壓電陶瓷壓電原理、應(yīng)用與制作工藝壓電陶瓷壓電原理、內(nèi)容壓電陶瓷的用途壓電陶瓷的壓電原理壓電陶瓷的制作工藝配料預(yù)燒混合和粉碎成型與排塑燒結(jié)極化內(nèi)容壓電陶瓷的用途壓電陶瓷的壓電原理壓電陶瓷的制作工藝壓電陶瓷的壓電原理壓電現(xiàn)象與壓電效應(yīng)壓電陶瓷因受力形變而產(chǎn)生電的效應(yīng)，稱為正壓電效應(yīng)。壓電陶瓷點火示意圖

氣體噴嘴高壓引線壓電振子磷銅片壓電振子外殼叩擊機構(gòu)壓電陶瓷的壓電原理壓電現(xiàn)象與壓電效應(yīng)壓電陶瓷因受力形變而產(chǎn)生壓電蜂鳴器壓電陶瓷的壓電原理壓電現(xiàn)象與壓電效應(yīng)

壓電陶瓷因加電壓而產(chǎn)生形變的效應(yīng)，稱為逆壓電效應(yīng)。節(jié)點支承邊緣支承中心支承壓電蜂鳴器壓電陶瓷的壓電原理壓電現(xiàn)象與壓電效應(yīng)壓電壓電陶瓷內(nèi)部結(jié)構(gòu)(壓電陶瓷是多晶體)

壓電陶瓷的壓電原理

壓電陶瓷由小晶粒無規(guī)則鑲嵌成，如圖所示。

BSPT壓電陶瓷斷面SEM照片

壓電陶瓷內(nèi)部結(jié)構(gòu)(壓電陶瓷是多晶體)壓電陶瓷的壓電原理壓電陶瓷的壓電原理壓電陶瓷內(nèi)部結(jié)構(gòu)(壓電陶瓷是多晶體)陶瓷顯微結(jié)構(gòu)壓電陶瓷的壓電原理壓電陶瓷內(nèi)部結(jié)構(gòu)(壓電陶瓷是多晶體)陶瓷顯

每個小晶粒微觀上是由原子或離子有規(guī)則排列成晶格，可看為一粒小單晶。

原子在空間排列成晶格示意圖壓電陶瓷的壓電原理壓電陶瓷內(nèi)部結(jié)構(gòu)(壓電陶瓷是多晶體)每個小晶粒微觀上是由原子或離子有規(guī)則排列成晶格，

每個小晶粒內(nèi)還具有鐵電疇。

PZT陶瓷中電疇結(jié)構(gòu)顯微照片壓電陶瓷的壓電原理壓電陶瓷內(nèi)部結(jié)構(gòu)(壓電陶瓷是多晶體)每個小晶粒內(nèi)還具有鐵電疇。PZT

整體看來，晶粒與晶粒的晶格方向不一定相同，排列是無規(guī)則的。這樣的結(jié)構(gòu)稱其為多晶體。晶粒的晶格取向示意圖壓電陶瓷的壓電原理壓電陶瓷內(nèi)部結(jié)構(gòu)(壓電陶瓷是多晶體)整體看來，晶粒與晶粒的晶格方向不一定相同，排列是鈣鈦礦型的晶胞結(jié)構(gòu)壓電陶瓷的壓電原理壓電陶瓷內(nèi)部結(jié)構(gòu)(壓電陶瓷的晶胞)鈣鈦礦型的晶胞結(jié)構(gòu)壓電陶瓷的壓電原理壓電陶瓷內(nèi)部結(jié)構(gòu)(壓電陶

壓電陶瓷的晶胞結(jié)構(gòu)隨溫度的變化有所變化。鈦酸鋇晶胞結(jié)構(gòu)隨溫度的轉(zhuǎn)變壓電陶瓷的壓電原理壓電陶瓷內(nèi)部結(jié)構(gòu)（晶胞與自發(fā)極化）壓電陶瓷的晶胞結(jié)構(gòu)隨溫度的變化有所變化。鈦酸鋇

這種電極化不是由外電場產(chǎn)生，而是由晶體自身產(chǎn)生的，所以成為自發(fā)極化，其相變溫度TC稱為居里溫度。BT中自發(fā)極化產(chǎn)生示意圖

壓電陶瓷的壓電原理壓電陶瓷內(nèi)部結(jié)構(gòu)（晶胞與自發(fā)極化）這種電極化不是由外電場產(chǎn)生，而是由晶體自身產(chǎn)c軸方向決定自發(fā)極化取向能量最低原則決定疇結(jié)構(gòu)晶粒中形成一定的小區(qū)排列狀態(tài)—疇結(jié)構(gòu)晶胞自發(fā)極化取向一致小區(qū)的存在自發(fā)極化取向不一致小區(qū)的搭配晶格匹配要求能量最低要求③相結(jié)構(gòu)決定疇壁類型壓電陶瓷的壓電原理壓電陶瓷內(nèi)部結(jié)構(gòu)（電疇形成）c軸方向決定自發(fā)極化取向晶粒中形成一定的小區(qū)排列狀態(tài)—疇結(jié)構(gòu)壓電陶瓷的壓電原理

因為晶粒為四方相時，自發(fā)極化取向與原反應(yīng)立方相三個晶軸之一平行，所以，相鄰兩個疇中自發(fā)極化方向只能成90°角或180°角，相應(yīng)電疇交界面就分別稱為90°疇壁和180°疇壁。

四方相晶體90°疇壁和180疇示意圖壓電陶瓷內(nèi)部結(jié)構(gòu)（電疇形成）壓電陶瓷的壓電原理因為晶粒為四方相時，自發(fā)極化取電疇在外電場作用下的運動

a）極化前（b）極化過程（c）極化后壓電陶瓷在極化中電疇變化示意圖壓電陶瓷的壓電原理壓電陶瓷內(nèi)部結(jié)構(gòu)（電疇的運動）電疇在外電場作用下的運動a）極化前（b）極化過程（c）極

在交變電場作用下，因電疇與自發(fā)極化的運動，壓電陶瓷可觀察到電滯回線，即具有鐵電性。

圖中，PS為自發(fā)極化強度，Pr為剩余極化強度，EC為矯頑場強。壓電陶瓷極化工序中，一般選擇電場強度為2-3倍的EC。壓電陶瓷的壓電原理壓電陶瓷內(nèi)部結(jié)構(gòu)（電疇與電滯回線）第一次極化以后的極化在交變電場作用下，因電疇與自發(fā)極化的運動，壓電效應(yīng)的再理解瓷片內(nèi)束縛電荷與電極上吸附自由電荷示意圖

壓電陶瓷的壓電原理壓電效應(yīng)的再理解瓷片內(nèi)束縛電荷與電極上吸附自由電荷示意圖壓正壓電效應(yīng)示意圖

瓷片壓縮，極化強度變小，釋放部分吸附自由電荷，出現(xiàn)放電現(xiàn)象。F撤除，瓷片回復(fù)原狀，極化強度變大，吸附一些自由電荷，出現(xiàn)充電現(xiàn)象。這種由機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿默F(xiàn)象，稱為正壓電效應(yīng)。壓電陶瓷的壓電原理壓電效應(yīng)的再理解正壓電效應(yīng)示意圖瓷片壓縮，極化強度變小，釋放部分逆壓電效應(yīng)示意圖

在瓷片上施加與極化方向相同電場。極化強度增大，瓷片發(fā)生伸長形變。反之則發(fā)生縮短形變。這種由電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的現(xiàn)象，稱為逆壓電效應(yīng)。壓電陶瓷的壓電原理壓電效應(yīng)的再理解逆壓電效應(yīng)示意圖在瓷片上施加與極化方向相同電場

作為介電材料，可用介電系數(shù)ε，介電損耗tgδ，絕緣電阻率ρ和抗電強度Eb等表征。壓電陶瓷的主要參數(shù)

作為壓電材料，還必須補充一些參數(shù)：壓電系數(shù)d、g

機電耦合系數(shù)k

機械品質(zhì)因素Qm

頻率系數(shù)N作為介電材料，可用介電系數(shù)ε，介電損耗tgδ，絕緣電阻率壓電系數(shù)d

：單位機械應(yīng)力T所產(chǎn)生的電位移D

反映應(yīng)力（應(yīng)變）和電場（電位移）間的關(guān)系壓電陶瓷的主要參數(shù)常用的為橫向壓電系數(shù)d31和縱向壓電系數(shù)d33（腳標(biāo)第一位數(shù)字表示壓電陶瓷的極化方向；第二位數(shù)字表示機械振動方向）。

d=D/T（C/N）（m/V）或：單位電場強度V/x所產(chǎn)生的應(yīng)變△x/x壓電系數(shù)d：單位機械應(yīng)力T所產(chǎn)生的電位移D壓電電壓系數(shù)g：單位應(yīng)力T所產(chǎn)生的電場強度E；或單位電荷所產(chǎn)生的形變。

