壓電陶瓷的壓電原理及制作工藝

1、 壓電陶瓷壓電原理、壓電陶瓷壓電原理、 應(yīng)用與制作工藝應(yīng)用與制作工藝湖北大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院湖北大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院壓電陶瓷技術(shù)研究所壓電陶瓷技術(shù)研究所周周 桃桃 生生內(nèi)內(nèi) 容容壓電陶瓷的用途壓電陶瓷的用途壓電陶瓷的壓電原理壓電陶瓷的壓電原理壓電陶瓷的制作工藝壓電陶瓷的制作工藝 配料配料 預(yù)燒預(yù)燒 混合和粉碎混合和粉碎 成型與排塑成型與排塑 燒結(jié)燒結(jié) 極化極化壓電陶瓷的壓電原理壓電陶瓷的壓電原理壓電現(xiàn)象與壓電效應(yīng)壓電現(xiàn)象與壓電效應(yīng)壓電陶瓷因受力壓電陶瓷因受力形變而產(chǎn)生電的形變而產(chǎn)生電的效應(yīng)，稱為效應(yīng)，稱為正壓正壓電效應(yīng)電效應(yīng)。壓電陶瓷點火示意圖壓電陶瓷點火示意圖 氣體噴嘴氣體噴嘴高高壓壓引

2、引線線壓壓電電振振子子磷磷銅銅片片壓壓電電振振子子外外殼殼叩叩擊擊機機構(gòu)構(gòu)壓電蜂壓電蜂鳴器鳴器 壓電陶瓷的壓電原理壓電陶瓷的壓電原理壓電現(xiàn)象與壓電效應(yīng)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)，稱壓電陶瓷因加電壓而產(chǎn)生形變的效應(yīng)，稱為為逆壓電效應(yīng)逆壓電效應(yīng)。 節(jié)點支承節(jié)點支承邊緣支承邊緣支承中心支承中心支承壓電陶瓷內(nèi)部結(jié)構(gòu)壓電陶瓷內(nèi)部結(jié)構(gòu)( (壓電陶瓷是多晶體壓電陶瓷是多晶體) ) 壓電陶瓷的壓電原理壓電陶瓷的壓電原理 壓電陶瓷壓電陶瓷由由小晶粒小晶粒無規(guī)無規(guī)則鑲嵌成，如則鑲嵌成，如圖所示。圖所示。 BSPTBSPT壓電陶瓷斷面壓電陶瓷斷面SEMSEM照片照片 壓電陶瓷的壓電原理壓電

3、陶瓷的壓電原理壓電陶瓷內(nèi)部結(jié)構(gòu)壓電陶瓷內(nèi)部結(jié)構(gòu)( (壓電陶瓷是多晶體壓電陶瓷是多晶體) )陶瓷顯微結(jié)構(gòu)陶瓷顯微結(jié)構(gòu) 每個小晶粒微每個小晶粒微觀上是由原子或觀上是由原子或離子有規(guī)則排列離子有規(guī)則排列成成晶格晶格，可看為，可看為一粒小單晶。一粒小單晶。 原子在空間排列成晶格示意圖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的壓電原理壓電陶瓷內(nèi)部結(jié)構(gòu)壓電陶瓷內(nèi)部結(jié)構(gòu)( (壓電陶瓷是多晶體壓電陶瓷是多晶體) ) 每個小晶粒內(nèi)還具有每個小晶粒內(nèi)還具有鐵電疇鐵電疇。 PZTPZT陶瓷中電疇結(jié)構(gòu)顯微照片陶瓷中電疇結(jié)構(gòu)顯微照片壓電陶瓷的壓電原理壓電陶瓷的壓電原理壓電陶瓷內(nèi)部結(jié)構(gòu)壓電陶瓷內(nèi)部結(jié)構(gòu)( (壓

4、電陶瓷是多晶體壓電陶瓷是多晶體) ) 整體看來，整體看來，晶粒與晶粒的晶晶粒與晶粒的晶格方向不一定相格方向不一定相同，排列是無規(guī)同，排列是無規(guī)則的。這樣的結(jié)則的。這樣的結(jié)構(gòu)稱其為構(gòu)稱其為多晶體多晶體。晶粒的晶格取向示意圖晶粒的晶格取向示意圖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)壓電陶瓷內(nèi)部結(jié)構(gòu)( (壓電陶瓷是多晶體壓電陶瓷是多晶體) )鈣鈦礦型的晶胞結(jié)構(gòu)鈣鈦礦型的晶胞結(jié)構(gòu)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)壓電陶瓷內(nèi)部結(jié)構(gòu)( (壓電陶瓷的晶胞壓電陶瓷的晶胞) ) 壓電陶壓電陶瓷的晶胞結(jié)瓷的晶胞結(jié)構(gòu)隨溫度的構(gòu)隨溫度的變化有所變變化有所變化?；?。鈦酸鋇晶胞結(jié)構(gòu)隨溫度的

5、轉(zhuǎn)變鈦酸鋇晶胞結(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，所以成為自身產(chǎn)生的，所以成為自發(fā)極化自發(fā)極化，其相變溫度，其相變溫度TC稱為稱為居里溫度居里溫度。BTBT中自發(fā)極化產(chǎn)生示意圖中自發(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）壓電陶瓷內(nèi)部結(jié)構(gòu)（晶胞與自發(fā)極化） c軸方向決定自發(fā)極化取向軸方向決定自發(fā)極化取向 能量最低原則決定疇結(jié)構(gòu)能量最低原則決定疇結(jié)構(gòu)晶粒中形成晶粒中形成一定的小區(qū)

6、一定的小區(qū)排列狀態(tài)排列狀態(tài)疇結(jié)構(gòu)疇結(jié)構(gòu)晶胞自發(fā)極化取向晶胞自發(fā)極化取向一致小區(qū)的存在一致小區(qū)的存在自發(fā)極化取向不一自發(fā)極化取向不一致小區(qū)的搭配致小區(qū)的搭配晶格匹配要求晶格匹配要求能量最低要求能量最低要求相結(jié)構(gòu)決定疇壁類型相結(jié)構(gòu)決定疇壁類型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)（電疇形成）壓電陶瓷內(nèi)部結(jié)構(gòu)（電疇形成）壓電陶瓷的壓電原理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)極化方向只能成個疇中自發(fā)極化方向只能成90角或角或180角，角，相應(yīng)電

