压电陶瓷的生产工艺
6.3压电陶瓷教程
本章主要内容： 1 相关概念 （1）极化；（2）压电效应；（3）压电陶瓷。 2 压电陶瓷的性能参数 （1）弹性常数；（2）机械品质因素； （3）压电性、压电常数与压电方程；（4）机电耦
合系数。 3 压电陶瓷的生产工艺（以PZT陶瓷为例） 4 压电陶瓷的应用 5 压电超声换能器的应用与发展
（3）压电陶瓷：经过人工极化处理具有压电效应的陶 瓷制品。
人工极化：是指在压电陶瓷上施加直流强电场进行极 化，使陶瓷的各个晶粒内的自发极化方向将平均地取 向于电场方向，使之具有近似于单晶的极性，并呈现 出明显的压电效应。
2 压电陶瓷的性能参数
（1）弹性常数(elastic coefficient)
❖ 烧结过程中PbO的挥发对产品质量影响很大。由于 PbO挥发，破坏了配方的化学组成，工艺上为了防止 PbO挥发，通常采用密封法、埋入法、加气氛片法等 措施加以解决。
（5）上电极
烧成的陶瓷经精修、清洁后，就可以被覆上电极。 一般来说是将含银涂料（银浆）涂于制品表面， 并在600~800℃下烧结，使银浆中的氧化银还原为 银，并烧渗到陶瓷表面，形成牢固结合层。对于 薄片，可以通过溅射或蒸发镀上一层镍铬或金作 为电极。被上电极的产品便可进行人工极化处理。
信号转换 振荡器，音叉，送话器，蜂鸣器，超声换能器
发射接收 超声探测，声纳，水下导航，无损检测，医疗
信号处理 滤波器，放大器，振荡器，混频器
Байду номын сангаас
传感计测 加速度计，压力计，角速度计，红外探测器
存贮显示 电光、声光调制器，光存贮器，声光显示器
其 它 非线性元件，压电继电器等
压电陶瓷应用（一）
压电陶瓷应用（二）
（2）机械品质因素(mechanical quality factor) 它表示在振动转换时，材料内部能量消耗的程度。机械 品质因素越大，能量的损耗越小。
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。
压电陶瓷的压电原理及制作工艺ppt
包括铁电陶瓷、铁磁陶瓷、多晶压 电陶瓷等。
压电性能表征方法
电滞回线
用于描述压电陶瓷在正弦波电场作用下的响应特性，可反映其压电系数、介电常数、电阻 率等参数。
频率特性
描述压电陶瓷在不同频率下的响应特性，包括介电常数和压电常数随频率的变化情况。
温度特性
研究压电陶瓷在不同温度下的性能表现，包括介电常数、压电常数、机械品质因数和电阻 率等参数随温度的变化情况。
微观结构与性能的关系
晶体结构
压电陶瓷的晶体结构对其压电性能有很大影响。例如，钙钛 矿型压电陶瓷的晶体结构由钙钛矿结构决定，其晶体结构中 的阳离子和氧离子的排列方式会影响其压电性能。
晶格振动
压电陶瓷的晶格振动对其压电性能也有重要影响。在一定温 度范围内，晶格振动会受到热运动的影响而变得无序，导致 压电性能下降。
01
制备工艺流程长
压电陶瓷的制备工艺流程较长，需要经过多个环节和步骤，而且每个
环节都有一定的技术要求和操作难点。
02
制备工艺条件要求高
压电陶瓷的制备工艺条件要求较高，需要严格控制制备过程中的温度
、气氛、时间等因素，否则容易出现产品质量不稳定的问题。
03
成本高
由于压电陶瓷的制备工艺较为复杂，且需要使用一些昂贵的原材料，
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赵雷，孙七，刘八. 高温压电陶瓷的制备 与性能研究[J]. 陶瓷学报，2018, 39(12): 56-61.