（V·m/N）

壓電陶瓷的主要參數(shù)d和g在不同的角度反映了材料的壓電性能，d用得較為普遍，g常用于接收型換能器、拾音器，高壓發(fā)生器等場合。壓電電壓系數(shù)g：單位應(yīng)力T所產(chǎn)生的電場強度E；或單位電荷所產(chǎn)

機電耦合系數(shù)k

或

壓電陶瓷的主要參數(shù)

kp是壓電材料進行機械能-電能轉(zhuǎn)換的能力反映。它與材料的壓電系數(shù)、ε和彈性常數(shù)等有關(guān)，是一個比較綜合的參數(shù)。機電耦合系數(shù)反映了機械能和電能之間的轉(zhuǎn)換程度，由于轉(zhuǎn)換不可能完全，總有一部分能量以熱能、聲波等形式損失或向周圍介質(zhì)傳播，因而k總是小于1的。機電耦合系數(shù)k壓電陶瓷的主要參數(shù)kp是壓電材

不同材料的k值不同；同種材料由于振動方式不同，k值也不同。常用的有橫向機電耦合系數(shù)k31、縱向機電耦合系數(shù)k33、以及沿圓片的半徑方向振動的平面機電耦合系數(shù)kp（或稱徑向機電耦合系數(shù)kr）。壓電陶瓷的主要參數(shù)不同材料的k值不同；同種材料由于振動方式不同，k值也不同。Z振動方向Y條狀振子K31（橫向耦機電合系數(shù)）X極化方向Z極化方向振動方向柱狀振子K33（縱向機電耦合系數(shù)）Z極化方向圓片振子Kp（平面機電耦合系數(shù)）Kr（徑向機電耦合系數(shù)）壓電陶瓷的主要參數(shù)Z振動方向Y條狀振子X極化方向Z極化方向振動方向柱狀振子Z極

機械品質(zhì)因素Qm壓電陶瓷的主要參數(shù)機械品質(zhì)因素Qm壓電陶瓷的主要參數(shù)

逆壓電效應(yīng)使壓電材料產(chǎn)生形變，形變又會產(chǎn)生電信號，如果壓電元件上加上交流信號，頻率與元件（振子）的固有振動頻率fT相等時，便產(chǎn)生諧振。振動時晶格形變產(chǎn)生內(nèi)摩擦，而損耗一部分能量（轉(zhuǎn)換成熱能）。為了反映諧振時的這種損耗程度而引入Qm這個參數(shù)，Qm越高，能量的損耗就越小。壓電陶瓷的主要參數(shù)

在濾波器、諧振換能器、壓電音叉等諧振子中，要求高的Qm值。逆壓電效應(yīng)使壓電材料產(chǎn)生形變，形變又會產(chǎn)生

頻率系數(shù)N

：壓電振子的諧振頻率f0與振動方向上線度的乘積。只與材料性質(zhì)相關(guān)，而與尺寸因素?zé)o關(guān)。壓電陶瓷的主要參數(shù)頻率系數(shù)N：壓電振子的諧振頻率f0與振動方向上線度的乘積壓電陶瓷的用途應(yīng)用領(lǐng)域舉例電源壓電變壓器雷達，電視顯像管，陰極射線管，蓋克技術(shù)管，激光管和電子復(fù)制機等高壓電源和壓電點火裝置信號源標(biāo)準(zhǔn)信號源振蕩器，壓電音叉，壓電音片等用作精密儀器中的時間和頻率標(biāo)準(zhǔn)信號源信號轉(zhuǎn)換電聲換能器拾聲器，送話器，受話器，揚聲器，蜂鳴器等聲頻范圍的電聲器件發(fā)射與接收超聲換能器超聲切割，焊接，清洗，攪拌，乳化及超聲顯示等頻率高于20KHz的超聲器件，壓電馬達，探測地質(zhì)構(gòu)造，油井固實程度，無損探傷和測厚，催化反應(yīng)，超聲衍射，疾病診斷等各種工業(yè)用的超聲器件水聲換能器水下導(dǎo)航定位，通訊和探測的聲納，超聲探測，魚群探測和傳聲器等壓電陶瓷的用途應(yīng)用領(lǐng)域舉例電源壓電變壓器雷達，信號處理濾波器通訊廣播中所用各種分立濾波器和復(fù)合濾波器，如彩電中頻濾波器；雷達，自控和計算系統(tǒng)所用帶通濾波器，脈沖濾波器等放大器聲表面信號放大器以及振蕩器，混頻器，衰減器，隔離器等表面波導(dǎo)聲表面波傳輸線傳感與計測加速度計壓力計工業(yè)和航空上測定振動體或飛行器工作狀態(tài)加速度計，自動控制開關(guān)，污染檢測用振動計以及流速計，流量計和液面計等角速度計測量物體角速度及控制飛行器航向的壓電陀螺紅外探測計監(jiān)視領(lǐng)空，檢測大氣污染濃度，非接觸式測溫以及熱成像，熱電探測、跟蹤器等位移與致動器激光穩(wěn)頻補償元件，顯微加工設(shè)備及光角度，光程長的控制器存貯調(diào)制電光和聲光調(diào)制的光閥，光閘，光變頻器和光偏轉(zhuǎn)器，聲開關(guān)存貯光信息存貯器，光記憶器顯示鐵電顯示器，聲光顯示器等其它非線性元件壓電繼電器等壓電陶瓷的用途信濾波器通訊廣播中所用各種分立濾波器和復(fù)合濾波器，如彩電中頻壓電陶瓷的用途壓電陶瓷泵閥出口壓電陶瓷換能器進口壓電陶瓷的用途壓電陶瓷泵閥出口壓電陶瓷進口壓電陶瓷的用途壓電陶瓷噴墨打印金屬片圓錐形容器內(nèi)液層外墨水池噴嘴金屬膜墨水壓電陶瓷換能器輸入信號壓電陶瓷的用途壓電陶瓷噴墨打印金屬片圓錐形容器內(nèi)液層外墨水池壓電陶瓷的用途254311.焊接程序控制器；2.超聲發(fā)生器；3.換能器聲學(xué)系統(tǒng)；4.焊件；5.工作臺壓電陶瓷超聲波焊接壓電陶瓷的用途254311.焊接程序控制器；壓電陶瓷超聲波焊壓電陶瓷的用途壓電陶瓷超聲波焊接壓電陶瓷的用途壓電陶瓷超聲波焊接壓電陶瓷的用途壓電陶瓷加濕器霧氣出口水箱壓電振子水霧風(fēng)機壓電陶瓷的用途壓電陶瓷加濕器霧氣出口水箱壓電振子水霧風(fēng)機壓電陶瓷的用途壓電陶瓷加濕器壓電陶瓷的用途壓電陶瓷加濕器壓電陶瓷的用途壓電陶瓷變壓器（升壓型）輸入端極化方向極化方向驅(qū)動部分發(fā)電部分振動方向輸出端twl/2tw壓電陶瓷的用途壓電陶瓷變壓器（升壓型）輸入端極化方向極化方向壓電陶瓷的用途壓電陶瓷變壓器（降壓型）壓電陶瓷的用途壓電陶瓷變壓器（降壓型）壓電陶瓷的用途

