很高的选择比等优点，成为 MEMS技术中非常有效的刻蚀技术。 对于刻蚀液的选择而言，由于可以将PZT视为PbO， ZrO2和TiO2的混合物，因此，湿法刻蚀液也需要由几种不 同成分构成。 文献上确定的配比为： BHF:HCL:NH4Cl:H2O刻蚀液的成分比例为：1:2:4:4,实验验 证，这种刻蚀液的刻蚀速率约为0.016µm/s，具有较少的钻 蚀效应和较高的刻蚀选择比。
影响加工的因素：
影响加工的因素主要有：主轴转速，切削深度，进给量 等通过文献可知主轴转速，切削深度，进给量对加工质 量和加工效率的影响是随着压电陶瓷的厚度和成分不同 而不同的。因此还需要进一步的实验和ZT）最常用的三种合成方式 有单层式,双层式，三层式。为了能够全面的进行 PZT精细加工研究，本次实验所使用的PZT分别有单 层式PZT（L54MA）,双层式PZT(C514)，三层式 PZT(S50A).三种材料的物理性能参数如下：
NBC-ZB1060-V锯片砂轮 其几何参数为：外径=50.6mm，内径=40mm，厚度 =0.03mm,金刚石磨粒直径=0.0017mm,磨粒集中度属于低集 中度。
NBC-ZH系列轮毂型锯片砂轮
①可进行高难度的斜角切割和阶梯切割等切割加工。 ②多尺寸磨粒与各种结合剂的有机结合，能够满足用户不同的加工需求。 ③使超薄型切割刀片的装卸使用更方便。 ④由于提高了操作便利性，可大幅度缩短刀片交换及设备维护所需要的时间。所以 NBC-ZH系列轮毂型锯片砂轮主要运用于硅晶片、半导体化合物晶片的切割加工，能 够获得优越的加工质量。
C514 n=25000r/min ap=0.45mm,v=5mm/s
C514 n=25000r/min ap=0.60mm,v=6mm/s
当转速为n=55000r/min时，机器及刀片的振动变得非常 剧烈，产品切削后的表面特性受影响因素也变得比较复杂， 即进给速度和切削深度都对它有影响，在最大进给速度时和 最大切削深度时发生素子断裂的现象，在其他两种加工参数 条件下其表面特性没有发生缺陷（如图），说明在此转速下， 表面特性主要受到进给速度和切削深度的综合影响。
加工压电陶瓷的方法：
一 刻蚀技术 二 激光加工技术 三 机械加工方法 四 其他特种加工方法如电火花加工
刻蚀加工工艺：
刻蚀技术主要分为湿法刻蚀和干法刻蚀： 1 湿法刻蚀：利用液态化学试剂或溶液通过 化学反应进行刻蚀的方法 2 干法刻蚀：主要指利用低压放电产生的等 离子体中的离子或游离基(处于激发态的分子、 原子及各种原子基团等)与材料发生化学反应 或通过轰击等物理作用而达到刻蚀的目的
表面特性： ①切割槽宽：主要用于观察加工过程中各加工因素的变化引 起刀片的振动对产品加工质量产生的影响。 ②加工表面粗糙度（Ry）。粗糙度高度参数共有三个，即轮 廓算术平均偏差Ra、微观不平度十点高度Rz和轮廓最大高 度Ry。本文将针对Ry进行测量研究。 ③表面电极完好状态。压电陶瓷片表面上印刷着薄薄一层银 粉，在实际应用中称这层银粉为表面电极。 ④素子的完好状态。每一片陶瓷片上要切割成192个独立的 频道，每个频道就是一个素子，如果素子存在断裂残缺状况， 则该片产品就是废品。