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发明名称：一种高性能压电陶瓷制备方法
压电陶瓷制备工艺流程
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PZT陶瓷制备
PZT陶瓷制备一、PZT陶瓷制备的工艺流程压电陶瓷生产的工艺流程（以传统固相烧结为例）为：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。
1、原料处理首先，根据化学反应式配料。
所用的原料大多数是金属氧化物，少数也可以是碳酸盐（预烧时可分解为氧化物）。
为使生成压电陶瓷的化学反应顺利进行，要求原料细度一般不超过2μm（平均直径）。
提高原料纯度有利于提高产品质量。
通常使用转动球磨机或震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，且效率高。
2、预烧中的反应过程预烧过程一般需要经过四个阶段：线性膨胀（室温—400℃）固相反应（400—750℃）收缩（750—850℃）晶粒生长（800-900℃以上）在固相反应过程中，反应可分为四个区域，如图1[1]所示，分别对应于如下的化学过程：区域Ⅰ：未反应；区域Ⅱ：Pb+TiO2→PbTiO3；区域Ⅲ：PbTiO3+PbO+ZrO2→Pb(Zr1-x Ti x)O3；区域Ⅳ：Pb(Zr1-x Ti x)O3系统的反应区域+PbTiO3→Pb(Zr1-x’Ti x’)O3(x＜x’)。
图1 2PbO-TiO2-ZrO2系统的反应区域●—X射线测得点；○化学分析测得点，旁边数字代表已反应的PbO的百分数，烧结时间为零指刚到炉温的时刻；P—正交PbO；Z—单斜ZrO2；T—四方TiO2；PT—四方PbTiO3；PZT—Pb(Zr1-x Ti x)O3固定保温时间2h，改变预烧温度，随着温度的升高，在540℃左右，进入区域Ⅱ，形成PbTiO3；在650℃左右，进入区域Ⅲ，TiO2消失，Pb（Zr,Ti）O3形成；在710℃左右，进入区域Ⅳ，PbO和ZrO2消失；到1200℃时，PbTiO3消失，成为单相的Pb（Zr，Ti）O3。
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。
压电陶瓷的工艺流程
压电陶瓷的工艺流程
压电陶瓷是一种用于制作压电器件的材料，具有优异的压电性能。
下面将介绍压电陶瓷的工艺流程。
首先，压电陶瓷的生产过程始于原料的准备。
通常使用的原料包括氧化铅、氧化锆、氧化钛等。
这些原料按照一定的配比进行混合，并添加适量的稳定剂和助燃剂，以提高陶瓷的稳定性和烧结能力。
接下来，将混合好的陶瓷原料进行研磨，以使原料颗粒细化，并提高陶瓷的致密度。
研磨后的原料通过筛网进行筛选，去除不符合要求的颗粒。
然后，将筛选后的原料与一定量的有机溶剂混合，形成糊状物料。
该糊状物料需要进行脱泡处理，以去除其中的气泡，防止在后续的成型过程中对陶瓷产生不良影响。
接着，将脱泡后的糊状物料进行成型。
成型的方式可以采用注射成型、挤压成型等方法。
通过成型过程，获得所需形状的陶瓷坯体。
成型后的陶瓷坯体需要进行干燥处理，以去除其中的水分。
一般采用自然风干或者烘干的方式进行，确保陶瓷坯体的完全干燥。
干燥后的陶瓷坯体需要进行烧结处理。
烧结的温度通常较高，需要根据具体的材料和要求进行调整。
烧结的过程中，陶瓷坯
体会发生晶粒长大和相变等变化，进一步提高陶瓷的致密度和性能。
最后，将烧结完成的陶瓷进行机械加工和表面处理，以进一步提高陶瓷的精度和光洁度。
机械加工一般包括磨削、抛光等工艺，表面处理可以采用涂覆、喷漆等方式。
以上就是压电陶瓷的工艺流程。
通过严谨的原料配比、细致的工艺操作和精湛的加工技术，可以制备出性能优良的压电陶瓷器件。
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ppt课件
其它几种重要的压电陶瓷包括
PbTiO3- PbZrO3；
Pb(Mg1/3Nb2/3)O3- PbTiO3- PbZrO3 ；
Pb(Co1/3Nb2/3)O3- PbTiO3- PbZrO3 ；
Na0.5K0.5NbO3 ；Pb0.6Ba0.4Nb2O6 ；
BNT(B0.5Na0.5TO3)、KNN(K0.5Na0.5NbO3）等。
还具有热电性；铁电体也是一种极性晶体，属于热电体，因 而也是压电体。
2
3. 压电陶瓷
陶瓷—多晶体—各晶粒之间的压电效应会相互 抵消；
人工极化：经直流强电场极化处理过的铁电陶 瓷，使晶粒中的所有电畴都尽可能地转向了电 场的方向，铁电晶体所固有的压电效应就会在 陶瓷材料上呈现出来。因此，压电陶瓷实际上 也就是经过直流强电场极化处理过的铁电、压 电陶瓷。
3
表征参数
机电偶合系数K