壓電陶瓷復(fù)印機電源壓電陶瓷的用途壓電陶瓷壓電陶瓷的用途筆記本電腦背光電源壓電陶瓷的用途筆記本電腦背光電源壓電陶瓷的用途壓電陶瓷變壓器便攜式激光電源壓電陶瓷的用途壓電陶瓷變壓器便攜式激光電源壓電陶瓷的用途激光血管內(nèi)照射治療儀壓電陶瓷的用途激光血管內(nèi)照射治療儀壓電陶瓷的用途壓電陶瓷極化臺壓電陶瓷的用途壓電陶瓷極化臺壓電陶瓷的用途壓電變壓器電警棍壓電陶瓷的用途壓電變壓器電警棍壓電陶瓷的用途壓電陶瓷變壓器雷達顯示器高壓電源壓電陶瓷的用途壓電陶瓷變壓器雷壓電陶瓷的用途壓電陶瓷變壓器（升壓型）壓電陶瓷的用途壓電陶瓷變壓器（升壓型）壓電陶瓷的用途壓電陶瓷變壓器（降壓型）壓電陶瓷的用途壓電陶瓷變壓器（降壓型）壓電陶瓷的用途壓電陶瓷水聲設(shè)備（1）水聲通訊儀；（2）主動式聲納（回聲定位儀）；（3）被動式聲納壓電陶瓷的用途壓電陶瓷水聲設(shè)備（1）水聲通訊儀；（2）主動式壓電陶瓷的用途壓電陶瓷超聲馬達（駐波型）123451.壓電元件；2.彈性襯墊；3.彈簧；4.轉(zhuǎn)子；5.磨襯墊壓電陶瓷的用途壓電陶瓷超聲馬達（駐波型）123451.壓電元壓電陶瓷的用途壓電陶瓷超聲馬達（行波型）壓電陶瓷的用途壓電陶瓷超聲馬達（行波型）壓電陶瓷的用途壓電陶瓷超聲馬達壓電陶瓷超聲馬達（行波型）環(huán)形壓電馬達工作原理壓電陶瓷的用途壓電陶瓷超聲馬達壓電陶瓷超聲馬達（行波型）環(huán)形壓電陶瓷的用途壓電陶瓷超聲馬達壓電陶瓷的用途壓電陶瓷超聲馬達壓電陶瓷的用途壓電陶瓷超聲馬達壓電陶瓷的用途壓電陶瓷超聲馬達壓電陶瓷的用途壓電陶瓷超聲馬達壓電陶瓷的用途壓電陶瓷超聲馬達基于壓電驅(qū)動器桿狀微馬達（攝像用）壓電陶瓷的用途壓電陶瓷超聲馬達基于壓電驅(qū)動器桿狀微馬達（攝像用）壓電陶瓷的用途壓電陶瓷超聲壓電陶瓷的用途超聲馬達在國外已應(yīng)用的領(lǐng)域智能飛機磁懸浮列車汽車手機人造衛(wèi)星細胞穿刺智能藥片（壓電泵）集成式USM彩色復(fù)印機火星探測器半導(dǎo)體制造業(yè)照相機手表昆蟲機器人變形機翼（應(yīng)用壓電作動器）天文望遠鏡空中機器人太空機器手壓電陶瓷的用途超聲馬達在國外已應(yīng)用的領(lǐng)域智能飛機磁懸浮列車汽壓電陶瓷的用途南京航空航天大學(xué)研制的部分超聲馬達及其應(yīng)用無磁性USM雙模態(tài)步進USM三自由度USM帶編碼器USM大推力直線USM便攜式汽油發(fā)動機云臺控制系統(tǒng)方板型直線USM移動機器人核磁共振注射器關(guān)節(jié)機器手X-Y運動臺（直線USM）行波型桿式USM模態(tài)轉(zhuǎn)換型USM用于二元機翼模型試驗非接觸性USMX-Y運動臺（旋轉(zhuǎn)USM）壓電陶瓷的用途南京航空航天大學(xué)研制的部分超聲馬達及其應(yīng)用無磁壓電陶瓷的用途壓電陶瓷驅(qū)動器壓電陶瓷的用途壓電陶瓷驅(qū)動器壓電陶瓷的用途壓電陶瓷驅(qū)動器壓電陶瓷的用途壓電陶瓷驅(qū)動器壓電陶瓷的用途壓電陶瓷驅(qū)動器基于壓電驅(qū)動器的全方位微移動平臺壓電陶瓷的用途壓電陶瓷驅(qū)動器基于壓電驅(qū)動器的全方位微移動平臺壓電陶瓷的用途壓電陶瓷超聲清洗壓電陶瓷的用途壓電陶瓷超聲清洗壓電陶瓷的用途壓電陶瓷換能器壓電陶瓷的用途壓電陶瓷換能器壓電陶瓷的用途壓電陶瓷電聲元器件蜂鳴器壓電陶瓷的用途壓電陶瓷電聲元器件蜂鳴器揚聲器壓電陶瓷的用途壓電陶瓷電聲元器件揚聲器壓電陶瓷的用途壓電陶瓷電聲元器件揚聲器壓電陶瓷的用途壓電陶瓷電聲元器件揚聲器壓電陶瓷的用途壓電陶瓷電聲元器件壓電陶瓷的用途壓電陶瓷探傷儀壓電陶瓷的用途壓電陶瓷探傷儀壓電陶瓷的用途壓電陶瓷測厚儀壓電陶瓷的用途壓電陶瓷測厚儀壓電陶瓷的用途壓電陶瓷點火元器件壓電陶瓷的用途壓電陶瓷點火元器件壓電陶瓷的用途壓電陶瓷發(fā)電（框圖）壓電陶瓷的用途壓電陶瓷發(fā)電（框圖）壓電陶瓷的用途壓電陶瓷發(fā)電（鞋）︳壓電陶瓷的用途壓電陶瓷發(fā)電（鞋）︳壓電陶瓷的用途基于壓電陶瓷光纖的自供電系統(tǒng)及應(yīng)用壓電光纖用作能量采集器壓電陶瓷的用途基于壓電陶瓷光纖的自供電系統(tǒng)及應(yīng)用壓電光纖用

壓電陶瓷的制作工藝壓電陶瓷的制作過程主要步驟極化測試上電極機加工配料混合預(yù)燒粉碎成型排膠燒成壓電陶瓷的制作工藝壓電陶瓷的制作過程主要步驟極測上電極機配料（原料的選擇和處理）

壓電陶瓷的制作工藝

原料是制備壓電陶瓷的基礎(chǔ)。選擇原料一般應(yīng)注意其化學(xué)組成和物理狀態(tài)。(1)純度

對純度的要求應(yīng)適度。高純原料，價格昂貴，燒結(jié)溫度高，溫區(qū)窄。純度稍低的原料，有的雜質(zhì)可起礦化和助熔的作用，反而使燒結(jié)溫度較低，且溫區(qū)較寬。過低純度原料雜質(zhì)多，不宜采用。配料（原料的選擇和處理）壓電陶瓷的制作工藝原料是

(2)雜質(zhì)含量

壓電陶瓷的制作工藝配料（原料的選擇和處理）

雜質(zhì)允許量主要根據(jù)以下三點因素決定：

1)雜質(zhì)類型①有害雜質(zhì)對材料絕緣、介電性等影響極大的雜質(zhì)，特別是異價離子。如B、C、P、S、Al等，愈少愈好。②有利雜質(zhì)與材料A、B位離子電價相同、半徑接近，能形成置換固溶的雜質(zhì)。如Ca2+、Sr2+、Ba2+、Mg2+、Sn4+、Hf4+等離子，一般在0.2~0.5%范圍內(nèi)，壞的影響不大，甚至有利。(2)雜質(zhì)含量壓電陶瓷的制作工藝配料（原料的選擇和處理

壓電陶瓷的制作工藝2)材料類型配料（原料的選擇和處理）①接收型壓電陶瓷材料已引入了降低電導(dǎo)率和老化率的高價施主雜質(zhì)，原料中在0.5%以內(nèi)的雜質(zhì)不足以顯著影響施主雜質(zhì)的既定作用。②發(fā)射型壓電陶瓷材料要求低機電損耗，因而配料中的雜質(zhì)總量，愈少愈好，一般希望在0.05%以下。對于為了提高其它性能參數(shù)的有意添加物，另當(dāng)別論。壓電陶瓷的制作工藝2)材料類型配料（原料的選擇和處理3)原料在配方中的比例配料（原料的選擇和處理）

壓電陶瓷的制作工藝在PZT配方中，比例大的原料Pb3O4、ZrO2、TiO2分別占重量比的60%、20%和18%左右，若雜質(zhì)多，引入雜質(zhì)總量也多。因此，要求雜質(zhì)總含量均不超過2%，即要求純度均在98%以上。配方中比例小的其它原料，雜質(zhì)總含量可稍高一些，一般均在3%以下，即要求純度均在97%以上，特殊要求例外。3)原料在配方中的比例配料（原料的選擇和處理）壓電陶瓷的制

壓電陶瓷的制作工藝(3)穩(wěn)定性與活潑性配料（原料的選擇和處理）

穩(wěn)定性是指未進行固相反應(yīng)前原料本身的穩(wěn)定性。如堿金屬和堿土金屬氧化物易與水作用，在空氣中不易保存，不穩(wěn)定。如Na、Ca、Ba、Sr、Mg的氧化物，不宜采用。宜采用與水不起作用、穩(wěn)定的、加熱又能分解出活潑性大的新鮮氧化物的相應(yīng)的碳酸鹽。如Na2CO3、CaCO3、SrCO3、BaCO3、MgCO3等。壓電陶瓷的制作工藝(3)穩(wěn)定性與活潑性配料（原料的選擇和