7、疇交界面就分別稱為相應(yīng)電疇交界面就分別稱為90疇壁疇壁和和180疇壁疇壁。 四方相晶體四方相晶體90疇壁和疇壁和180疇疇示意圖示意圖 壓電陶瓷內(nèi)部結(jié)構(gòu)（電疇形成）壓電陶瓷內(nèi)部結(jié)構(gòu)（電疇形成）電疇在外電場作用下的運動電疇在外電場作用下的運動 a a）極化前）極化前 （b b）極化過程（）極化過程（c c）極化后）極化后 壓電陶瓷在極化中電疇變化示意圖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的壓電原理壓電陶瓷內(nèi)部結(jié)構(gòu)（電疇的運動）壓電陶瓷內(nèi)部結(jié)構(gòu)（電疇的運動） 在交變電場作用下，在交變電場作用下，因電疇與自發(fā)極化的運動，因電疇與自發(fā)極化的運動，壓電陶瓷可觀察到壓電陶瓷可觀察到電滯

8、回電滯回線線，即具有，即具有鐵電性鐵電性 。 圖中，圖中，PS為自發(fā)極化為自發(fā)極化強度，強度，Pr為剩余極化強度，為剩余極化強度，EC為矯頑場強。壓電陶瓷為矯頑場強。壓電陶瓷極化工序中，一般選擇電極化工序中，一般選擇電場強度為場強度為2-3倍的倍的EC。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)（電疇與電滯回線）壓電陶瓷內(nèi)部結(jié)構(gòu)（電疇與電滯回線）第一次極化第一次極化以后的極化以后的極化壓電效應(yīng)的再理解壓電效應(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陶瓷的壓電原理正壓電效應(yīng)示意圖正壓電效應(yīng)示意圖 瓷片壓縮，極化瓷片

9、壓縮，極化強度變小，釋放部分強度變小，釋放部分吸附自由電荷，出現(xiàn)吸附自由電荷，出現(xiàn)放電現(xiàn)象。放電現(xiàn)象。F撤除，撤除， 瓷片回復(fù)原狀，極化瓷片回復(fù)原狀，極化強度變大，吸附一些強度變大，吸附一些自由電荷，出現(xiàn)充電自由電荷，出現(xiàn)充電現(xiàn)象。這種由機械能現(xiàn)象。這種由機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿默F(xiàn)象，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿默F(xiàn)象，稱為稱為正壓電效應(yīng)正壓電效應(yīng)。壓電陶瓷的壓電原理壓電陶瓷的壓電原理壓電效應(yīng)的再理解壓電效應(yīng)的再理解逆壓電效應(yīng)示意圖逆壓電效應(yīng)示意圖 在瓷片上施加在瓷片上施加與極化方向相同電與極化方向相同電場。極化強度增大，場。極化強度增大，瓷片發(fā)生伸長形變。瓷片發(fā)生伸長形變。反之則發(fā)生縮短形反之則發(fā)生縮短形變。這種由

10、電能轉(zhuǎn)變。這種由電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的現(xiàn)象，變?yōu)闄C械能的現(xiàn)象，稱為稱為逆壓電效應(yīng)逆壓電效應(yīng)。壓電陶瓷的壓電原理壓電陶瓷的壓電原理壓電效應(yīng)的再理解壓電效應(yīng)的再理解壓電陶瓷的用途壓電陶瓷的用途應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域舉舉 例例電源電源壓電變壓器壓電變壓器雷達，電視顯像管，陰極射線管，蓋克技術(shù)管，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信號源標(biāo)準信號源標(biāo)準信號源振蕩器，壓電音叉，壓電音片等用作精密儀器中振蕩器，壓電音叉，壓電音片等用作精密儀器中的時間和頻率標(biāo)準信號源的時間和頻率標(biāo)準信號源信號轉(zhuǎn)換信號轉(zhuǎn)換電聲換能器電聲換能

11、器拾聲器，送話器，受話器，揚聲器，蜂鳴器等聲拾聲器，送話器，受話器，揚聲器，蜂鳴器等聲頻范圍的電聲器件頻范圍的電聲器件發(fā)射發(fā)射 與接收與接收超聲換能器超聲換能器超聲切割，焊接，清洗，攪拌，乳化及超聲顯示超聲切割，焊接，清洗，攪拌，乳化及超聲顯示等頻率高于等頻率高于20KHz的超聲器件，壓電馬達，探測的超聲器件，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)用的超化反應(yīng)，超聲衍射，疾病診斷等各種工業(yè)用的超聲器件聲器件水聲換能器水聲換能器水下導(dǎo)航定位，通訊和探測的聲納，超聲探測，水下導(dǎo)航定位，通訊和探測的聲納，

12、超聲探測，魚群探測和傳聲器等魚群探測和傳聲器等信信號號 處處理理濾波器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)表面波導(dǎo)聲表面波傳輸線聲表面波傳輸線傳傳感感與與計計測測加速度計加速度計壓力計壓力計工業(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

13、，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角速度計測量物體角速度及控制飛行器航向的壓電陀螺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、跟蹤器等電探測、跟蹤器等位移與致動器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，光程長的控制器存存貯貯調(diào)制調(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)電光和聲光調(diào)制的光閥，光閘，光

14、變頻器和光偏轉(zhuǎn)器，聲開關(guān)存貯存貯光信息存貯器，光記憶器光信息存貯器，光記憶器顯示顯示鐵電顯示器，聲光顯示器等鐵電顯示器，聲光顯示器等壓電陶瓷的用途壓電陶瓷的用途壓電陶瓷的用途壓電陶瓷的用途壓電陶瓷泵壓電陶瓷泵閥閥出口出口壓電陶瓷壓電陶瓷換能器換能器進口進口壓電陶瓷的用途壓電陶瓷的用途壓電陶瓷噴墨打印壓電陶瓷噴墨打印金屬片金屬片圓錐形容器圓錐形容器內(nèi)液層內(nèi)液層外墨水池外墨水池噴嘴噴嘴金屬膜金屬膜墨水墨水壓電陶瓷壓電陶瓷換能器換能器輸入信號輸入信號壓電陶瓷的用途壓電陶瓷的用途254311.焊接程序控制器；焊接程序控制器；2.超聲發(fā)生器；超聲發(fā)生器；3.換能器聲學(xué)系統(tǒng)；換能器聲學(xué)系統(tǒng)；4.焊件；焊件

