壓電陶瓷基本知識(shí)課件

壓電陶瓷基本知識(shí)1ppt課件壓電陶瓷基本知識(shí)1ppt課件壓電陶瓷的基本知識(shí)發(fā)展歷史壓電陶瓷的基本概念壓電陶瓷的主要性能參數(shù)壓電陶瓷的制作工藝壓電陶瓷的應(yīng)用市場發(fā)展前景與方向2ppt課件壓電陶瓷的基本知識(shí)發(fā)展歷史2ppt課件

壓電陶瓷是什么？

壓電陶瓷是一種具有壓電效應(yīng)的多晶體。因生產(chǎn)工藝和陶瓷相近而得名。各種規(guī)格的壓電陶瓷片晶粒的晶格取向示意圖

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。3ppt課件壓電陶瓷是什么？各種規(guī)格的壓電陶瓷片晶粒的晶格取向示意圖發(fā)展歷史1880居里兄弟首先發(fā)現(xiàn)電氣石的壓電效應(yīng)，從此開始了壓電學(xué)的歷史。1881居里兄弟實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了逆壓電效應(yīng)，給出石英相同的正逆壓電常數(shù)。4ppt課件發(fā)展歷史1880居里兄弟首先發(fā)現(xiàn)電氣石的壓電效應(yīng)，從此開始了發(fā)展歷史1942-1949發(fā)現(xiàn)了BaTiO3壓電陶瓷上的高介電常數(shù)和鐵電性、壓電性。后續(xù)解決了極化問題。50年代美國日本先后利用BaTiO3壓電陶瓷制作超聲換能器、高頻換能器、壓力傳感器、濾波器等的應(yīng)用研究。5ppt課件發(fā)展歷史1942發(fā)現(xiàn)了BaTiO3壓電陶瓷上的高介電常數(shù)和鐵發(fā)展歷史1954美國B.Jaffe等人發(fā)現(xiàn)了鋯鈦酸鉛(PZT)具有非常強(qiáng)和穩(wěn)定的壓電性，促使壓電器件的應(yīng)用研究又大大地向前推進(jìn)了一大步。迄今壓電陶瓷的應(yīng)用，上至宇宙開發(fā)，下至家庭生活極其廣泛。

后來為了保護(hù)地球和人類的生存空間，防止環(huán)境的污染，非鉛壓電陶瓷成為未來研究和應(yīng)用的方向。6ppt課件發(fā)展歷史1954美國B.Jaffe等人發(fā)現(xiàn)了鋯鈦酸鉛(PZT壓電陶瓷的基本概念三個(gè)重要概念1、自發(fā)極化120℃以下，BaTiO3晶體結(jié)構(gòu)稍有畸變，為四方結(jié)構(gòu)，Ba2+和Ti4+相對(duì)于O2-產(chǎn)生了一個(gè)位移，結(jié)果導(dǎo)致正負(fù)電荷中心不重合，產(chǎn)生了極化（自發(fā)極化），通常把這種轉(zhuǎn)變溫度稱為居里溫度或居里點(diǎn)（Tc）。7ppt課件壓電陶瓷的基本概念三個(gè)重要概念1、自發(fā)極化7ppt課件壓電陶瓷的基本概念三個(gè)重要概念鐵電晶體中存在著自發(fā)極化方向不同的小區(qū)域，那些自發(fā)極化方向相同的區(qū)域稱為電疇（黑色粗線為疇壁）。對(duì)于自發(fā)極化而言，從宏觀統(tǒng)計(jì)來看，晶體中存在著各個(gè)方向的自發(fā)極化，它們相互抵消，宏觀上對(duì)外不呈現(xiàn)極性。8ppt課件壓電陶瓷的基本概念三個(gè)重要概念鐵電晶體中存在著自發(fā)極化方向不壓電陶瓷基本概念三個(gè)重要概念

2、人工極化

人工極化就是在壓電陶瓷上加一足夠高的直流電場，并保持一定的溫度和時(shí)間，迫使其電疇轉(zhuǎn)向，或者說迫使其自發(fā)極化作定向排列。下圖示意陶瓷中電疇在極化處理前后的變化情況。9ppt課件壓電陶瓷基本概念三個(gè)重要概念2、人工極化