or：
K
2
由压电效应转换的电能 储入的机械能总量
K
2
由逆压电效应转换的机械能 储入的电能总量
K值越大，材料的压电耦合效应越强。 除此之外，还有压电系数d、机械品质因素Q、
弹性系数S和频率常数N等。
4
主晶相结构
钙钛矿型、钨青铜型、焦绿石型、含钛层状结构。
目前应用最广泛的是BaTiO3、PbTiO3、 PbZrO3等, 都属钙钛矿型晶胞结构。
§9.5 压电陶瓷
压电陶瓷（piezoelectric ceramics） ——具有压电效应的陶瓷材料，
即能进行机械能与电能相互转变的 陶瓷； 制备方便，成本低廉，发展迅速， 一类重要的功能陶瓷材料； 目前，压电陶瓷在工程方面的应用， 甚至超过了压电晶体。
1
一、压电效应及陶瓷压电机制
压电陶瓷的生产与应用研究
压电陶瓷的生产与应用研究一、引言压电陶瓷是指通过压力作用下会产生电荷分布的功能性陶瓷材料。
其具有压电效应、声表面波效应、频率稳定性等特点，广泛应用于声电子、精密仪器等领域。
本文主要介绍压电陶瓷的生产工艺和应用研究。
二、压电陶瓷的生产工艺压电陶瓷的生产工艺主要包括材料制备、成型、烧结等环节。
1．材料制备常用的材料有钛酸钡、铅锆钛酸钡、铅硅酸钡、铁酸锆等。
首先将这些材料按一定比例混合，经过球磨或搅拌等步骤均匀混合，再经过筛选去除杂质。
然后将混合材料在加热条件下进行干燥处理，以去除其中的水分和挥发性有机物，得到均匀的粉末。
2．成型常见的成型方式有干压成型、注塑成型、压注成型等。
其中，干压成型是最常见的一种方式。
将混合后的粉末通过模具压制成所需的形状，压制后会留下一定的压力，使得陶瓷材料具有压电效应。
3．烧结将成型的陶瓷材料放入烧结炉中，在一定的温度下进行烧结处理。
这个过程中，材料会发生一系列化学反应，使得材料的密度和强度逐渐提高，从而获得压电陶瓷材料。
三、压电陶瓷的应用研究压电陶瓷的应用主要集中在声电子领域和精密仪器领域。
1．声电子领域在声电子领域，压电陶瓷主要应用于扬声器、麦克风等设备。
薄膜压电陶瓷作为扬声器的振动板材料，具有机械刚性好、振动频率稳定等优点，被广泛应用于手机、汽车音响等场合。
而声圈压电陶瓷广泛用于麦克风等设备中，具有电荷稳定、压电系数高等特点，能够提高设备音质、稳定性等。
2．精密仪器领域在精密仪器领域，压电陶瓷主要应用于陀螺仪、压力传感器等设备中。
前者是指利用压电陶瓷材料的压电效应对转动角度进行检测，并结合信号处理与控制器处理后得到最终数据，广泛应用于航空航天领域等。
后者则是指压电陶瓷作为灵敏元件，利用其高灵敏度、快速响应等特点，可用于测量大气压力、流体压力等参数，被广泛应用于工业自动化、医疗卫生等领域。
四、现状和发展趋势压电陶瓷的应用范围越来越广泛，并且有不断的技术创新。
其中，薄膜压电陶瓷材料、高温压电陶瓷材料等就是近年来的创新方向。
压电陶瓷制备工艺流程
压电陶瓷制备工艺流程1.首先准备所需的原料和设备。
First, prepare the necessary materials and equipment.2.将压电陶瓷的原料按照配方比例精确称量。
Accurately weigh the raw materials of piezoelectric ceramics according to the formula ratio.3.将精确称量好的原料放入搅拌机中进行混合。
Mix the accurately weighed raw materials in a mixer.4.混合过程中需保持原料的均匀性和稳定性。
During the mixing process, it is necessary to maintain the uniformity and stability of the raw materials.5.搅拌好的原料放入模具中进行成型。
Put the mixed raw materials into the mold for shaping.6.模具成型后需要进行压制和成型处理。
After molding, the mold needs to be pressed and formed.7.成型后的陶瓷坯体需进行烧结处理。
The formed ceramic blank needs to be sintered.8.烧结过程中需要严格控制温度和时间。
Strictly control the temperature and time during the sintering process.9.烧结完成后需要进行粗磨处理。
After sintering, rough grinding is required.10.粗磨处理后需要进行精密磨削。
After rough grinding, precision grinding is required.11.磨削完成后进行清洗和打磨。