壓電陶瓷的制作工藝

活潑性是指在固相反應(yīng)中原料本身的活潑性?；顫娦院玫脑夏艽偈构滔喾磻?yīng)完全，利于降低合成溫度，減少鉛揮發(fā)如Pb3O4原料比PbO原料活潑性好。因其在加熱中可分解脫氧成新鮮活潑性大的PbO。配料（原料的選擇和處理）(3)穩(wěn)定性與活潑性壓電陶瓷的制作工藝活潑性是指在固相反應(yīng)中原料本身的

壓電陶瓷的制作工藝(4)顆粒度配料（原料的選擇和處理）

原料顆粒度要求小于0.2μm，微量添加物應(yīng)更細。這樣，可增加混料接觸面積，利于互擴散反應(yīng)，使組成均勻。還可減小陶瓷內(nèi)應(yīng)力，增加機械強度等。

原料處理方面有以下常用方法：

①采用的原料，若顆粒較粗，如MnO2、出廠未細磨的ZrO2等，必須細磨。可采取振磨、球磨、行星磨等，小量原料也可用研缽研細。壓電陶瓷的制作工藝(4)顆粒度配料（原料的選擇和處理）配料（原料的選擇和處理）

壓電陶瓷的制作工藝②烘干為了不影響配料的準(zhǔn)確性，含水原料必須進行烘干脫水處理。一般在電熱式干燥箱中干燥。溫度110~120℃，時間不少于4小時，直至無水分為止。③化學(xué)分析在大批量生產(chǎn)壓電陶瓷時，每批購進的原料，因制造或分裝的廠商不同、批次的不同，其質(zhì)量可能不同。因此，應(yīng)抽樣化驗其純度或雜質(zhì)，檢測其顆粒度，以保證壓電陶瓷的性能。配料（原料的選擇和處理）壓電陶瓷的制作工藝②烘干③化學(xué)分析(1)由原料的重量比來計算配方的方法①寫出配方的化學(xué)分子式；②寫出原料分子式、純度，查出分子量；③用以下公式計算各原料所需用量

(i=1，2，…，n)(1)

壓電陶瓷的制作工藝配料（配方計算）式中xi為原料的mol數(shù)，Mi為mol質(zhì)量，xiMi為質(zhì)量，Pi為純度；為配方量；W為總配料用量。(1)由原料的重量比來計算配方的方法①寫出配方的化學(xué)分子式；(2)由原料mol數(shù)比例來計算配方的方法:①寫出配方的化學(xué)分子式;②寫出所用原料的分子式、純度，并查出其分子量(mol質(zhì)量);③用以下公式計算各原料所需用量:

(i=1，2，…，n)(2)式中X為配料總mol數(shù)，其它同上。該方法計算比較簡單，特別是配方中以mol百分比給出添加物時，常用此法。

壓電陶瓷的制作工藝配料（配方計算）(2)由原料mol數(shù)比例來計算配方的方法:①寫出配方的化學(xué)分

壓電陶瓷的制作工藝稱料要求：③稱料與投料按大料小料大料順序，以保證小料在混合中的均勻性。嚴(yán)防各原料算錯、稱錯、投錯，要仔細檢查，嚴(yán)格核對

配料（稱料）①稱料天平須有一定精度。批量生產(chǎn)中,大料用0.1﹪克精度天平，小料用0.01﹪克精度天平。②稱料要誤差小，速度快，以減少原料吸收空氣中水分而造成的誤差。壓電陶瓷的制作工藝稱料要求：③稱料與投料按大料混合和粉碎

混合是將稱量好的原料混合均勻、相互接觸，以利于預(yù)燒時充分的化學(xué)反應(yīng)。

壓電陶瓷的制作工藝

粉碎是將預(yù)燒好料塊細化，達到一定的平均粒度和粒度分布，為成型和燒成創(chuàng)造有利條件。(1)工藝方法使用球磨機(滾筒式、行星式、攪拌式和振動式等球磨機)，加磨球(鋼球、瑪瑙球、鋯球等)與介質(zhì)(水、酒精等)，對原料進行機械混合或粉碎。混合和粉碎混合是將稱量好的原料混合均勻、相互接觸，以利于(2)工藝原理磨球靠電動機產(chǎn)生離心力、摩擦力和地心引力的共同作用，形成碰撞、循環(huán)翻動和自轉(zhuǎn)等運動，使介于其中的粉料受到?jīng)_擊和摩擦研磨，從而達到混合與粉碎細化?；旌虾头鬯?/p>

壓電陶瓷的制作工藝(3)球磨工藝具體球磨工藝視不同球磨機而定，其合理的工藝參數(shù)要通過實驗結(jié)果(球磨后混合均勻程度、粉料粒度大小與分布、混雜量、效率和成本等)優(yōu)選，也可借鑒相關(guān)工藝參數(shù)。(2)工藝原理混合和粉碎壓電陶瓷的制作工藝(3)球磨工(4)球磨質(zhì)量的主要影響因素：①球磨機轉(zhuǎn)速（視球磨機類型、球磨罐大小等確定）；②球磨罐(直徑、內(nèi)襯材料等)；③磨球(比重、硬度、形狀、磨損率；④粉料填充量(60%左右)；⑤粉料、球與磨介的比例（視粉料的吸水性、球比重確定）；⑥磨介的作用(粘附、劈裂、流動、分散等)；⑦球磨時間（視球磨機類型、進料粒度而定）；⑧球磨方式(干法、濕法)

壓電陶瓷的制作工藝混合和粉碎(4)球磨質(zhì)量的主要影響因素：①球磨機轉(zhuǎn)速（視球磨機類

壓電陶瓷的制作工藝預(yù)燒

預(yù)燒(合成)是通過原料中原子或離子之間在加熱作用下的擴散來完成固相化學(xué)反應(yīng)，生成瓷料的過程。(1)預(yù)燒的目的①使各原料的固相化學(xué)反應(yīng)充分均勻，生成組成固定的固溶體，形成主晶相。②排除原料中的二氧化碳和水分等，減小坯體的燒成收縮、變形，以便于控制產(chǎn)品外形尺寸。(2)PZT壓電瓷料的合成過程分析合成過程是理解與制定預(yù)燒工藝的基礎(chǔ)。壓電陶瓷的制作工藝預(yù)燒預(yù)燒(合成)是通過原料中原

壓電陶瓷的制作工藝預(yù)燒對于PZT瓷料的合成過程，人們通過差熱分析、化學(xué)分析、X射線分析等手段獲得的結(jié)果見圖所示。PZT形成的差熱曲線壓電陶瓷的制作工藝預(yù)燒對于PZT瓷料的合成過程，人們通過差

壓電陶瓷的制作工藝PZT合成時各相的變化預(yù)燒壓電陶瓷的制作工藝PZT合成時各相的變化預(yù)燒

壓電陶瓷的制作工藝

由圖中以Pb3O4為原料的差熱曲線可知：①630℃的吸熱效應(yīng)是因Pb3O4分解為PbO引起，并開始形成PbTiO3，到650℃形成PbTiO3的反應(yīng)最為顯著。預(yù)燒壓電陶瓷的制作工藝由圖中以Pb3O4為原料的差熱曲線可②790℃是PbO—ZrO2—PbZrO3三元共融液形成溫度，但因為這時大量存在的PT馬上與PZ生成PZT固溶體，所以這也是PZT開始形成的溫度，該反應(yīng)到850℃基本完成。

壓電陶瓷的制作工藝預(yù)燒②790℃是PbO—ZrO2—PbZrO3三元共融液形成溫

壓電陶瓷的制作工藝反應(yīng)B：625—800℃反應(yīng)C：800℃以上

反應(yīng)A：350—680℃預(yù)燒預(yù)燒過程中相是隨溫度變化的。由圖可以把反應(yīng)按溫度范圍分成三段：壓電陶瓷的制作工藝反應(yīng)B：625—800℃

壓電陶瓷的制作工藝(3)預(yù)燒工藝預(yù)燒1)裝缽將粉料裝缽，并壓緊、扎孔、加蓋入爐。500℃前爐門微開，之后關(guān)爐門。2)加熱條件(以典型PZT為例)

升溫速率：視爐內(nèi)裝料多少而定。

最高溫度：850℃左右(視配方而變化)

保溫時間：650℃左右保溫1-2小時，以生成PT。

850℃左右保溫2小時，以生成PZT。

降溫速率：關(guān)電隨爐冷卻，至200℃以下出爐。

爐內(nèi)氣氛：以中性或氧化氣氛為好；還原氣氛導(dǎo)致料粉還原發(fā)黑。硅碳棒爐好于電阻絲爐。壓電陶瓷的制作工藝(3)預(yù)燒工藝預(yù)燒1)裝缽將粉