15、；5.工作臺工作臺壓電陶瓷超聲波焊接壓電陶瓷超聲波焊接壓電陶瓷的用途壓電陶瓷的用途壓電陶瓷超聲波焊接壓電陶瓷超聲波焊接壓電陶瓷的用途壓電陶瓷的用途壓電陶瓷加濕器壓電陶瓷加濕器霧氣出口霧氣出口水箱水箱壓電振子壓電振子水水霧霧風(fēng)機風(fēng)機壓電陶瓷的用途壓電陶瓷的用途壓電陶瓷加濕器壓電陶瓷加濕器壓電陶瓷的用途壓電陶瓷的用途壓電陶瓷變壓器（升壓型）壓電陶瓷變壓器（升壓型）輸入端輸入端極化方向極化方向極化方向極化方向驅(qū)動部分驅(qū)動部分發(fā)電部分發(fā)電部分振動方向振動方向輸出端輸出端twl/2tw壓電陶瓷的用途壓電陶瓷的用途壓電陶瓷變壓器（降壓型）壓電陶瓷變壓器（降壓型）壓電陶瓷的用途壓電陶瓷的用途 壓電陶瓷壓電陶

16、瓷復(fù)印機電源復(fù)印機電源壓電陶瓷的用途壓電陶瓷的用途筆記本電腦背光電源筆記本電腦背光電源壓電陶瓷的用途壓電陶瓷的用途壓電陶瓷變壓器壓電陶瓷變壓器便攜式激光電源便攜式激光電源壓電陶瓷的用途壓電陶瓷的用途激光血管內(nèi)激光血管內(nèi)照射治療儀照射治療儀壓電陶瓷的用途壓電陶瓷的用途壓電陶瓷極化臺壓電陶瓷極化臺壓電陶瓷的用途壓電陶瓷的用途壓電變壓器電警棍壓電變壓器電警棍壓電陶瓷的用途壓電陶瓷的用途壓電陶瓷變壓器雷壓電陶瓷變壓器雷達顯示器高壓電源達顯示器高壓電源壓電陶瓷的用途壓電陶瓷的用途壓電陶瓷變壓器（升壓型）壓電陶瓷變壓器（升壓型）壓電陶瓷的用途壓電陶瓷的用途壓電陶瓷變壓器（降壓型）壓電陶瓷變壓器（降壓型）壓

17、電陶瓷的用途壓電陶瓷的用途壓電陶瓷水聲設(shè)備壓電陶瓷水聲設(shè)備（1 1）水聲通訊）水聲通訊儀；（儀；（2 2）主動）主動式聲納（回聲式聲納（回聲定位儀）；（定位儀）；（3 3）被動式聲納被動式聲納壓電陶瓷的用途壓電陶瓷的用途壓電陶瓷超聲馬達（駐波型）壓電陶瓷超聲馬達（駐波型）123451.1.壓電元件；壓電元件；2.2.彈性襯墊；彈性襯墊；3.3.彈簧；彈簧；4.4.轉(zhuǎn)子；轉(zhuǎn)子；5.5.磨襯墊磨襯墊壓電陶瓷的用途壓電陶瓷的用途壓電陶瓷超聲馬達（行波型）壓電陶瓷超聲馬達（行波型）壓電陶瓷的用途壓電陶瓷的用途壓電陶瓷超聲馬達壓電陶瓷超聲馬達壓電陶瓷超聲馬達（行波型）壓電陶瓷超聲馬達（行波型）環(huán)形壓電馬

18、達工作原理環(huán)形壓電馬達工作原理壓電陶瓷的用途壓電陶瓷的用途壓電陶瓷超聲馬達壓電陶瓷超聲馬達壓電陶瓷的用途壓電陶瓷的用途壓電陶瓷超聲馬達壓電陶瓷超聲馬達壓電陶瓷的用途壓電陶瓷的用途壓電陶瓷超聲馬達壓電陶瓷超聲馬達基于壓電驅(qū)動器桿狀微馬達（攝像用）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的用途壓電陶瓷超聲馬達壓電陶瓷超聲馬達壓電陶瓷的用途壓電陶瓷的用途超聲馬達在國外已應(yīng)用的領(lǐng)域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

19、壓電陶瓷的用途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）壓電陶瓷的用途壓電陶瓷的用途壓電陶瓷驅(qū)動器壓電陶瓷驅(qū)動器壓電陶瓷的用途壓電陶瓷的用途壓電陶瓷驅(qū)動器壓電陶瓷驅(qū)動器壓電陶瓷的用途壓電陶瓷的用途壓電陶瓷驅(qū)動器壓電陶瓷驅(qū)動器基于壓電驅(qū)動器的全方位微移動平臺基于壓電驅(qū)動器的全方

20、位微移動平臺壓電陶瓷的用途壓電陶瓷的用途壓電陶瓷超聲清壓電陶瓷超聲清洗洗壓電陶瓷的用途壓電陶瓷的用途壓電陶瓷換能器壓電陶瓷換能器壓電陶瓷的用途壓電陶瓷的用途壓電陶瓷電聲元器件壓電陶瓷電聲元器件蜂鳴器蜂鳴器揚聲器揚聲器壓電陶瓷的用途壓電陶瓷的用途壓電陶瓷電聲元器件壓電陶瓷電聲元器件壓電陶瓷的用途壓電陶瓷的用途壓電陶瓷探傷儀壓電陶瓷探傷儀壓電陶瓷的用途壓電陶瓷的用途壓電陶瓷測厚儀壓電陶瓷測厚儀壓電陶瓷的用途壓電陶瓷的用途壓電陶瓷點火元器件壓電陶瓷點火元器件壓電陶瓷的用途壓電陶瓷的用途壓電陶瓷發(fā)電（框圖）壓電陶瓷發(fā)電（框圖）壓電陶瓷的用途壓電陶瓷的用途壓電陶瓷發(fā)電（鞋）壓電陶瓷發(fā)電（鞋）壓電陶瓷的用

21、途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光纖用作能量采集器 壓電陶瓷的制作工藝壓電陶瓷的制作工藝壓電陶瓷的制作過程主要步驟壓電陶瓷的制作過程主要步驟 極極化化測測試試上上電電極極機機加加工工配配料料混混合合預(yù)預(yù)燒燒粉粉碎碎成成型型排排膠膠燒燒成成配料（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壓電陶瓷的制作工藝 原料原料是制備壓電陶瓷的是制備壓電陶瓷的基礎(chǔ)基礎(chǔ)。選擇原料一。選擇原料一般應(yīng)注意其化學(xué)組成和物理狀態(tài)。般應(yīng)注意其化學(xué)組成和物理狀態(tài)。 (1) 純度純度 對純度的要求應(yīng)適度。對純度的要求應(yīng)適度。高