9p壓電陶瓷的基本概念三個(gè)重要概念3、鐵電陶瓷某些材料在一定溫度范圍內(nèi)具有自發(fā)極化。而且其自發(fā)極化可以因外電場的作用而轉(zhuǎn)向，材料的這種特性稱為鐵電性。具有這種特性的陶瓷材料稱為鐵電陶瓷.Ps單個(gè)電疇的極化強(qiáng)度；Pr剩余極化強(qiáng)度；Ec矯頑電場。10ppt課件壓電陶瓷的基本概念三個(gè)重要概念3、鐵電陶瓷Ps單個(gè)電疇的極化壓電陶瓷的基本概念壓電陶瓷的原理：壓電效應(yīng)

壓電效應(yīng)是指某些介質(zhì)在力的作用下，產(chǎn)生形變，引起介質(zhì)表面帶電，這是正壓電效應(yīng)。反之，施加激勵(lì)電場，介質(zhì)將產(chǎn)生機(jī)械變形，稱逆壓電效應(yīng)。11ppt課件壓電陶瓷的基本概念壓電陶瓷的原理：壓電效應(yīng)11ppt課件壓電陶瓷的基本概念壓電效應(yīng)的本質(zhì)－－－－－－＋＋＋＋＋＋－－－－－－極化方向＋＋＋＋＋＋Ｅ電場方向＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－＋＋＋＋＋

極化方向正壓電效應(yīng)示意圖（實(shí)線代表形變前的情況，虛線代表形變后的情況）F－＋逆壓電效應(yīng)示意圖正壓電效應(yīng)本質(zhì)：機(jī)械作用引起介質(zhì)極化。逆壓電效應(yīng)的本質(zhì)：電場作用引起介質(zhì)極化。12ppt課件壓電陶瓷的基本概念壓電效應(yīng)的本質(zhì)－－－－－－＋＋壓電陶瓷的基本概念

氣體噴嘴高壓引線壓電振子磷銅片壓電振子外殼叩擊機(jī)構(gòu)

正壓電效應(yīng)壓電陶瓷點(diǎn)火示意圖13ppt課件壓電陶瓷的基本概念氣體噴嘴高壓引線壓電振子磷銅片壓電振子外壓電陶瓷的基本概念

節(jié)點(diǎn)支承邊緣支承中心支承逆壓電效應(yīng)壓電蜂鳴器工作示意圖14ppt課件壓電陶瓷的基本概念節(jié)點(diǎn)支承邊緣支承中心支承逆壓電效應(yīng)壓電蜂壓電陶瓷的基本概念壓電陶瓷的壓電效應(yīng)機(jī)理與石英晶體大不相同，未經(jīng)極化處理的壓電陶瓷材料是不會(huì)產(chǎn)生壓電效應(yīng)的。壓電陶瓷經(jīng)極化處理后，剩余極化強(qiáng)度會(huì)使與極化方向垂直的兩端出現(xiàn)束縛電荷（一端為正，另一端為負(fù)），由于這些束縛電荷的作用在陶瓷的兩個(gè)表面吸附一層來自外界的自由電荷，并使整個(gè)壓電陶瓷片呈電中性。