壓電陶瓷的制作工藝(4)預(yù)燒瓷料質(zhì)量要求外觀：顏色正常、均勻一致；有一定膨脹或收縮(視具體配方)；硬度適中。化學(xué)分析：游離鋯、鈦、鉛少，小于0.5%

相分析：為鈣鈦礦相，無雜相。預(yù)燒(5)影響預(yù)燒的因素①原料活性及顆粒度其制約關(guān)系有壓電陶瓷的制作工藝(4)預(yù)燒瓷料質(zhì)量要求預(yù)燒(5)影響

壓電陶瓷的制作工藝上式中，t為固相反應(yīng)完全所需時間；r為顆粒直徑；D0為擴散頻率因子；Q為激活能；T為溫度；k為常數(shù)。這說明，固相反應(yīng)速度與原料擴散狀況(D0)、活性（）、溫度成正比，而與原料顆粒平均直徑成反比。預(yù)燒壓電陶瓷的制作工藝上式中，t為固相反應(yīng)完全所需時間；r為顆②合成溫度(以上已說明)。③升溫速率和保溫時間。④坯料壓緊力。⑤爐內(nèi)溫度均勻性、氣氛等。

壓電陶瓷的制作工藝預(yù)燒②合成溫度(以上已說明)。壓電陶瓷的制作工藝預(yù)燒成型

壓電陶瓷的制作工藝

成型就是將瓷料壓制成所需要的形狀規(guī)格的坯體，并為燒結(jié)創(chuàng)造條件。

坯體成型的方式和方法很多，如壓力成型法、可塑成型法和漿料成型法等，每大類成型法中又可分為若干具體成型方法?？梢愿鶕?jù)制品的形狀、規(guī)格、大小來選擇使用，但各有利弊。這里僅介紹廣泛采用的干壓成型法。

干壓成型是將經(jīng)過造粒的瓷料裝入一定形狀的鋼模內(nèi)，借助于模塞，在一定外力下壓制成坯體。成型壓電陶瓷的制作工藝成型就是將瓷料壓制成所需

壓電陶瓷的制作工藝成型干壓成型原理在外力作用下，瓷料顆粒在模具內(nèi)相互靠近，并借助內(nèi)部作用力牢固地把各顆粒聯(lián)系起來，成為保持一定形狀的坯體。干壓坯體的結(jié)構(gòu)：可看成由液相（粘合劑）層、空氣、瓷料顆粒組成的三相結(jié)合體系。內(nèi)部作用力及其物理機制：①顆粒接觸鑲嵌引起的嚙合力；②粘合劑在顆粒間微孔中的無細管壓力；③顆粒間、粘合劑和顆粒間的分子引力；④接觸物間電荷轉(zhuǎn)移引起的靜電吸引力。壓電陶瓷的制作工藝成型干壓成型原理在外力作用下，瓷料顆成型條件選擇的一般原則成型

壓電陶瓷的制作工藝(1)加壓方式干壓成型一般分單向加壓和雙向加壓兩種方式。較薄制品可采用單向加壓方式；厚制品宜采用雙向加壓，以使坯體內(nèi)密度較均勻。成型條件選擇的一般原則成型壓電陶瓷的制作工藝(1)加壓方式

壓電陶瓷的制作工藝成型(2)壓力對不同瓷料、不同形狀制品，壓強由實驗確定。一般在1-3T/cm3范圍，以保證坯體密度均勻地達到5.4-5.7g/cm3。(3)加壓速度和保壓時間對于較大體積坯體，加壓必須緩慢，達到最大壓力后，需保壓一定時間，以利于排除坯體中的空氣，防止分層和裂紋。對薄小坯體，加壓可較快，保壓幾秒鐘即可。壓電陶瓷的制作工藝成型(2)壓力(3)加壓速度和保壓時間

壓電陶瓷的制作工藝成型（粘合劑的使用）(1)粘合劑對成型作用①賦予瓷料可塑性，便于成型，且坯體具有較高、均勻致密度；②增加瓷料的粘結(jié)性，使成型坯體具有一定的機械強度；③減少瓷料與模壁間的摩擦力，便于脫模，減小分層裂紋現(xiàn)象。(2)壓電陶瓷制品對粘合劑要求①有足夠粘結(jié)性；②揮發(fā)溫度范圍寬，能緩慢分散揮發(fā)，快速集中揮發(fā)引起開裂；③揮發(fā)溫度不能太低，以免和水分同時揮發(fā)，造成坯體變形或開裂，太高，引起鉛揮發(fā)；④無殘留雜質(zhì)影響制品的性能。壓電陶瓷的制作工藝成型（粘合劑的使用）(1)粘合劑對成型

壓電陶瓷的制作工藝(3)粘合劑的配制成型（粘合劑的使用）

粘合劑品種很多，壓電瓷料干壓成型使用聚乙烯醇（PVA）較多，無毒，能滿足上述要求。

以下介紹其典型配方、特點及制法。

①5%濃度PVA水溶液，配方簡單，成本低，存放期短（10天內(nèi)）。

②PVA：甘油：酒精：蒸餾水=15：7：3：7（wt%）。粘度較大，存放期較長，不易變質(zhì)，但較低溫度下過稠，不宜采用。

配制：混合，90℃溫度下攪拌溶化，過濾、密封存放備用。壓電陶瓷的制作工藝(3)粘合劑的配制成型（粘合劑的使用）

壓電陶瓷的制作工藝PVA的粘合作用成型（粘合劑的使用）壓電陶瓷的制作工藝PVA的粘合作用成型（粘合劑的使用）成型（造粒）

壓電陶瓷的制作工藝

造粒是將瓷料混合粘結(jié)劑后，制成流動性好的較粗顆粒（約20目/吋）。把這種顆粒稱為團粒，以示區(qū)別。(1)造粒的作用因細磨后的瓷粉細且輕、比表面積大、占據(jù)體積大，從而流動性差、裝填密度和壓實密度不高。所以造粒的作用就在于均勻瓷粉中的粘合劑、增加其顆粒度、比重和流動性，使成型坯體致密度提高。成型（造粒）壓電陶瓷的制作工藝造粒是將瓷料混合(2)常用造粒方法及特點

壓電陶瓷的制作工藝成型（造粒）①普通手工造粒法將瓷料加適量（如4-5wt%）的5%濃度PVA水溶液粘合劑，在研缽內(nèi)手工細混勻然后過篩即可。該法操作簡單，但勞動強度大，混合難以均勻，團粒質(zhì)量不高，效率低，僅適合實驗室和小量生產(chǎn)。(2)常用造粒方法及特點壓電陶瓷的制作工藝成型（造粒）①②加壓造粒法將瓷料加入4-5wt%的5%濃度PVA水溶液粘合劑，在混料機中攪研均勻，過20目/吋篩。然后在液壓機上用壓模以180-250kg/cm2壓力保壓1分鐘壓成圓餅。用破碎機破碎圓餅，直至全部通過20目/吋篩即可備用。

壓電陶瓷的制作工藝成型（造粒）

該法團粒密度大，坯體機械強度高，能滿足各種大型和異型制品成型要求。但產(chǎn)量較小，效率不高，工藝操作要求嚴(yán)格，適合于實驗室實驗和中批量生產(chǎn)。②加壓造粒法壓電陶瓷的制作工藝成型（造粒）該法團粒③噴霧干燥造粒法將混合粘合劑的瓷料先做成料漿，再經(jīng)噴霧干燥機進行霧化干燥造粒，并收集備用。團粒粗細可由霧化相關(guān)條件控制。

壓電陶瓷的制作工藝成型（造粒）

該法顆粒為球狀、流動性好、質(zhì)量好、且產(chǎn)量大、連續(xù)生產(chǎn)、效率高，勞動強度小和條件得到改善。宜于大批量生產(chǎn)，但設(shè)備成本高。③噴霧干燥造粒法壓電陶瓷的制作工藝成型（造粒）

壓電陶瓷的制作工藝成型（模具設(shè)計）

模具的設(shè)計以制品的形狀、尺寸、壓力、粉料壓縮化、燒結(jié)收縮率、粗糙度等為依據(jù)來設(shè)計模具。具體要求:①配合精度（如三級精度配合）；②光潔度（如工作面▽10）；③硬度（如HRC57-62）；④脫模錐度（一般不小于1%）；⑤形狀、尺寸；⑥用材（工具鋼，如Cr12鋼）等。壓電陶瓷的制作工藝成型（模具設(shè)計）模具的設(shè)計以制品