压电陶瓷的压电原理及制作工艺
压电陶瓷的压电原理及制作工艺压电陶瓷是一种能够通过外加电压变形的材料，具有压电效应，即在外加电场的作用下，材料会产生机械变形；同时，当材料产生机械应力时，也会在其表面产生电荷分布。
压电陶瓷的压电效应是通过压电晶体的极化现象实现的。
压电陶瓷的制作工艺包括成分设计、制备、成型、烧结和极化等环节。
压电陶瓷的压电原理是基于压电效应的。
压电效应是指在应力作用下，晶体的分子结构发生改变，电荷重新排列，从而产生电荷的分布。
压电陶瓷的分子结构中，锆、钛、铁等离子在晶体中反复摆动，使得晶体的极性发生改变，从而引起电荷的分布。
当外加电场存在时，电场作用下的电荷摆动会增强压电效应。
1.成分设计：根据所需的电特性和机械特性，选择适当的无机氧化物材料组成压电陶瓷的成分。
通常采用的材料有PZT（铅锆钛）、PZN（铅锆钛酸钠）和PMN（铅镁钼酸钠）等。
2.制备：以合适的方式将所需的材料按照一定比例混合，形成混合物。
通常可以采用球磨或干法混合等方式进行材料的制备。
3.成型：将混合物进行成形，常用的方法有注塑成型、挤出成型和压制成型等。
在成型过程中，可以加入适量的添加剂，以调整材料的流动性和成型性能。
4.烧结：将成型后的陶瓷坯体进行烧结，使其在高温下形成致密的结构。
烧结的温度和时间会对陶瓷的性能产生重要影响。
5.极化：将烧结后的陶瓷材料放入极化装置中，施加高强度的电场进行极化处理。
极化可以增强材料的压电效应，提高其性能。
除了以上几个主要的制作步骤，还有一些其他的辅助工艺，比如表面处理、切割和电极连接等，以满足具体的应用需求。
总之，压电陶瓷是一种利用压电效应实现机械变形和电能转换的材料。
其制作工艺包括成分设计、制备、成型、烧结和极化等步骤。
压电陶瓷在各个领域都有广泛的应用，如声波和超声波发生器、压电换能器、压电陶瓷驱动器等。
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;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CaTiO 3型结构,如PbTiO 3、BaTiO 3、K x Na 1-x NbO 3、PbZr x Ti 1-x O 3等;该类材料的化学通式为ABO 3;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;如下式及图6所示;PbTiO 3PT ：四方相 立方相BaTiO 3BT ：三角相 正交相 四方相 立方相6 钛酸钡晶胞结构随温度的转变（2） 自发极化的产生以BT 材料由立方到四方相转变为例,分析自发极化的产生,如图7所示;a 立方相b 四方相图7 BT 中自发极化产生示意图由图可知,立方相时,正负电荷中心重合,不出现电极化；四方相时,因Ti 4+沿c 轴上移,O 2-沿c 轴下移,正负电荷中心不重合,出现了平行于c 轴的电极化;这种电极化不是外加电场产生的,而是晶体内因产生的,所以成为自发极化,其相变温度T C 称为居里温度;（3） 压电陶瓷的电畴1）电畴的形成压电陶瓷中自发极化一致的区域称为电畴或铁电畴;下面以钙钛矿型结构从立方相变到四方相为例,说明电畴的形成;490℃ -90℃ 5℃ 120℃① c 轴方向决定自发极化取向压电陶瓷中晶粒内部结构从立方相变成四方相时,任何一个轴都可能成为四方相的c 轴;又因自发极化平行于c 轴,所以各晶胞的自发极化取向可以彼此不同;但这不是一种能量最低状态;② 能量最低原则决定畴结构为了符合能量最低原则,四方相晶粒必须形成畴结构,即 晶格匹配要求 晶胞自发极化取向一致小区的存在 能量最低原则要求 自发极化取向不一致小区的搭配 如图3所示③ 相结构决定畴壁类型又因为晶粒为四方相时,自发极化的取向只能与原反应立方相三个晶轴之一平行,所以,相邻两个畴中的自发极化方向只能成90°角或180°角,相应的电畴的交界面就分别称为90°畴壁和180°畴壁,如图8所示;图8 四方相晶体90°畴壁和180°畴壁示意图2）电畴在外电场作用下的运动若在一块多畴晶体上加足够高的直流电场时,自发极化方向与电场方向一致的电畴便不断增大,反之,则不断减小,最后整个晶体由多畴变为单畴,自发极化方向与电场方向一致;压电陶瓷的极化工序,就是在陶瓷片电极上加一个足够高的直流电场,迫使电畴转向,即使其自发极化作定向排列,如图9所示;a 极化前b 极化过程中c 极化后图9 压电陶瓷在极化中电畴变化示意图3）铁电性与电滞回线由上述知,在T<T C 时,压电陶瓷不但存在自发极化,而且自发极化方向还可因外电场作用而转向;这种特性称为铁电性;所以压电陶瓷又称为铁电陶瓷,或称为铁电多晶体;在交变电场作用下,压电陶瓷可观察到电滞回线,如图10所示;图10 压电陶瓷的电滞回线图中,P S 为自发极化强度,P r 为剩余极化强度,E C 