圖5束縛電荷和自由電荷排列示意圖自由電荷自由電荷電極束縛電荷15ppt課件壓電陶瓷的基本概念壓電陶瓷的壓電效應(yīng)機(jī)理與石英晶體大不相同，壓電陶瓷的基本概念并非所有的陶瓷都具有壓電效應(yīng)。作為壓電陶瓷的原材料，在晶體結(jié)構(gòu)上一定是不具有對(duì)稱中心的晶體，如氧化鉛、氧化鋯、氧化鈦、碳酸鋇、氧化鈮、氧化鎂、氧化鋅等。在32種點(diǎn)群的晶體中，只有20種非中心對(duì)稱點(diǎn)群的晶體才有壓電效應(yīng)。將這些原材料在高溫下致密燒結(jié)，制成陶瓷，并將制好的陶瓷在直流高壓電場下進(jìn)行極化處理，才能成為壓電陶瓷。常用的壓電陶瓷有鈦酸鋇、鈦酸鉛、鋯鈦酸鉛以及三元系壓電陶瓷等。16ppt課件壓電陶瓷的基本概念并非所有的陶瓷都具有壓電效應(yīng)。作為壓電陶瓷石英晶體和壓電陶瓷的比較石英晶體：一種單晶體，本身具有壓電效應(yīng)，居里點(diǎn)溫度高（高達(dá)573℃），穩(wěn)定性好，精度高(精度可以達(dá)到小數(shù)點(diǎn)后六位數(shù))，無熱釋電現(xiàn)象，工藝簡單。但壓電常數(shù)小，成本高（相同的頻點(diǎn)，石英要高4～10倍以上）。壓電陶瓷：一種多晶體，需要極化后才具有壓電效應(yīng)，壓電常數(shù)大，成本低。但居里點(diǎn)溫度低(120～360℃)，精度低(精度只能滿足到小數(shù)點(diǎn)后三位),制作工藝較為復(fù)雜，穩(wěn)定性不如石英晶體，有熱釋電現(xiàn)象，會(huì)給傳感器帶來熱干擾。兩者都只能作動(dòng)態(tài)測量。由于外力作用在壓電元件上產(chǎn)生的電荷只有在內(nèi)部無漏損或外接負(fù)載RL趨于無窮大時(shí)，其受力后產(chǎn)生的電荷才能保持，這實(shí)際上是不可能的。只有外力不斷變化或高頻作用下，電荷才能得以補(bǔ)充，因此從這個(gè)意義上講，壓電晶體不適合靜態(tài)測量。17ppt課件石英晶體和壓電陶瓷的比較石英晶體：一種單晶體，本身具有壓電效壓電陶瓷的主要性能參數(shù)壓電常數(shù)d介電常數(shù)ε介質(zhì)損耗tanδ機(jī)電耦合系數(shù)Kp機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm頻率常數(shù)N18ppt課件壓電陶瓷的主要性能參數(shù)壓電常數(shù)d18ppt課件壓電陶瓷的主要性能參數(shù)壓電常數(shù)d

壓電常數(shù)是反映力學(xué)量（應(yīng)力或應(yīng)變）與電學(xué)量（電位移或電場）間相互耦合的線性響應(yīng)系數(shù)。其數(shù)值的大小直接表征了壓電效應(yīng)的強(qiáng)弱。當(dāng)沿壓電陶瓷的極化方向施加壓應(yīng)力T時(shí)，在電極面上就產(chǎn)生電荷D，則有以下關(guān)系式：D=dT式中d單位為庫侖/牛頓（C/N）

這正是正壓電效應(yīng)。還有一個(gè)逆壓電效應(yīng)，既施加電場E時(shí)成比例地產(chǎn)生應(yīng)變S，其所產(chǎn)生的應(yīng)變?yōu)榕蛎洖槭湛s取決于樣品的極化方向。

S=dE式中，d的單位為米/伏（m/v）。19ppt課件壓電陶瓷的主要性能參數(shù)壓電常數(shù)d19ppt課件壓電陶瓷的主要性能參數(shù)

對(duì)于正和逆壓電效應(yīng)來講，d在數(shù)值上是相同的，即有關(guān)系：

對(duì)于企圖用來產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)或振動(dòng)（例如，聲納和超聲換能器）的材料來說，希望具有大的壓電應(yīng)變常數(shù)d。

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(jī)械振動(dòng)方向）。電荷靈敏度Kq和電壓靈敏度Ku分別為：結(jié)論：靈敏度與壓電系數(shù)d成正比，與質(zhì)量m成正比。增加質(zhì)量：影響被測體振動(dòng)狀態(tài)20ppt課件壓電陶瓷的主要性能參數(shù)對(duì)于正和逆壓電效應(yīng)來講壓電陶瓷的主要性能參數(shù)介電常數(shù)ε