壓電陶瓷的制作工藝成型（影響成型質(zhì)量的因素）（1）粘合劑

以PVA粘合劑為例，主要影響因素有：聚合度n。n過大，鏈節(jié)長，粘結(jié)力和彈性大，不利于造粒和成型；n過小，鏈節(jié)輕，彈性和粘結(jié)力小，起不到粘合劑作用。n一般選1750±50較合適。

用量：過少，不利于成型。過多，排塑后，氣孔多，影響坯體密度。壓電陶瓷的制作工藝成型（影響成型質(zhì)量的因素）（1）粘合劑

壓電陶瓷的制作工藝(2)團粒性質(zhì)主要包括粒形、粒度、粒度分布、密度等對流動性、裝填密度和壓實密度的影響。成型（影響成型質(zhì)量的因素）(3)加壓制度包括加壓方式、成型壓力、加壓速度和保壓時間對成型質(zhì)量的影響。(4)模具模具陰陽件的配合精度、光潔度、脫模錐度等對成型坯體有重要的影響。壓電陶瓷的制作工藝(2)團粒性質(zhì)成型（影響成型質(zhì)量的因素）排塑（必要性)

壓電陶瓷的制作工藝

成型坯體中粘合劑是一種高分子化合物，含碳多，碳在氧氣不足時燃燒產(chǎn)生還原性很強的一氧化碳。一氧化碳奪取PZT中的氧而形成二氧化碳，使金屬氧化物還原為導(dǎo)電的金屬（如Pb）和半導(dǎo)體性質(zhì)的低價氧化物（如Ti2O3），影響陶瓷的顏色、成瓷性、燒銀、極化和最終性能。所以，在燒結(jié)前，必須對坯體進行排塑。排塑（必要性)壓電陶瓷的制作工藝成型坯體中粘合劑排塑（基本要求)

壓電陶瓷的制作工藝(1)根據(jù)PVA粘合劑的揮發(fā)性，嚴(yán)格控制排塑的升溫速度和保溫時間。在排除PVA粘合劑過程中，100℃左右（隨坯體厚度增加而增加）是水分的揮發(fā)，200-500℃是PVA的揮發(fā)溫區(qū)。這樣，100℃左右要保溫一段時間，500℃以前必須緩慢升溫。排塑（基本要求)壓電陶瓷的制作工藝(1)根據(jù)PVA粘合劑

壓電陶瓷的制作工藝排塑（基本要求)(2)根據(jù)PVA粘合劑的分解特性，控制排塑氣氛

PVA粘合劑加熱分解及氧不足情況下對PZT作用的反應(yīng)式有：這樣，PZT坯體發(fā)生了不同程度的還原反應(yīng)。

壓電陶瓷的制作工藝排塑（基本要求)(2)根據(jù)PVA粘合劑PZT坯體發(fā)生了不同程度的還原反應(yīng)，將導(dǎo)致的結(jié)果有：

壓電陶瓷的制作工藝排塑（基本要求)①燒結(jié)時不易結(jié)晶成瓷，顏色不正常；②燒銀時發(fā)生滲銀發(fā)黑，極化時則難以加上電壓；③陶瓷電性能惡化等。

因此，必須確保使排塑爐內(nèi)有充足的氧氣氛。PZT坯體發(fā)生了不同程度的還原反應(yīng)，將導(dǎo)致的結(jié)果有：

壓電陶瓷的制作工藝排塑（排塑工藝)

將坯體裝入透氣性好的耐火槽板中，推入氧氛好的排塑爐內(nèi)，按一定加熱制度排塑。典型例如下：

升溫速度：0—450℃，50℃/h；450—750，150℃/h

最高溫度：750℃（600℃前，微開爐門，600℃關(guān)爐門）

保溫時間：1h

冷卻方式：關(guān)電源隨爐冷卻。壓電陶瓷的制作工藝排塑（排塑工藝)將坯體裝入透氣性燒結(jié)（理論要點與燒結(jié)過程）

壓電陶瓷的制作工藝

燒結(jié)是利用熱能使坯體轉(zhuǎn)變?yōu)橹旅芴沾傻墓に囘^程。為了理解燒結(jié)原理，先介紹理論要點和燒結(jié)過程。

燒結(jié)理論要點

1)燒結(jié)是一個過程，具有階段性。

2)燒結(jié)過程有其發(fā)生發(fā)展原因（熱力學(xué)驅(qū)動力）。外因：外部給予的熱能；內(nèi)因：瓷料總界面能的減少。

3)燒結(jié)中存在物質(zhì)傳遞。傳質(zhì)模型和機理主要有：①流動；②擴散；③蒸發(fā)與凝聚；④溶解與沉淀等。

4)具體燒結(jié)過程的快慢決定于致密化速率（生長動力學(xué)方程）。燒結(jié)（理論要點與燒結(jié)過程）壓電陶瓷的制作工藝燒

壓電陶瓷的制作工藝燒結(jié)（固相燒結(jié)過程與階段）不同燒結(jié)階段晶粒排列過程壓電陶瓷的制作工藝燒結(jié)（固相燒結(jié)過程與階段）不同燒結(jié)階段晶

壓電陶瓷的制作工藝燒結(jié)（固相燒結(jié)過程與階段）PZT系壓電陶瓷燒結(jié)階段對致密性的影響。壓電陶瓷的制作工藝燒結(jié)（固相燒結(jié)過程與階段）PZT系

燒結(jié)中雙晶粒結(jié)合示意圖↓

壓電陶瓷的制作工藝燒結(jié)（固相燒結(jié)過程與階段）(1)初期階段（顆粒結(jié)合階段，1050℃以前）燒結(jié)中雙晶粒結(jié)合示意圖↓壓電陶瓷的制作工藝燒結(jié)（固相燒結(jié)

壓電陶瓷的制作工藝燒結(jié)（固相燒結(jié)過程與階段）燒結(jié)中多晶粒結(jié)合示意圖壓電陶瓷的制作工藝燒結(jié)（固相燒結(jié)過程與階段）燒結(jié)中多晶粒結(jié)

壓電陶瓷的制作工藝燒結(jié)（固相燒結(jié)過程與階段）

相互接觸的顆粒通過擴散使物質(zhì)向頸部遷移，導(dǎo)致顆粒中心接近，大顆粒長大，小顆粒減小或消失，氣孔形狀改變并發(fā)生坯體收縮，如圖所示。繼續(xù)擴散，相鄰的晶界相交并形成網(wǎng)絡(luò)，為連續(xù)貫通狀態(tài)。

該階段晶粒平均粒徑小、結(jié)構(gòu)松疏、線收縮小。壓電陶瓷的制作工藝燒結(jié)（固相燒結(jié)過程與階段）相互接

壓電陶瓷的制作工藝燒結(jié)（固相燒結(jié)過程與階段）

燒結(jié)中晶界移動示意圖（2）中期階段（晶粒生長階段，1050—1200℃）壓電陶瓷的制作工藝燒結(jié)（固相燒結(jié)過程與階段）燒結(jié)中晶界移

壓電陶瓷的制作工藝燒結(jié)（固相燒結(jié)過程與階段）燒結(jié)中期多晶體界面移動情況壓電陶瓷的制作工藝燒結(jié)（固相燒結(jié)過程與階段）燒結(jié)中期多晶體

晶粒成長是坯體中晶界移動的結(jié)果，如圖所示。彎曲的晶界總是向曲率中心移動，曲率半徑愈小，移動愈快。邊數(shù)大于六邊的晶粒易長大，小于六邊的晶粒則易被吞并，晶界交角為120°的六邊形（晶粒截面）的晶粒最為穩(wěn)定。該階段線收縮和體密度顯著增加，顯氣孔率大幅度降低，氣孔由連續(xù)貫通變?yōu)楣铝顟B(tài)。在第二相包裹物（晶界中雜質(zhì)、氣孔等）的阻礙下，晶粒逐漸減緩。

壓電陶瓷的制作工藝燒結(jié)（固相燒結(jié)過程與階段）晶粒成長是坯體中晶界移動的結(jié)果，如圖所示。彎曲的晶界（3）末期階段（晶粒校正階段，1200℃—最佳燒結(jié)溫度）

壓電陶瓷的制作工藝燒結(jié)（固相燒結(jié)過程與階段）晶粒緩慢校正性長大，直至達到較理想的燒結(jié)程度。同時，大部分氣孔從晶界排出體外，余下氣孔體積縮小，最后變成彼此孤立、互不連通的閉口氣孔。這種氣孔一般處于多個晶粒的交界處，其內(nèi)部壓力高，進一步排除困難。（3）末期階段（晶粒校正階段，1200℃—最佳燒結(jié)溫度）壓(4)過燒和二次晶粒長大