为矫顽场强;压电陶瓷极化工序中,一般选择电场强度为2-3倍的E C ;压电效应的再理解极化过的压电陶瓷内的剩余极化强度总是以电偶极矩的形式表现出来,即陶瓷一端出现正束缚电荷,另一端出现负束缚电荷,如图11所示;为了屏蔽和抵消剩余极化强度对外界的作用,在束缚电荷作用下,陶瓷电极面上吸附了一层来自外界的自由电荷;图11 陶瓷片内束缚电荷与电极上吸附的自由电荷示意图（1） 正压电效应若在陶瓷片上施加一个与极化方向平行的压力F,如图12所示;瓷片被压缩,极化强度变小,释放部分原来吸附的自由电荷,出现放电现象;当F 撤除后,瓷片回复原状,极化强度又变大,又吸附一些自由电荷,出现充电现象;这种由机械力变电的效应,或者说由机械能转变为电能的现象,称为正压电效应;图12 正压电效应示意图实线代表形变前,虚线代表形变后（2） 逆压电效应若在陶瓷片上施加一个与极化方向相同的电场,如图13所示;极化强度增大,瓷片发生伸长的形变;反之则发生缩短形变;这种由电转变为机械运动,或者说由电能转变为机械能的现象,称为逆压电效应;图13 逆压电效应示意图实线代表形变前,虚线代表形变后晶粒中形成一定的小区排列状态—畴结构小结压电陶瓷的压电原理在于：压电陶瓷结构中存在自发极化和铁电畴；通过外界作用施力或电场改变其极化状态含畴状态,实现能量转换而表现出压电效应;3. 压电陶瓷的制作工艺要得到性能良好的压电陶瓷,必须掌握它的制作工艺;工艺条件的变化,对压电性能的影响很大;因此,我们要认识压电陶瓷的内在规律,设计合理的制作工艺,严格控制它的操作过程;压电陶瓷的制作过程主要包括以下步骤：原料是制备压电陶瓷的基础;选择原料一般应注意其化学组成和物理状态;1纯度对纯度的要求应适度;高纯原料,价格昂贵,烧结温度高,温区窄;纯度稍低的原料,有的杂质可起矿化和助熔的作用,反而使烧结温度较低,且温区较宽;过低纯度原料杂质多,不宜采用;2杂质含量压电陶瓷材料中杂质允许量主要根据以下三点因素决定：1杂质类型①有害杂质对材料绝缘、介电性等影响极大的杂质,特别是异价离子;如B、C、P、S、Al等,愈少愈好;②有利杂质与材料A、B位离子电价相同、半径接近,能形成置换固溶的杂质;如Ca2+、Sr2+、Ba2+、Mg2+、Sn4+、Hf4+等离子,一般在~%范围内,坏的影响不大,甚至有利;2材料类型①接收型压电陶瓷材料已引入了降低电导率和老化率的高价施主杂质,原料中在%以内的杂质不足以显着影响施主杂质的既定作用;②发射型压电陶瓷材料要求低机电损耗,因而配料中的杂质总量,愈少愈好,一般希望在%以下;对于为了提高其它性能参数的有意添加物,另当别论;3原料在配方中的比例在PZT配方中,比例大的原料Pb3O4、ZrO2、TiO2分别占重量比的60%、20%和10% 左右,若杂质多,引入杂质总量也多;因此,要求杂质总含量均不超过2%,即要求纯度均在98%以上;配方中比例小的其它原料,杂质总含量可稍高一些,一般均在3%以下,即要求纯度均在97%以上,特殊要求例外;3稳定性与活泼性稳定性是指未进行固相反应前原料本身的稳定性;如碱金属和碱土金属氧化物易与水作用,在空气中不易保存,不稳定;如Na、Ca、Ba、Sr、Mg的氧化物,不宜采用;宜采用与水不起作用、稳定的、加热又能分解出活泼性大的新鲜氧化物的相应的碳酸盐;如Na 2CO 3、CaCO 3、SrCO 3、BaCO 3、MgCO 3等;活泼性是指在固相反应中原料本身的活泼性;活泼性好的原料能促使固相反应完全,利于降低合成温度,减少铅挥发;如Pb 3O 4原料比PbO 原料活泼性好;因其在加热中可分解脱氧成新鲜活泼性大的PbO;4 颗粒度原料颗粒度要求小于μm ,微量添加物应更细;这样,可增加混料接触面积,利于互扩散反应,使组成均匀,性能良好;另外,还可减小陶瓷内应力,增加机械强度等;在原料的处理方面,有以下常用方法：1 细磨压电陶瓷采用的原料,若颗粒较粗时,如MnO 2、出厂未细磨的ZrO 2等,必须细磨;可采取振磨、球磨、行星磨等,小量原料也可用研钵研细;2 烘干为了不影响配料的准确性,含水原料必须进行烘干脱水处理;一般在电热式干燥箱中干燥;温度110~120℃,时间不少于4小时,直至无水分为止;3 化学分析在大批量生产压电陶瓷时,每批购进的原料,因制造或分装的厂商不同、批次的不同,其质量可能不同;因此,应抽样化验其纯度或杂质,检测其颗粒度,以保证压电陶瓷的性能;3.1.2 配方计算与称料1 配方计算压电陶瓷材料的配方计算通常有两种方法：1) 由原料的重量比来计算配方的方法① 写出配方的化学分子式② 写出所用原料的分子式、纯度,并查出其分子量mol 质量③ 用以下公式计算各原料所需用量11i ii n iii i x M w W P x M ==⋅⋅∑ i =1,2,…,n 1 式中x i 为原料的mol 数,M i 为其mol 质量,x i M i 为其质量,P i 为其纯度；1n ii i x M =∑为配方总质量；W 为总配料用量;该方法适合于配方中以重量百分比给出添加物的情形;2) 由原料mol 数比例来计算配方的方法① 写出配方的化学分子式② 写出所用原料的分子式、纯度,并查出其分子量mol 质量③ 用以下公式计算各原料所需用量 1i i i iw x M X P =⋅⋅ i =1,2,…,n 2 式中X 为配料总mol 数,其它同上;该方法计算比较简单,特别是配方中以mol 百分比给出添加物时,常用此法;2 称料计算称料必须达到以下要求：① 称料天平须有一定精度;批量生产中,大料用﹪克精度天平,小料用﹪克精度天平;称料前,校准零点;② 称料既要误差小,又要速度快,以减少原料吸收空气中水分而造成的误差;③ 称料与投料按大料 小料 大料顺序,以保证小料在混合中的均匀性; ④ 严防各原料算错、称错、投错,要仔细检查,严格核对;3.2 混合和粉碎混合是将称量好的原料混合均匀、相互接触,以利于预烧时各原料间充分的化学反应;粉碎是将预烧好的料块碎细化,达到一定的平均粒度和粒度分布,为成型和烧成创造有利条件;1 工艺方法使用球磨机滚筒式、行星式、搅拌式和振动式等球磨机,加磨球钢球、玛瑙球、锆球等与介质水、酒精等,对原料进行机械混合或粉碎;2 工艺原理磨球靠电动机产生离心力、摩擦力和地心引力的共同作用,形成碰撞、循环翻动和自转等运动,使介于其中的粉料受到冲击和摩擦研磨,从而达到混合与粉碎细化;3 球磨工艺具体球磨工艺视不同球磨机而定,其合理的工艺参数要通过实验结果球磨后混合均匀程度、粉料粒度大小与分布、混杂量、效率和成本等优选,也可借鉴相关工艺参数;4 球磨质量的主要影响因素① 球磨机转速视球磨机类型、球磨罐大小等确定② 球磨罐直径、内衬材料等③ 磨球比重、硬度、形状、磨损率211G G f G t-=⋅ ④ 粉料填充量60%左右⑤ 粉料、球与磨介的比例视粉料的吸水性、球比重确定⑥ 磨介的作用粘附、劈裂、流动、分散等⑦ 球磨时间视球磨机类型、进料粒度而定⑧ 球磨方式干法、湿法3.3 预烧预烧也称合成是通过原料中原子或离子之间在加热作用下的扩散来完成固相化学反应,生成瓷料的过程;1 预烧的目的① 使各原料的固相化学反应充分均匀,生成组成固定的固溶体,形成主晶相;② 排除原料中的二氧化碳和水分等,减小坯体的烧成收缩、变形,以便于控制产品外形尺寸;2 PZT 压电瓷料的合成过程分析压电瓷料的合成过程是理解与制定预烧工艺的基础;对于PZT 瓷料的合成过程,人们通过差热分析、化学分析、X 射线分析等手段获得的结果见图14所示;图14 PZT 形成的差热曲线图15 PZT 合成时各相的变化由图14中以Pb 3O 4为原料的差热曲线可知：① 630℃的吸热效应是因Pb 3O 4分解为PbO 引起,并开始形成PbTiO 3,到650℃形成PbTiO 3的反应最为显着;② 790℃是PbO —ZrO 2—PbZrO 3三元共融液形成温度,但因为这时大量存在的PT 马上与PZ 生成PZT 固溶体,所以这也是PZT 开始形成的温度,该反应到850℃基本完成;图15表示保温2小时,PZT 合成过程中各相随温度变化的情况;可以由图把反应按温度范围分成三段,即：反应A ：350—680℃反应B ：625—800℃反应C ：800℃以上3 预烧工艺1 装钵将混合干燥后的粉料装入钵内,并压紧、扎孔、加盖、入炉;500℃前炉门微开,以利排除有机物和水分等,之后关炉门;2 加热条件以典型PZT 为例升温速率：视炉内装料多少而定;最高温度：850℃左右视配方而变化保温时间：650℃左右保温1-2小时,以生成PT;850℃左右保温2小时,以生成PZT;降温速率：关电随炉冷却,至200℃以下出炉;炉内气氛：以中性或氧化气氛为好；还原气氛会导致料粉还原发黑,必须严加控制;硅碳棒炉好于电阻丝炉;4 预烧瓷料质量要求外观：颜色正常、均匀一致；有一定膨胀或收缩视具体配方；硬度适中;化学分析：游离锆、钛、铅少,小于%相分析：为钙钛矿相,无杂相;5 影响预烧的因素① 原料活性及颗粒度其制约关系有 2012Q kT r t D e-=⋅ 式中,t 为固相反应完全所需时间；r 为颗粒直径；D 0为扩散频率因子；Q 为激活能；T 为温度；k 为常数;这说明,固相反应的速度与原料扩散状况D 0、活性1Q、温度成正比,而与原料颗粒平均直径成反比;② 合成温度以上已说明;③ 升温速率和保温时间;④ 坯料压紧力;⑤ 