22、高純原料，價格昂純原料，價格昂貴，貴，燒結(jié)溫度高，溫區(qū)窄燒結(jié)溫度高，溫區(qū)窄。純度。純度稍低稍低的原料，的原料，有的雜質(zhì)可起礦化和助熔的作用，反而使有的雜質(zhì)可起礦化和助熔的作用，反而使燒結(jié)燒結(jié)溫度較低，且溫區(qū)較寬溫度較低，且溫區(qū)較寬。過低純度原料雜質(zhì)多，。過低純度原料雜質(zhì)多，不宜采用。不宜采用。 (2) 雜質(zhì)含量雜質(zhì)含量 壓電陶瓷的制作工藝壓電陶瓷的制作工藝配料（原料的選擇和處理）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：雜質(zhì)允許量主要根據(jù)以下三點因素決定： 1) 雜質(zhì)類型雜質(zhì)類型 有害雜質(zhì)有害雜質(zhì) 對材料絕緣、介電對材料絕緣、介電性等影響極大的雜質(zhì)，特別是異價離子。如性等影

23、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。等，愈少愈好。 有利雜質(zhì)有利雜質(zhì) 與材料與材料A、B位離子電價相同、半徑接近，位離子電價相同、半徑接近，能形成置換固溶的雜質(zhì)。如能形成置換固溶的雜質(zhì)。如Ca2+、Sr2+、Ba2+、Mg2+、Sn4+、Hf4+等離子，一般在等離子，一般在0.20.5%范范圍內(nèi)，壞的影響不大，甚至有利圍內(nèi)，壞的影響不大，甚至有利。 壓電陶瓷的制作工藝壓電陶瓷的制作工藝 2) 材料類型材料類型配料（原料的選擇和處理）配料（原料的選擇和處理） 接收型壓電陶瓷材料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)，已引入了降低電導(dǎo)率和老化率的

24、高價施主雜質(zhì)，原料中在原料中在0.5%以內(nèi)以內(nèi)的雜質(zhì)不足以顯著影響施主雜質(zhì)的雜質(zhì)不足以顯著影響施主雜質(zhì)的既定作用。的既定作用。 發(fā)射型壓電陶瓷材料發(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，一般希望在愈好，一般希望在0.05%以下以下。對于為了提高其它。對于為了提高其它性能參數(shù)的有意添加物，另當(dāng)別論。性能參數(shù)的有意添加物，另當(dāng)別論。3)原料在配方中的比例原料在配方中的比例配料（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壓電陶瓷的制作工藝在在PZT配方中，比例大的原料配方中，比例大的原料Pb3O4、ZrO2、T

25、iO2分別占重量比的分別占重量比的60%、20%和和10%左右，若雜質(zhì)多，引入雜質(zhì)總量也多。左右，若雜質(zhì)多，引入雜質(zhì)總量也多。因此，要求雜質(zhì)總含量均不超過因此，要求雜質(zhì)總含量均不超過2%，即要，即要求純度均在求純度均在98%以上。以上。 配方中比例小的其它原料，雜質(zhì)總含量配方中比例小的其它原料，雜質(zhì)總含量可稍高一些，一般均在可稍高一些，一般均在3%以下，即要求純以下，即要求純度均在度均在97%以上，特殊要求例外。以上，特殊要求例外。 壓電陶瓷的制作工藝壓電陶瓷的制作工藝(3) 穩(wěn)定性與活潑性穩(wěn)定性與活潑性配料（原料的選擇和處理）配料（原料的選擇和處理） 穩(wěn)定性穩(wěn)定性是指未進行固相反應(yīng)前原料本身

26、的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，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。如氧化物的相應(yīng)的碳酸鹽。如Na2CO3、CaCO3、SrCO3、BaCO3、MgCO3等。等。 壓電陶瓷的制作工藝壓電陶瓷的制作工藝 活潑性活潑性是指在固相反應(yīng)中原料本身的活是指在固相反應(yīng)中原料本身的活潑性。活潑性好的原料

27、能促使固相反應(yīng)完潑性?；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)如全，利于降低合成溫度，減少鉛揮發(fā)如Pb3O4原料比原料比PbO原料活潑性好。因其在原料活潑性好。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）配料（原料的選擇和處理）(3) (3) 穩(wěn)定性與活潑性穩(wěn)定性與活潑性 壓電陶瓷的制作工藝壓電陶瓷的制作工藝(4) 顆粒度顆粒度配料（原料的選擇和處理）配料（原料的選擇和處理） 原料顆粒度要求原料顆粒度要求小于小于0.2m，微量添加物應(yīng)更，微量添加物應(yīng)更細。這樣，可增加混料接觸面積，利于互擴散反細。這樣，可增加混料接

28、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。械強度等。 原料處理方面有以下常用方法：原料處理方面有以下常用方法： 采用的原料，若顆粒較粗，如采用的原料，若顆粒較粗，如MnO2、出廠、出廠未細磨的未細磨的ZrO2等等，必須細磨?？刹扇≌衲?、球磨、，必須細磨?？刹扇≌衲?、球磨、行星磨等，小量原料也可用研缽研細。行星磨等，小量原料也可用研缽研細。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壓電陶瓷的制作工藝烘干烘干 為了不影響配料的準確性，含水原料必須為了不影響配料的準確性，含水原料必須進行烘干脫水處理。一

29、般在電熱式干燥箱中干進行烘干脫水處理。一般在電熱式干燥箱中干燥。溫度燥。溫度110 120，時間不少于，時間不少于4小時，直至小時，直至無水分為止。無水分為止。化學(xué)分析化學(xué)分析 在大批量生產(chǎn)壓電陶瓷時，每批購進的原在大批量生產(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，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。雜質(zhì)，檢測其顆粒度，以保證壓電陶瓷的性能。(1)由原料的重量比來計算配方的方法寫出配由原料的重量比來計算配方的方法寫出配方的化學(xué)分子式；寫出原料分子

30、式、純度，查方的化學(xué)分子式；寫出原料分子式、純度，查出分子量；用以下公式計算各原料所需用量出分子量；用以下公式計算各原料所需用量11iiiniiiix MwWPx M (i=1，2，n) (1) 壓電陶瓷的制作工藝壓電陶瓷的制作工藝配料（配方計算）配料（配方計算）式中式中xi為原料的為原料的mol數(shù)，數(shù)，Mi為為mol質(zhì)量，質(zhì)量，xiMi為質(zhì)量，為質(zhì)量，Pi為純度；為純度； 為配方量；為配方量；W為總配料用量。為總配料用量。1niiix M(2)由原料由原料mol數(shù)比例來計算配方的方法數(shù)比例來計算配方的方法:寫出寫出配方的化學(xué)分子式配方的化學(xué)分子式;寫出所用原料的分子式、寫出所用原料的分子式、