壓電陶瓷的制作工藝燒結(jié)（固相燒結(jié)過程與階段）在達到最佳燒結(jié)溫度后，繼續(xù)升高溫度，則晶界運動加劇，二次粒長大量出現(xiàn)，閉口氣孔膨脹、裂開，密度下降的現(xiàn)象，稱為過燒。過燒瓷件性能低下，要加以控制。當(dāng)晶粒生長因包裹物阻礙而停止時，燒結(jié)體內(nèi)可能有少數(shù)晶粒特別大，邊數(shù)多，晶界曲率也較大。在一定的條件下，它們能越過包裹物而繼續(xù)反常長大。這種現(xiàn)象稱為二次晶粒長大。(4)過燒和二次晶粒長大壓電陶瓷的制作工藝燒結(jié)（固相燒結(jié)過造成二次晶粒長大的原因：①瓷料本身不均勻，有少數(shù)大晶粒存在；②成型壓力不均勻，造成局部晶粒易長大；③燒結(jié)溫度過高，加劇大晶粒生長；④局部有不均勻的液相存在，促進了粒長等。另外，當(dāng)起始瓷料粒徑大時，相應(yīng)的晶粒生長就??；當(dāng)瓷料粒度極細時，活性大，燒結(jié)溫區(qū)窄，常易在小晶?；嘀谐霈F(xiàn)大的晶粒。

壓電陶瓷的制作工藝燒結(jié)（固相燒結(jié)過程與階段）造成二次晶粒長大的原因：壓電陶瓷的制作工藝燒結(jié)（固相燒結(jié)過

壓電陶瓷的制作工藝燒結(jié)（燒結(jié)條件）制定合理的燒結(jié)條件的一般原則是：以最經(jīng)濟的方式（看效率、成本等經(jīng)濟指標(biāo)），燒出高質(zhì)量的瓷料（看性能等技術(shù)指標(biāo)）。制定合理條件的依據(jù)是：①材料的相圖組成—相—溫度關(guān)系）；②綜合熱分析（失重、脹縮、熱差）數(shù)據(jù)；③瓷料燒結(jié)線收縮或體積密度；④顯微組織結(jié)構(gòu)分析；⑤制品電性能數(shù)據(jù)。壓電陶瓷的制作工藝燒結(jié)（燒結(jié)條件）制定合理的燒結(jié)條件的一般燒結(jié)條件的確定重點關(guān)注：一是燒結(jié)條件與瓷料組織結(jié)構(gòu)、性能關(guān)系；二是燒結(jié)條件與坯體形狀尺寸關(guān)系。(1)燒結(jié)溫度取決配方化學(xué)組成、瓷料粒度、坯體形狀尺寸、成型方式、升溫速度和保溫時間等。一般經(jīng)試燒，測定不同燒結(jié)溫度元件收縮、密度、組織結(jié)構(gòu)和電性能，比較確定。燒結(jié)溫度范圍較寬（±30℃）的瓷料，應(yīng)在上限溫度燒結(jié)，保溫時間不宜長；范圍較窄（±10℃）的瓷料，在下限溫度燒結(jié)；適當(dāng)延長保溫時間。

壓電陶瓷的制作工藝燒結(jié)（燒結(jié)條件）燒結(jié)條件的確定壓電陶瓷的制作工藝燒結(jié)（燒結(jié)條件）(2)升溫速度和保溫時間升溫速度較快（300℃/h左右）時，燒溫宜偏上限，保溫時間不宜長；升溫速度較慢（200℃/h左右）時，燒溫宜偏下限，保溫時間適當(dāng)延長。

PbO高溫易揮發(fā)，形狀簡單小尺寸坯件，較快速度升溫和短期保溫（≤1h）。大件且外形復(fù)雜坯件，應(yīng)變慢升溫速度和延長保溫時間，且力求密封燒結(jié)，以使制品燒結(jié)均勻，避免失鉛。

壓電陶瓷的制作工藝燒結(jié)（燒結(jié)條件）(2)升溫速度和保溫時間壓電陶瓷的制作工藝燒結(jié)（燒結(jié)條件）

(3)降溫速度和冷卻方式主要取決于坯件形狀尺寸和燒結(jié)爐的構(gòu)造。中小型坯件可以采用停電隨爐冷卻方式。形狀簡單小型坯件，為使晶粒細化，避免還原發(fā)黑，可微開爐門，空氣冷卻；也可采取抽風(fēng)快冷方式，到850℃再進行隨爐冷卻。形狀復(fù)雜的大型坯件，一般控制在100℃/h的降溫速度冷卻，以免變形開裂。

壓電陶瓷的制作工藝燒結(jié)（燒結(jié)條件）(3)降溫速度和冷卻方式壓電陶瓷的制作工藝燒結(jié)（燒結(jié)條件

壓電陶瓷的制作工藝燒結(jié)（燒結(jié)工藝步驟）

燒結(jié)前準(zhǔn)備工作

1）檢查：①燒結(jié)爐發(fā)熱體好壞、熱電偶的位置、電流電壓的平衡、保溫性能等爐況；②燒結(jié)耐火配件，如坩堝與蓋完好與配合情況、吸鉛程度，匣缽好壞程度等。

2)裝堝、裝缽和進爐，如圖下所示。進爐應(yīng)平穩(wěn)輕輕推進，以免堆疊的坯體錯動。壓電陶瓷的制作工藝燒結(jié)（燒結(jié)工藝步驟）燒結(jié)前準(zhǔn)備工作裝缽示意圖

壓電陶瓷的制作工藝燒結(jié)（燒結(jié)工藝步驟）

裝缽示意圖壓電陶瓷的制作工藝燒結(jié)（燒結(jié)工藝步驟）(2)設(shè)置燒結(jié)程序按工藝規(guī)定的燒結(jié)條件在控溫儀上設(shè)置燒結(jié)程序，通電加熱燒結(jié)。燒結(jié)（燒結(jié)工藝步驟）

壓電陶瓷的制作工藝(3)定期觀察、調(diào)整、記錄燒結(jié)爐運行狀況，并在接近最佳燒結(jié)溫度和保溫時間，反復(fù)檢查、測定、校正溫度，防止溫度的偏離。(4)保溫結(jié)束以后，停電，自然冷卻或按其他降溫冷卻方式冷卻。200℃以下可出爐。(2)設(shè)置燒結(jié)程序燒結(jié)（燒結(jié)工藝步驟）壓電陶瓷的制作工藝

燒結(jié)質(zhì)量的判斷，除了測定致密度、電性能和顯微結(jié)構(gòu)外，生產(chǎn)采用直觀判斷法：①室溫下顏色：均勻一致、有光澤；②粘結(jié)現(xiàn)象:瓷件之間稍有粘結(jié)，但易分開；③收縮率：約12%左右；④墨水?dāng)U散：不滲墨水，無擴散現(xiàn)象；⑤聲響：敲擊時有清脆的金屬聲；⑥機械強度:強度高，不易被折斷；⑦斷面狀況：均勻、致密、無氣孔、斷口呈貝殼狀，有光澤；⑧在同一爐、同一堝內(nèi)的瓷件，上述特征基本一致，無明顯差別。

壓電陶瓷的制作工藝燒結(jié)(質(zhì)量的判斷)燒結(jié)質(zhì)量的判斷，除了測定致密度、電性能和顯微結(jié)構(gòu)外，

壓電陶瓷的制作工藝燒結(jié)（影響燒結(jié)的主要因素）(1)原料的影響不同規(guī)格、級別的原料含不同種類和數(shù)量的雜質(zhì)，不同產(chǎn)地、批次原料的活性也不相同，燒結(jié)條件也會產(chǎn)生相應(yīng)的變化。(2)鋯鈦比(Zr/Ti)影響隨Zr/Ti的增加，燒結(jié)溫度隨之增高，甚至難以燒結(jié)。(3)添加物的影響壓電陶瓷的制作工藝燒結(jié)（影響燒結(jié)的主要因素）(1)原料的

壓電陶瓷的制作工藝燒結(jié)（影響燒結(jié)的主要因素）①產(chǎn)生A位缺陷的“軟性”添加物（如La3+,Nb5+等）。利于離子擴散，燒結(jié)溫度范圍擴大，提高燒結(jié)速度。②產(chǎn)生O空位的“硬性”添加物（如Na+,Fe3+,Sc3+等）。使晶格收縮，不利于離子擴散，較難燒結(jié)。③小半徑等價取代A位離子的取代物（如Sr2+等）。使A位松動，晶格畸變而有利于離子擴散，易于燒結(jié)。壓電陶瓷的制作工藝燒結(jié)（影響燒結(jié)的主要因素）①產(chǎn)