炉内温度均匀性、气氛等;成型与排塑成型就是将瓷料压制成所需要的形状规格的坯体,并为烧结创造条件;排塑就是在一定温度下,将成型过程中加入瓷料中的粘合剂或塑化剂排除,并使坯体具有一定的机械强度;3.4.1成型坯体成型的方式和方法很多,如压力成型法、可塑成型法和浆料成型法等,每大类成型法中又可分为若干具体成型方法;可以根据制品的形状、规格、大小来选择使用,但各有利弊;这里仅介绍广泛采用的干压成型法;干压成型是将经过造粒的瓷料装入一定形状的钢模内,借助于模塞,在一定外力下压制成坯体;（1）干压成型原理在外力作用下,瓷料颗粒在模具内相互靠近,并借助内部作用力牢固地把各颗粒联系起来,成为保持一定形状的坯体;干压坯体的结构：可看成由液相粘合剂层、空气、瓷料颗粒组成的三相结合体系;内部作用力及其物理机制：①颗粒接触镶嵌引起的啮合力；②粘合剂在颗粒间微孔中的无细管压力；③颗粒间、粘合剂和颗粒间的分子引力；④接触物间电荷转移引起的静电吸引力;（2）成型条件选择的一般原则1)加压方式干压成型一般分单向加压和双向加压两种方式;较薄制品可采用单向加压方式；厚制品宜采用双向加压,以使坯体内密度较均匀;2)压力对不同瓷料、不同形状制品,压强由实验确定;一般在1-3T/cm3范围,以保证坯体密度均匀地达到-5.7gcm3;3)加压速度和保压时间对于较大体积坯体,加压必须缓慢,达到最大压力后,需保压一定时间,以利于排除坯体中的空气,防止分层和裂纹;对薄小坯体,加压可较快,保压几秒钟即可;（3）粘合剂的使用1粘合剂对成型的作用①赋予瓷料以可塑性,便于成型,且坯体具有较高的、均匀的致密度；②增加瓷料的粘结性,使成型坯体具有一定的机械强度；③减少瓷料与模壁间的摩擦力,便于脱模,减小分层裂纹现象;2压电陶瓷制品对粘合剂的要求④有足够的粘结性；⑤挥发温度范围宽,能缓慢分散地分解挥发,避免快速集中挥发引起坯体开裂；⑥挥发温度不能太低,以免和水分同时挥发,造成坯体变形或开裂,但也不能太高,引起铅等挥发；⑦加热挥发后,无残留杂质,以免影响制品的性能;3粘合剂的配制粘合剂的品种很多,压电瓷料干压成型使用聚乙烯醇PV A的比较多,无毒,且基本能满足上述要求;以下介绍其典型配方、特点及制法;⑧5%浓度的PV A水溶液,配方简单,成本低,但存放期短10天以内;⑨PV A：甘油：酒精：蒸馏水=15：7：3：75wt%;粘度较大,存放期较长,不易变质,但较低温度下过稠,不宜采用;配制：混合,90℃温度下搅拌溶化,过滤、密封存放备用;（4）造粒造粒是将瓷料混合粘结剂后,制成流动性好的较粗颗粒约20目/寸;把这种颗粒称为团粒,以示区别;1)造粒的作用因细磨后的瓷粉细且轻、比表面积大、占据体积大,从而流动性差、装填密度和压实密度不高;所以造粒的作用就在于均匀瓷粉中的粘合剂、增加其颗粒度、比重和流动性,使成型坯体致密度提高;2)常用造粒方法及特点①普通手工造粒法将瓷料加适量如4-5wt%的5%浓度PV A水溶液粘合剂,在研钵内手工细混均匀,然后过筛即可;该法操作简单,但劳动强度大,混合难以均匀,团粒质量不高,效率低,仅适合实验室和小量生产;②加压造粒法将瓷料加入4-5wt%的5%浓度PV A水溶液粘合剂,在混料机中搅研均匀,过20目/寸筛;然后在液压机上用压模以180-250kg/cm2压力保压1分钟压成圆饼;用破碎机破碎圆饼,直至全部通过20目/寸筛即可备用;该法团粒密度大,坯体机械强度高,能满足各种大型和异型制品成型要求;但产量较小,效率不高,工艺操作要求严格,适合于实验室实验和中批量生产;③喷雾干燥造粒法将混合粘合剂的瓷料先做成料浆,再经喷雾干燥机进行雾化干燥造粒,并收集备用;团粒粗细可由雾化相关条件控制;该法颗粒为球状、流动性好、质量好、且产量大、连续生产、效率高,劳动强度小和条件得到改善;宜于大批量生产,但设备成本高;（5）模具设计模具的设计以制品的形状、尺寸、压力、粉料压缩化、烧结收缩率、粗糙度等为依据,设计模具：①配合精度如三级精度配合；②光洁度如工作面▽10；③硬度如HRC 57-62；④脱模锥度一般不小于1%；⑤形状、尺寸；⑥用材工具钢,如Cr12钢等;（6）影响成型质量的因素1)粘合剂以PV A粘合剂为例,主要影响因素有：①聚合度n;n过大,链节长,粘结力和弹性大,不利于造粒和成型；n过小,链节轻,弹性和粘结力小,起不到粘合剂作用;n一般选1750±50较合适;②用量;过少,不利于成型;过多,排塑后,气孔多,影响坯体和瓷体密度及机电性能2)团粒性质主要包括粒形、粒度、粒度分布、密度等对流动性、装填密度和压实密度的影响;3)加压制度包括加压方式、成型压力、加压速度和保压时间对成型质量的影响;4)模具模具阴阳件的配合精度、光洁度、脱模锥度等对成型坯体有重要的影响;3.4.2排塑1排塑的必要性成型坯体中粘合剂是一种高分子化合物,含碳多,碳在氧气不足时燃烧产生还原性很强的一氧化碳;一氧化碳夺取PZT中的氧而形成二氧化碳,使金属氧化物还原为导电的金属如Pb和半导体性质的低价氧化物如Ti2O3,影响陶瓷的颜色、成瓷性、烧银、极化和最终性能;所以,在烧结前,必须对坯体进行排塑;2排塑的基本要求1根据PV A粘合剂的挥发性,严格控制排塑的升温速度和保温时间;在排除PV A粘合剂过程中,100℃左右随坯体厚度增加而增加是水分的挥发,200-500℃是PV A的挥发温区;这样,100℃左右要保温一段时间,500℃以前必须缓慢升温;2根据PV A粘合剂的分解特性,控制排塑气氛PV A粘合剂加热分解及氧不足情况下对PZT作用的反应式有：这样,PZT坯体发生了不同程度的还原反应,将导致的结果有：①烧结时不易结晶成瓷,颜色不正常；②烧银时发生渗银发黑,极化时则难以加上电压；③陶瓷电性能恶化等;因此,必须确保使排塑炉内有充足的氧气氛;3排塑工艺将坯体装入透气性好的耐火槽板中,推入氧氛好的排塑炉内,按一定加热制度排塑;典型例如下：升温速度：0—450℃,50℃/h；450—750,150℃/h最高温度：750℃600℃前,微开炉门,600℃关炉门保温时间：1h冷却方式：关电源随炉冷却;4. 