31、純度，并查出其分子量純度，并查出其分子量(mol質(zhì)量質(zhì)量);用以下公式用以下公式計算各原料所需用量計算各原料所需用量: 1iiiiwx MXP (i=1，2，n) (2) 式中式中X為配料總為配料總mol數(shù)，其它同上。該方法計算比數(shù)，其它同上。該方法計算比較簡單，特別是配方中以較簡單，特別是配方中以mol百分比給出添加物百分比給出添加物時，常用此法。時，常用此法。 壓電陶瓷的制作工藝壓電陶瓷的制作工藝配料（配方計算）配料（配方計算） 壓電陶瓷的制作工藝壓電陶瓷的制作工藝稱料要求：稱料要求： 稱料與投料按稱料與投料按大料大料 小料小料 大料順序大料順序，以，以保證小料在混合中的均勻性。嚴防各原料

32、算錯、稱保證小料在混合中的均勻性。嚴防各原料算錯、稱錯、投錯，要仔細檢查，嚴格核對錯、投錯，要仔細檢查，嚴格核對 配料（稱料）配料（稱料） 稱料天平須有一定精度。批量生產(chǎn)中稱料天平須有一定精度。批量生產(chǎn)中,大料大料用用0.1克精度天平，小料用克精度天平，小料用0.01克精度天平?？司忍炱?。 稱料要誤差小，速度快，以減少原料吸收稱料要誤差小，速度快，以減少原料吸收空氣中水分而造成的誤差?？諝庵兴侄斐傻恼`差?；旌虾头鬯榛旌虾头鬯?混合混合是將稱量好的原料混合均勻、相互接觸，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)。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壓電陶瓷

33、的制作工藝 粉碎粉碎是將預(yù)燒好料塊細化，達到一定的平均粒是將預(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。度和粒度分布，為成型和燒成創(chuàng)造有利條件。 (1) (1)工藝方法工藝方法 使用球磨機使用球磨機( (滾筒式、行星式、攪拌式和振動滾筒式、行星式、攪拌式和振動式等球磨機式等球磨機) )，加磨球，加磨球( (鋼球、瑪瑙球、鋯球等鋼球、瑪瑙球、鋯球等) )與介質(zhì)與介質(zhì)( (水、酒精等水、酒精等) )，對原料進行機械混合或粉，對原料進行機械混合或粉碎。碎。(2) 工藝原理工藝原理 磨球靠電動機產(chǎn)生離心力、摩擦力和地心引力磨球靠電動機產(chǎn)生離心力、摩擦力和地心引力的共同作用，

34、形成碰撞、循環(huán)翻動和自轉(zhuǎn)等運動，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?；旌吓c粉碎細化?；旌虾头鬯榛旌虾头鬯?壓電陶瓷的制作工藝壓電陶瓷的制作工藝(3) 球磨工藝球磨工藝 具體球磨工藝視不同球磨機而定，其合理的工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)果藝參數(shù)要通過實驗結(jié)果(球磨后混合均勻程度、粉球磨后混合均勻程度、粉料粒度大小與分布、混雜量、效率和成本等料粒度大小與分布、混雜量、效率和成本等)優(yōu)選，優(yōu)選，也可借鑒相關(guān)工藝參數(shù)。也可借鑒相關(guān)工藝參數(shù)。(4) (4) 球磨

35、質(zhì)量的主要影響因素球磨質(zhì)量的主要影響因素 ： 球磨機轉(zhuǎn)速球磨機轉(zhuǎn)速（視球磨機類型、球磨罐大小等確定）（視球磨機類型、球磨罐大小等確定）； 球球磨罐磨罐( (直徑、內(nèi)襯材料等直徑、內(nèi)襯材料等) )； 磨球磨球( (比重、硬度、比重、硬度、形狀、磨損率形狀、磨損率 ； 粉料填充量粉料填充量(60%(60%左左右右) )；粉料、球與磨介的比例（視粉料的吸水；粉料、球與磨介的比例（視粉料的吸水性、球比重確定）；磨介的作用性、球比重確定）；磨介的作用( (粘附、劈裂、粘附、劈裂、流動、分散等流動、分散等) )；球磨時間（視球磨機類型、；球磨時間（視球磨機類型、進料粒度而定）；球磨方式進料粒度而定）；球磨

36、方式( (干法、濕法干法、濕法) )211GGfG t 壓電陶瓷的制作工藝壓電陶瓷的制作工藝混合和粉碎混合和粉碎 壓電陶瓷的制作工藝壓電陶瓷的制作工藝預(yù)燒預(yù)燒 預(yù)燒預(yù)燒(合成合成)是通過原料中原子或離子之間在加熱作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。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)燒預(yù)燒的目的的目的 使各原料的固相化學(xué)反應(yīng)充分均勻，生成組成固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。定的固溶體，形成主晶相。 排除原料中的二氧化碳和水分等，減小坯體的燒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

37、，以便于控制產(chǎn)品外形尺寸。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)。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壓電陶瓷的制作工藝預(yù)燒預(yù)燒對于對于PZT瓷料的合瓷料的合成過程，人們通過成過程，人們通過差熱分析、化學(xué)分差熱分析、化學(xué)分析、析、X射線分析等射線分析等手段獲得的結(jié)果見手段獲得的結(jié)果見圖所示。圖所示。PZT形成的差熱曲線形成的差熱曲線 壓電陶瓷的制作工藝壓電陶瓷的制作工藝 PZT合成時各相的變化合成時各相的變化 預(yù)燒預(yù)燒 壓電陶瓷的制作工藝壓電陶瓷的制作工藝 由圖中以由圖中以Pb3O

38、4為原料的差熱曲線可知：為原料的差熱曲線可知： 630的吸熱效應(yīng)是因的吸熱效應(yīng)是因Pb3O4分解為分解為PbO引引起，并開始形成起，并開始形成PbTiO3，到，到650形成形成PbTiO3的反應(yīng)最為顯著。的反應(yīng)最為顯著。預(yù)燒預(yù)燒 790是是PbOZrO2PbZrO3三元共融液三元共融液形成溫度，但因為這時大量存在的形成溫度，但因為這時大量存在的PT 馬上與馬上與PZ生成生成PZT固溶體，所以這也是固溶體，所以這也是PZT開始形成開始形成的溫度，該反應(yīng)到的溫度，該反應(yīng)到850基本完成?；就瓿伞?壓電陶瓷的制作工藝壓電陶瓷的制作工藝預(yù)燒預(yù)燒 壓電陶瓷的制作工藝壓電陶瓷的制作工藝23PbOTiOP