介電常數(shù)是反映材料的介電性質(zhì)，或極化性質(zhì)的，通常用ε來表示。不同用途的壓電陶瓷元器件對(duì)壓電陶瓷的介電常數(shù)要求不同。例如，壓電陶瓷揚(yáng)聲器等音頻元件要求陶瓷的介電常數(shù)要大，而高頻壓電陶瓷元器件則要求材料的介電常數(shù)要小。

介電常數(shù)ε與壓電元件的電容C，電極面積A和電極間距離t之間的關(guān)系為：ε=C·t/A

有時(shí)使用相對(duì)介電常數(shù)，它與絕對(duì)介電常數(shù)ε之間的關(guān)系為

=ε/εo

式中，εo為真空（或自由空間）的介電常數(shù)，εo=8.85×10-12（F/m），而

則無單位，是一個(gè)數(shù)值。21ppt課件壓電陶瓷的主要性能參數(shù)介電常數(shù)ε21ppt課件壓電陶瓷的主要性能參數(shù)介質(zhì)損耗tanδ

電介質(zhì)在電場作用下，由于電極化弛豫過程和漏導(dǎo)等原因在電介質(zhì)內(nèi)所損耗的能量。理想電介質(zhì)在正弦交變電場作用下流過的電流比電壓相位超前90°，但在壓電陶瓷中因有能量損耗，電流超前的相位角ψ小于90°，它的余角δ(δ+ψ=90°)稱為損耗角，它是一個(gè)無因次的物理量，人們通常用損耗角正切tanδ來表示介質(zhì)損耗的大小，它表示了電介質(zhì)的有功功率（損失功率）P與無功功率Q之比。即：電學(xué)品質(zhì)因數(shù)Qe（electricalqualityfactor）

電學(xué)品質(zhì)因數(shù)的值等于損耗角正切值的倒數(shù)，用Qe表示，它是一個(gè)無因次的物理量。若用并聯(lián)等效電路表示交變電場中的壓電陶瓷的試樣，則Qe=1/tanδ=ωCR22ppt課件壓電陶瓷的主要性能參數(shù)介質(zhì)損耗tanδ22ppt課件壓電陶瓷的主要性能參數(shù)機(jī)電耦合系數(shù)Kp

機(jī)電耦合系數(shù)K是一個(gè)綜合反映壓電陶瓷的機(jī)械能與電能之間耦合關(guān)系的物理量，是壓電材料進(jìn)行機(jī)—電能量轉(zhuǎn)換能力的反映。機(jī)電耦合系數(shù)的定義是：或

壓電陶瓷振子（具有一定形狀、大小和被覆工作電極的壓電陶瓷體）的機(jī)械能與其形狀和振動(dòng)模式有關(guān)，不同的振動(dòng)模式將有相應(yīng)的機(jī)電耦合系數(shù)。如對(duì)薄圓片徑向伸縮模式的耦合系數(shù)為Kp（平面耦合系數(shù)）；薄形長片長度伸縮模式的耦合系數(shù)為K31（橫向耦合系數(shù)）；圓柱體軸向伸縮模式的耦合系數(shù)為K33（縱向耦合系數(shù)）等。23ppt課件壓電陶瓷的主要性能參數(shù)機(jī)電耦合系數(shù)Kp或壓電陶瓷振子（具壓電陶瓷的主要性能參數(shù)24ppt課件壓電陶瓷的主要性能參數(shù)24ppt課件壓電陶瓷的主要性能參數(shù)機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm

壓電陶瓷在振動(dòng)時(shí)，為了克服內(nèi)摩擦需要消耗能量。機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm是反映能量消耗大小的一個(gè)參數(shù)。Qm越大，能量消耗越小。機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm的定義式是：其中：fr為壓電振子的諧振頻率fa為壓電振子的反諧振頻率R為諧振頻率時(shí)的最小阻抗Zmin（諧振電阻）C0為壓電振子的靜電容C1為壓電振子的諧振電容25ppt課件壓電陶瓷的主要性能參數(shù)機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm其中：25ppt課件壓電陶瓷的主要性能參數(shù)頻率常數(shù)N