烧结烧结是利用热能使坯体转变为具有某种显微组织结构的致密陶瓷体的工艺过程;烧结理论要点与烧结过程为了理解烧结原理,自觉执行烧结工艺,这里先简要介绍烧结理论要点和固相烧结过程;4.1.1烧结理论要点根据烧结的热力学和动力学研究,其理论要点有：（1）烧结是一个过程,且具有阶段性；烧结一般分为固相烧结和液相烧结两大类型;（2）烧结过程有其发生发展原因热力学驱动力;外因：外部给予的热能；内因：瓷料总界面能的减少;（3）烧结过程中存在物质传递;传质模型和机理主要有：①流动；②扩散；③蒸发与凝聚；④溶解与沉淀等;（4）具体的烧结过程或阶段的快慢决定于致密化速率生长动力学方程;4.1.2固相烧结过程与阶段图16示意了固相烧结过程与阶段,以下加以分析说明;图16 不同烧结阶段晶粒排列过程图17 PZT系压电陶瓷烧结阶段对致密性的影响1 初期阶段颗粒结合阶段,1050℃以前相互接触的颗粒通过扩散使物质向颈部迁移,导致颗粒中心接近,大颗粒长大,小颗粒减小或消失,气孔形状改变并发生坯体收缩,如图16、18、19所示;继续扩散,相邻的晶界相交并形成网络,为连续贯通状态;图18 烧结中双晶粒结合示意图图19烧结中多晶粒结合示意图该阶段晶粒平均粒径小、结构松疏、线收缩小;2中期阶段晶粒生长阶段,1050—1200℃晶粒成长是坯体中晶界移动的结果,如图20、21所示;弯曲的晶界总是向曲率中心移动,曲率半径愈小,移动愈快;边数大于六边的晶粒易长大,小于六边的晶粒则易被吞并,晶界交角为120°的六边形晶粒截面的晶粒最为稳定;该阶段线收缩和体密度显着增加,显气孔率大幅度降低,气孔由连续贯通变为孤立状态;在第二相包裹物晶界中杂质、气孔等的阻碍下,晶粒逐渐减缓;图20 烧结中晶界移动示意图。
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。
压电陶瓷生产工艺流程
压电陶瓷生产工艺流程压电陶瓷是一种具有压电效应的陶瓷材料，广泛应用于传感器、压电换能器、滤波器等领域。
在压电陶瓷的生产过程中，需要经过多个工艺流程，包括原料制备、成型、烧结和后处理等环节。
首先是原料制备。
压电陶瓷的主要成分是氧化物，常见的有锆酸钛、铅锆酸钛等。
原料的制备通常包括粉体的选择和准备。
根据具体的要求，选取合适的原料并进行粉碎、筛分和混合，以保证原料的均匀性和纯度。
接下来是成型过程。
成型是将原料粉末制成所需形状的重要环节。
常用的成型方法有压制法和注塑法。
压制法是将混合均匀的原料粉末放入模具中，施加一定的压力使其成型。
注塑法则是将原料粉末与有机添加剂混合后加热熔融，通过注射机将熔融物注入模具中，并经过冷却固化成型。
成型过程中需要控制好温度、压力和时间等参数，以确保成型件的尺寸和形状符合要求。
然后是烧结过程。
烧结是将成型件加热至高温，使其颗粒间发生结合，形成致密的陶瓷材料。
烧结温度和时间的选择需要根据具体的原料和产品要求来确定。
在烧结过程中，要注意陶瓷材料的收缩和氧化等现象，以避免产生裂纹和气孔等缺陷。
最后是后处理。
后处理是对烧结后的陶瓷进行表面处理和性能调整。
常见的后处理方法有抛光、镀膜、切割和电极化等。
抛光可以提高陶瓷的表面光洁度；镀膜可以改善陶瓷的导电性能；切割则是将陶瓷切割成所需形状和尺寸；电极化是通过电场作用使陶瓷产生压电效应。
总结起来，压电陶瓷的生产工艺流程包括原料制备、成型、烧结和后处理等环节。
每个环节都需要掌握相应的工艺参数和操作技术，以确保最终产品的质量和性能符合要求。
压电陶瓷的广泛应用离不开这些精细的生产工艺，未来随着科技的发展和需求的增加，压电陶瓷的生产工艺也将不断进一步完善和创新。
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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。
（3）油污：瓷件本身或在生产过程中会受到油污的影响，需采取清洁处理措施。
总结：
压电陶瓷的生产工艺包括压制、烧结、切割加工和清洁处理等，并且根据不同的生产要求和产品需求，生产工艺也会有所不同。
因此，生产过程中需要精心控制各个环节，从而可以生产出具备优异性能的产品。