39、bTiO3213()xxPbTiOPbOZrOPb ZrTiO,13331()()xxxxPb ZrTiOPbTiOPb ZrTiO()xx反應(yīng)反應(yīng)B B：625800 625800 反應(yīng)反應(yīng)C C：800800以上以上 反應(yīng)反應(yīng)A A：350680350680預(yù)燒預(yù)燒預(yù)燒過程中相是隨預(yù)燒過程中相是隨溫度變化的。由圖溫度變化的。由圖可以把反應(yīng)按溫度可以把反應(yīng)按溫度范圍分成三段：范圍分成三段： 壓電陶瓷的制作工藝壓電陶瓷的制作工藝(3) 預(yù)燒工藝預(yù)燒工藝預(yù)燒預(yù)燒1) 裝缽裝缽 將粉料裝缽，并壓緊、扎孔、加蓋入將粉料裝缽，并壓緊、扎孔、加蓋入 爐。爐。 500前爐門微開，之后關(guān)爐門。前爐門微開，之

40、后關(guān)爐門。 2) 加熱條件加熱條件(以典型以典型PZT為例為例) 升溫速率升溫速率：視爐內(nèi)裝料多少而定。：視爐內(nèi)裝料多少而定。 最高溫度最高溫度：850左右左右(視配方而變化視配方而變化) 保溫時間保溫時間：650左右保溫左右保溫1-2小時，以生成小時，以生成PT。 850左右保溫左右保溫2小時，以生成小時，以生成PZT。 降溫速率降溫速率：關(guān)電隨爐冷卻，至：關(guān)電隨爐冷卻，至200以下出爐。以下出爐。 爐內(nèi)氣氛爐內(nèi)氣氛：以中性或氧化氣氛為好；還原氣氛導(dǎo)致：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。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壓電陶瓷的制

41、作工藝(4) 預(yù)燒瓷料質(zhì)量要求預(yù)燒瓷料質(zhì)量要求 外觀外觀：顏色正常、均勻一致；有一定膨脹或收：顏色正常、均勻一致；有一定膨脹或收縮縮 (視具體配方視具體配方)；硬度適中。；硬度適中。 化學(xué)分析化學(xué)分析：游離鋯、鈦、鉛少，小于：游離鋯、鈦、鉛少，小于0.5% 相分析相分析：為鈣鈦礦相，無雜相。：為鈣鈦礦相，無雜相。2012Qk TrtDe預(yù)燒預(yù)燒(5) 影響預(yù)燒的因素影響預(yù)燒的因素 原料活性及顆粒度原料活性及顆粒度 其制約關(guān)系有其制約關(guān)系有 壓電陶瓷的制作工藝壓電陶瓷的制作工藝1Q上式中，上式中，t為固相反應(yīng)完全所需時間；為固相反應(yīng)完全所需時間；r為顆粒直為顆粒直徑；徑；D0為擴散頻率因子；為擴

42、散頻率因子；Q為激活能；為激活能；T為溫度；為溫度；k為常數(shù)。為常數(shù)。 這說明，固相反應(yīng)速度與原料擴散狀況這說明，固相反應(yīng)速度與原料擴散狀況(D0)、活性（活性（ ）、溫度成正比，而與原料顆粒平均）、溫度成正比，而與原料顆粒平均直徑成反比。直徑成反比。預(yù)燒預(yù)燒2012QkTrtDe 合成溫度合成溫度(以上已說明以上已說明)。 升溫速率和保溫時間。升溫速率和保溫時間。 坯料壓緊力。坯料壓緊力。 爐內(nèi)溫度均勻性、氣氛等。爐內(nèi)溫度均勻性、氣氛等。 壓電陶瓷的制作工藝壓電陶瓷的制作工藝預(yù)燒預(yù)燒成型成型 壓電陶瓷的制作工藝壓電陶瓷的制作工藝 成型成型就是將瓷料壓制成所需要的形狀規(guī)格的坯就是將瓷料壓制成所

43、需要的形狀規(guī)格的坯體，并為燒結(jié)創(chuàng)造條件。體，并為燒結(jié)創(chuàng)造條件。 坯體成型的方式和方法很多，如坯體成型的方式和方法很多，如壓力成型法壓力成型法、可塑成型法可塑成型法和和漿料成型法漿料成型法等，每大類成型法中又等，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、可分為若干具體成型方法。可以根據(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。紹廣泛采用的干壓成型法。 干壓成型干壓成型是將經(jīng)過造粒的瓷料裝入一定形狀的鋼是將經(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。模內(nèi)，借助于模塞，在一定外

44、力下壓制成坯體。 壓電陶瓷的制作工藝壓電陶瓷的制作工藝成型成型干壓成型原理干壓成型原理 在外力作用下，瓷料顆粒在模具內(nèi)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。起來，成為保持一定形狀的坯體。干壓坯體的結(jié)構(gòu)干壓坯體的結(jié)構(gòu)：可看成由液相（粘合劑）層、空：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。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內(nèi)部作用力及其物理機制：顆粒接觸鑲嵌引起的顆粒接觸鑲嵌引起的嚙合力；嚙合力；粘合劑在顆粒間微孔中的無細管壓力；粘合劑在顆粒間微孔中

45、的無細管壓力；顆粒間、粘合劑和顆粒間的分子引力；顆粒間、粘合劑和顆粒間的分子引力；接觸物接觸物間電荷轉(zhuǎn)移引起的靜電吸引力。間電荷轉(zhuǎn)移引起的靜電吸引力。成型條件選擇的一般原則成型條件選擇的一般原則成型成型 壓電陶瓷的制作工藝壓電陶瓷的制作工藝(1)加壓方式加壓方式 干壓成型一般分干壓成型一般分單向加壓單向加壓和和雙向加壓雙向加壓兩種方兩種方式。較薄制品可采用單向加壓方式；厚制品宜式。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。采用雙向加壓，以使坯體內(nèi)密度較均勻。 壓電陶瓷的制作工藝壓電陶瓷的制作工藝成型成型(2)壓力壓力 對不同瓷料、不同形狀制品，壓強由實驗確對不同瓷