壓電陶瓷的制作工藝燒結(jié)（影響燒結(jié)的主要因素）④生成液相的添加物（如SiO2,Bi2O3等）。在坯體中長生液相，離子易于擴散，可降低燒結(jié)溫度。⑤能限制晶粒長大的晶界分凝添加物（如Fe3+,Al3+,Cr3+,Ni3+等）。該類添加物一部分固溶于晶格起改性作用；一部分凝聚于晶界，限制晶粒長大，導(dǎo)致高密度的微晶結(jié)構(gòu)，提高瓷件機電性能，特別提高機械強度。壓電陶瓷的制作工藝燒結(jié)（影響燒結(jié)的主要因素）④生成(4)預(yù)燒溫度的影響

壓電陶瓷的制作工藝燒結(jié)（影響燒結(jié)的主要因素）預(yù)燒溫度低，粒度細但差別小，坯體中堆積不緊密，接觸點不多，不利擴散。預(yù)燒溫度高，粒度粗，活性差，燒結(jié)動力小。另外，不適合的預(yù)燒溫度將增加瓷料的游離氧化物，使PbO揮發(fā)量大，導(dǎo)致燒結(jié)溫度增高。只有合適的預(yù)燒溫度，瓷料才兼具活性和較寬的粒度分布，堆積接觸點多，燒結(jié)后致密度高。所以，正確的預(yù)燒溫度的選定，是獲得良好燒結(jié)的一個關(guān)鍵因素。(4)預(yù)燒溫度的影響壓電陶瓷的制作工藝燒結(jié)（影響燒結(jié)的主要

壓電陶瓷的制作工藝燒結(jié)（影響燒結(jié)的主要因素）(5)瓷料性質(zhì)和成型密度的影響細磨后的瓷料粒度細，活性大，燒結(jié)動力大；粒度分布較寬，成型坯件中緊密堆積、氣孔少，加之坯件各部位盡可能均勻致密化，都利于燒結(jié)中離子擴散與瓷體致密度的提高與均勻一致。壓電陶瓷的制作工藝燒結(jié)（影響燒結(jié)的主要因素）(5)瓷料性

壓電陶瓷的制作工藝燒結(jié)（影響燒結(jié)的主要因素）(6)燒結(jié)條件的影響固相燒結(jié)完善程度主要取決于燒結(jié)溫度和保溫時間。燒結(jié)溫度提高，會使離子擴散能力增強，燒結(jié)過程加速，但溫度過高，會出現(xiàn)瓷件粘結(jié)變形、二次晶粒長大、密度下降、失鉛和性能降低。溫度過低、又會出現(xiàn)氣孔率高，密度低，電性能差等現(xiàn)象。保溫時間是保證制品各部分溫度均勻一致和結(jié)晶成瓷致密化的重要條件。保溫時間長短對晶粒大小和均勻程度都有一定的作用。壓電陶瓷的制作工藝燒結(jié)（影響燒結(jié)的主要因素）(6)燒結(jié)條

壓電陶瓷的制作工藝燒結(jié)（影響燒結(jié)的主要因素）(7)燒結(jié)氣氛的影響燒結(jié)氣氛是指在燒結(jié)過程中爐內(nèi)、坩堝內(nèi)的氣氛。一般氣氛分氧化、還原和中性三種。其作用在于形成保護燒結(jié)環(huán)境，以控制固相反應(yīng)和形成所需要的組織結(jié)構(gòu)。一般來說，PZT系陶瓷元件應(yīng)在氧化氣氛中進行燒結(jié)，因為還原氣氛將使金屬氧化物金屬化、變價離子還原，從而瓷件絕緣電阻降低，tgδ增大，性能劣化等。壓電陶瓷的制作工藝燒結(jié)（影響燒結(jié)的主要因素）(7)燒

壓電陶瓷的制作工藝燒結(jié)（影響燒結(jié)的主要因素）

燒結(jié)在空氣中進行，即可形成氧化氣氛。以硅碳棒為發(fā)熱體的高溫爐，一般為弱氧化氣氛。這二者結(jié)合的條件下燒結(jié)，基本上可保證瓷件不會還原。

配方添加了La2O3,Bi2O3,Nb2O5,Ta2O3,Sb2O3

等氧化物，燒結(jié)時應(yīng)注意氧不足。燒后經(jīng)中溫氧化處理后，壓電性能會有改善。

經(jīng)排塑坯件，在濕度大空氣中存放過久，會吸附碳酸根、硝酸根、氯離子或氫氧根離子等，不利于瓷料顆粒接觸，阻礙燒結(jié)。壓電陶瓷的制作工藝燒結(jié)（影響燒結(jié)的主要因素）燒結(jié)

壓電陶瓷的制作工藝燒結(jié)（影響燒結(jié)的主要因素）(8)燒結(jié)中PbO揮發(fā)的影響

PZT系陶瓷中PbO的比例大，且PbO的熔點低，燒結(jié)中易揮發(fā)，高Zr/Ti配方瓷料，PbO蒸氣壓力加大，揮發(fā)更嚴(yán)重。PbO揮發(fā)會使化學(xué)計量比偏離，加大燒結(jié)成瓷難度。

防止PbO揮發(fā)，常采用下列措施：①保證裝堝的密封；②埋熟料粉；③加氣氛片；④蓋加多層坩堝；⑤配方中添加0.5—1.5wt%過量PbO。壓電陶瓷的制作工藝燒結(jié)（影響燒結(jié)的主要因素）(8)燒結(jié)中

壓電陶瓷的制作工藝極化（目的和基本條件）

目的是為了使鐵電陶瓷的鐵電疇在外直場作用下，沿電場方向定向排列，顯示極性與壓電效應(yīng)。

極化的基本要求如下：

1)極化條件由實驗優(yōu)化確定，以利顯示元件最佳的壓電性能。

2)極化必須按照規(guī)定操作，注意人身和儀器安全。

3)極化后的正品元件不應(yīng)有任何擊傷、擊痕、擊穿現(xiàn)象；在電極表面應(yīng)有極性標(biāo)記。

4)極化后的元件表面不應(yīng)殘留油污、油跡。壓電陶瓷的制作工藝極化（目的和基本條件）目的是為了

壓電陶瓷的制作工藝極化（條件）

(1)極化電場只有在極化電場作用下，電疇才能沿電場方向取向排列，所以它是極化條件中的主要因素。極化電場大小取決于壓電陶瓷的矯頑場EC。一般為EC的2-3倍。對四方相PZT系，EC隨Zr/Ti減小而增大。三方相，EC隨Zr/Ti變化不明顯。取代物若使晶軸比c/a減小，90o疇轉(zhuǎn)動產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力小，EC降低。軟性添加物使EC降低，硬性添加物使EC提高。實用PZT系EC在0.6-1.6Kv/mm范圍內(nèi)。EC還隨溫度的升高而降低。壓電陶瓷的制作工藝極化（條件）(1)極化電場

壓電陶瓷的制作工藝極化（條件）

極化電場還受到擊穿強度Eb限制。Eb因制品存在氣孔、裂紋及成份不均勻而急劇下降。因此，前期工序必須保證制品致密度和均勻性。Eb大小也與陶瓷樣品極化厚度有關(guān)，其關(guān)系大致符合公式

Eb=27.2t0.39式中Eb為擊穿電場（kV/cm）；t為厚度（cm）。因此，較厚制品，極化電場應(yīng)降低，且通過調(diào)高極化溫度，延長極化時間達到好的極化效果。壓電陶瓷的制作工藝極化（條件）極化電場還受到擊穿

壓電陶瓷的制作工藝極化（條件）

(2)極化溫度極化電場和極化時間一定的條件下，極化溫度高，電疇取向排列較易。其主要原因：①結(jié)晶各向異性隨溫度升高而降低，電疇轉(zhuǎn)向內(nèi)應(yīng)力變小，極化較易。②電滯回線隨溫度升高變窄，即矯頑場變小。③空間電荷效應(yīng)隨溫度升高而減弱。有些雜質(zhì)使制品中出現(xiàn)大量空間電荷，產(chǎn)生強空間電荷場，對極化電場有屏蔽作用，不利于極化。溫度升高，制品電導(dǎo)率增加，使空間電荷易于遷移，減少積聚，空間電荷場的屏蔽作用就減小，利于極化。壓