46、料、不同形狀制品，壓強由實驗確定。一般在定。一般在1-3T/cm3范圍，以保證坯體密度均范圍，以保證坯體密度均勻地達到勻地達到5.4-5.7g/cm3。(3)加壓速度和保壓時間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。壓可較快，保壓幾秒鐘即可。 壓電陶瓷的制作工藝壓電陶瓷的制作工藝成型（粘合劑的使用）成型（粘合劑的使用）(1) 粘合劑對成型作用粘合劑對成型作

47、用 賦予賦予瓷料可塑性瓷料可塑性，便于成型，且坯體具有較高、，便于成型，且坯體具有較高、均勻致密度；均勻致密度； 增加增加瓷料的粘結(jié)性瓷料的粘結(jié)性，使成型坯體具，使成型坯體具有一定的機械強度；有一定的機械強度；減少瓷料與模壁間的摩擦力，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。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壓電陶瓷制品對粘合劑要求 有足夠有足夠粘結(jié)性粘結(jié)性；揮發(fā)溫度范圍寬揮發(fā)溫度范圍寬，能緩慢分散，能緩慢分散揮發(fā)，快速集中揮發(fā)引起開裂；揮發(fā)，快速集中揮發(fā)引起開裂；揮發(fā)溫度不能太揮發(fā)溫度不能太低低，以免和水分同時揮發(fā)，造成坯體變形或開裂，以免和水分同時揮

48、發(fā)，造成坯體變形或開裂，太高，引起鉛揮發(fā)；太高，引起鉛揮發(fā)；無殘留雜質(zhì)無殘留雜質(zhì)影響制品的性能。影響制品的性能。 壓電陶瓷的制作工藝壓電陶瓷的制作工藝(3)粘合劑的配制粘合劑的配制成型（粘合劑的使用）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粘合劑品種很多，壓電瓷料干壓成型使用聚乙烯醇（醇（PVA）較多，無毒，能滿足上述要求。）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。以下介紹其典型配方、特點及制法。 5%濃度濃度PVA水溶液水溶液，配方簡單，成本低，存，配方簡單，成本低，存放期短（放期短（10天內(nèi)）。天內(nèi)）。 PVA：甘油：酒精：蒸餾水：甘油：酒精：

49、蒸餾水=15：7：3：7（wt%）。粘度較大，存放期較長，不易變質(zhì)，但）。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。較低溫度下過稠，不宜采用。 配制配制：混合，：混合，90溫度下攪拌溶化，過濾、溫度下攪拌溶化，過濾、 密封存放備用。密封存放備用。 壓電陶瓷的制作工藝壓電陶瓷的制作工藝PVA的粘合作用的粘合作用成型（粘合劑的使用）成型（粘合劑的使用）成型（造粒）成型（造粒） 壓電陶瓷的制作工藝壓電陶瓷的制作工藝 造粒造粒是將瓷料混合粘結(jié)劑后，制成流動性好的是將瓷料混合粘結(jié)劑后，制成流動性好的較粗顆粒（約較粗顆粒（約20目目/吋）。把這種顆粒稱為團粒，吋）。把這種顆粒稱為團粒，以

50、示區(qū)別。以示區(qū)別。 (1)造粒的作用造粒的作用 因細磨后的瓷粉細且輕、比表面積大、占據(jù)體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。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所以造粒的作用就在于均勻瓷粉中的粘合劑、增加均勻瓷粉中的粘合劑、增加其顆粒度、比重和流動性其顆粒度、比重和流動性，使成型坯體致密度提高。，使成型坯體致密度提高。(2)常用造粒方法及特點常用造粒方法及特點 壓電陶瓷的制作工藝壓電陶瓷的制作工藝成型（造粒）成型（造粒） 普通手工造粒法普通手工造粒法 將瓷料加適量（如將瓷料加適量（如4-5wt%）的）的5%濃度濃度 P

51、VA水溶液粘合劑，在研缽內(nèi)手工細混勻然后水溶液粘合劑，在研缽內(nèi)手工細混勻然后過篩即可。過篩即可。 該法該法操作簡單，但勞動強度大，混合難以均操作簡單，但勞動強度大，混合難以均勻，團粒質(zhì)量不高勻，團粒質(zhì)量不高，效率低，僅適合實驗室和，效率低，僅適合實驗室和小量生產(chǎn)。小量生產(chǎn)。 加壓造粒法加壓造粒法 將瓷料加入將瓷料加入4-5wt%的的5%濃度濃度PVA水溶液水溶液粘合劑，粘合劑，在混料機中攪研均勻，在混料機中攪研均勻，過過20目目/吋篩吋篩。然后在液壓機。然后在液壓機上用壓模以上用壓模以180-250kg/cm2壓力壓力保壓保壓1分鐘壓成圓餅。分鐘壓成圓餅。用破碎機破碎圓餅，直至用破碎機破碎圓餅

52、，直至全部通過全部通過20目目/吋篩吋篩即可備即可備用。用。 壓電陶瓷的制作工藝壓電陶瓷的制作工藝成型（造粒）成型（造粒） 該法該法團粒密度大，坯體機械強度高團粒密度大，坯體機械強度高，能滿足各種，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，大型和異型制品成型要求。但產(chǎn)量較小，效率不高，工藝操作要求嚴格，適合于實驗室實驗和中批量生工藝操作要求嚴格，適合于實驗室實驗和中批量生產(chǎn)。產(chǎn)。 噴霧干燥造粒法噴霧干燥造粒法 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

53、件控制。粒粗細可由霧化相關(guān)條件控制。 壓電陶瓷的制作工藝壓電陶瓷的制作工藝成型（造粒）成型（造粒） 該法該法顆粒為球狀、流動性好、質(zhì)量好、且顆粒為球狀、流動性好、質(zhì)量好、且產(chǎn)量大、連續(xù)生產(chǎn)、效率高產(chǎn)量大、連續(xù)生產(chǎn)、效率高，勞動強度小和條，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。件得到改善。宜于大批量生產(chǎn)，但設(shè)備成本高。 壓電陶瓷的制作工藝壓電陶瓷的制作工藝成型（模具設(shè)計）成型（模具設(shè)計） 模具的設(shè)計模具的設(shè)計以制品的形狀、尺寸、壓力、粉以制品的形狀、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)料壓縮化、燒結(jié)收縮率、粗糙度等為依據(jù)來設(shè)計模具。計模具。具體要求具體要求:

54、配合精度（如三級精度配合）；配合精度（如三級精度配合）； 光潔度（如工作面光潔度（如工作面10）；）； 硬度（如硬度（如HRC 57-62）；）； 脫模錐度（一般不小于脫模錐度（一般不小于1%）；）； 形狀、尺寸；形狀、尺寸； 用材（工具鋼，如用材（工具鋼，如Cr12鋼）等。鋼）等。 壓電陶瓷的制作工藝壓電陶瓷的制作工藝成型（影響成型質(zhì)量的因素）成型（影響成型質(zhì)量的因素）（1）粘合劑）粘合劑 以以PVA粘合劑為例，主要影響因素有：粘合劑為例，主要影響因素有：聚合度聚合度n。n過大，鏈節(jié)長，粘結(jié)力和彈性大，過大，鏈節(jié)長，粘結(jié)力和彈性大，不利于造粒和成型；不利于造粒和成型；n過小，鏈節(jié)輕，彈性和過

55、小，鏈節(jié)輕，彈性和粘結(jié)力小，起不到粘合劑作用。粘結(jié)力小，起不到粘合劑作用。n 一般選一般選175050較合適。較合適。 用量用量：過少，不利于成型。過多，排塑后，：過少，不利于成型。過多，排塑后，氣孔多，影響坯體密度。氣孔多，影響坯體密度。 壓電陶瓷的制作工藝壓電陶瓷的制作工藝(2)團粒性質(zhì)團粒性質(zhì) 主要包括主要包括粒形、粒度、粒度分布粒形、粒度、粒度分布、密度等對流、密度等對流動性、裝填密度和壓實密度的影響。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）成型（影響成型質(zhì)量的因素）(3)加壓制度加壓制度 包括包括加壓方式加壓方式、成型壓力成型壓力、加壓速度加壓速度和和保壓時保壓時間

56、間對成型質(zhì)量的影響。對成型質(zhì)量的影響。(4)模具模具 模具陰陽件的模具陰陽件的配合精度配合精度、光潔度光潔度、脫模錐度脫模錐度等等對成型坯體有重要的影響。對成型坯體有重要的影響。排塑（必要性排塑（必要性) ) 壓電陶瓷的制作工藝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，成型坯體中粘合劑是一種高分子化合物，含碳多，含碳多，碳在氧氣不足時燃燒產(chǎn)生還原性很碳在氧氣不足時燃燒產(chǎn)生還原性很強的一氧化碳。強的一氧化碳。一氧化碳奪取一氧化碳奪取PZT中的氧而中的氧而形成二氧化碳，形成二氧化碳，使金屬氧化物還原為導(dǎo)電的使金屬氧化物還原為導(dǎo)電的金屬（如金屬（如Pb）和半導(dǎo)體性質(zhì)的低價氧化物）和半導(dǎo)

57、體性質(zhì)的低價氧化物（如（如Ti2O3），影響陶瓷的顏色、成瓷性、燒，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，必銀、極化和最終性能。所以，在燒結(jié)前，必須對坯體進行排塑。須對坯體進行排塑。排塑（基本要求排塑（基本要求 ) ) 壓電陶瓷的制作工藝壓電陶瓷的制作工藝(1)根據(jù)根據(jù)PVA粘合劑的揮發(fā)性，嚴格粘合劑的揮發(fā)性，嚴格控制排塑的控制排塑的升溫速度和保溫時間。升溫速度和保溫時間。 在排除在排除PVA粘合劑過程中，粘合劑過程中，100左右（隨左右（隨坯體厚度增加而增加）是坯體厚度增加而增加）是水分的揮發(fā)水分的揮發(fā)，200-500是是PVA的揮發(fā)溫區(qū)。這樣，的揮發(fā)溫區(qū)。這樣，10

58、0左右要保左右要保溫一段時間，溫一段時間，500以前必須緩慢升溫。以前必須緩慢升溫。 壓電陶瓷的制作工藝壓電陶瓷的制作工藝排塑（基本要求排塑（基本要求 ) )(2)根據(jù)根據(jù)PVA粘合劑的分解特性，粘合劑的分解特性，控制排塑氣氛控制排塑氣氛 PVA粘合劑加熱分解及氧不足情況下對粘合劑加熱分解及氧不足情況下對PZT作作用的反應(yīng)式有：用的反應(yīng)式有：32223222)()(OnTinPbnCOnZrOnCOOZrTinPbnCOnOnCOnHnCCHOHCHn這樣，這樣，PZT坯體發(fā)生了不同程度的還原反應(yīng)。坯體發(fā)生了不同程度的還原反應(yīng)。 PZT坯體發(fā)生了不同程度的還原反應(yīng)，坯體發(fā)生了不同程度的還原反應(yīng)

59、，將導(dǎo)致的結(jié)果有：將導(dǎo)致的結(jié)果有： 壓電陶瓷的制作工藝壓電陶瓷的制作工藝排塑（基本要求排塑（基本要求 ) ) 燒結(jié)時燒結(jié)時不易結(jié)晶成瓷不易結(jié)晶成瓷，顏色不正常顏色不正常； 燒銀時發(fā)生燒銀時發(fā)生滲銀發(fā)黑滲銀發(fā)黑，極化時則難以，極化時則難以加上電壓；加上電壓； 陶瓷陶瓷電性能惡化電性能惡化等。等。 因此，必須確保使排塑爐內(nèi)有充足的氧因此，必須確保使排塑爐內(nèi)有充足的氧氣氛。氣氛。 壓電陶瓷的制作工藝壓電陶瓷的制作工藝排塑（排塑（排塑工藝排塑工藝) ) 將坯體裝入透氣性好的耐火槽板中，推入氧氛好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：的排塑爐內(nèi)，按一定加熱

60、制度排塑。典型例如下： 升溫速度升溫速度：0450，50/h；450750，150/h 最高溫度最高溫度：750（600前，微開爐門，前，微開爐門，600關(guān)爐門）關(guān)爐門） 保溫時間保溫時間：1h 冷卻方式冷卻方式：關(guān)電源隨爐冷卻。：關(guān)電源隨爐冷卻。燒結(jié)（燒結(jié)（理論要點與燒結(jié)過程）理論要點與燒結(jié)過程） 壓電陶瓷的制作工藝壓電陶瓷的制作工藝 燒結(jié)燒結(jié)是利用熱能使坯體轉(zhuǎn)變?yōu)橹旅芴沾傻墓に囘^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。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)理論要點燒結(jié)理論要點 1)燒結(jié)是一個過程，具有階段性。燒結(jié)是一個過程，具有