對(duì)某一壓電振子，其諧振頻率和振子振動(dòng)方向長度的乘積為一個(gè)常數(shù)，即頻率常數(shù)。N=fr×l

其中：fr為壓電振子的諧振頻率；l為壓電振子振動(dòng)方向的長度。薄圓片徑向振動(dòng)Np=fr×DD為圓片的直徑薄板厚度伸縮振動(dòng)Nt=fr×tt為薄板的厚度細(xì)長棒K33振動(dòng)N33=fr×ll為棒的長度薄板切變K15振動(dòng)N15=fr×ltlt為薄板的厚度

26ppt課件壓電陶瓷的主要性能參數(shù)頻率常數(shù)N其中：薄圓片徑向振動(dòng)壓電陶瓷的制造工藝壓電陶瓷的制作過程主要步驟老化測試極化上電極配料預(yù)處理預(yù)燒造粒成型燒成機(jī)加工27ppt課件壓電陶瓷的制造工藝壓電陶瓷的制作過程主要步驟老化測極化上電極壓電陶瓷的制造工藝配料（原料的選擇和處理）

原料是制備壓電陶瓷的基礎(chǔ)。對(duì)于PZT來說它的主要原料為Pb3O4、ZrO2、TiO2。選擇原料一般應(yīng)注意其化學(xué)組成和物理狀態(tài)。

(1)

原料的純度對(duì)純度的要求應(yīng)適度。高純?cè)希瑑r(jià)格昂貴，燒結(jié)溫度高，溫區(qū)窄。純度稍低的原料，其中有的雜質(zhì)可起礦化和助熔的作用，反而使燒結(jié)溫度降低，溫區(qū)增寬。但過低純度原料雜質(zhì)較多，不宜采用。28ppt課件壓電陶瓷的制造工藝配料（原料的選擇和處理）28ppt課件壓電陶瓷的制造工藝配料（原料的選擇和處理）

(2)雜質(zhì)的利用

1)雜質(zhì)的類型①有害雜質(zhì)對(duì)材料絕緣、介電性等影響極大的雜質(zhì)，特別是異價(jià)離子，如B、C、P、S、Al等，越少越好。②有利雜質(zhì)與材料A位(Pb2+)、B位(Zr4+,Ti4+)離子電價(jià)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。29ppt課件壓電陶瓷的制造工藝配料（原料的選擇和處理）29ppt課件壓電陶瓷的制造工藝配料（原料的選擇和處理）

2)摻雜的改性在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。為了滿足不同的使用目的，我們需要具有各種性能的PZT壓電陶瓷，為此我們可以添加不同的離子來取代A位的Pb2+離子或B位的Zr4+,Ti4+離子，從而改進(jìn)材料的性能。30ppt課件壓電陶瓷的制造工藝配料（原料的選擇和處理）30ppt課件壓電陶瓷的制造工藝所謂等價(jià)取代是指用Ca2+、Sr2+、Mg2+

等半徑較Pb2+

離子小的二價(jià)離子取代Pb2+

離子，結(jié)果使PZT陶瓷的介電常數(shù)ε增大↑，機(jī)電耦合系數(shù)KP增大↑,壓電常數(shù)d增大↑,從而提高PZT瓷的壓電性能。易價(jià)取代：軟性取代改性、硬性取代改性、其他所謂“軟性取代改性”是指在原料中加入這些添加物后能使矯頑場強(qiáng)EC減小↓

，極化容易，因而在電場或應(yīng)力作用下，材料性質(zhì)變“軟”。(燒成后的瓷體成黃色)（a）La3+

、Bi3+、Sb3+

等取代A位Pb+2離子(施主摻雜)；（b）Nb5+、Ta5+、Sb5+、W6+等取代B位的Zr4+、Ti4+離子(施主摻雜)。經(jīng)軟性取代改性后的PZT瓷性能有如下變化：矯頑場強(qiáng)EC減小↓，機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm減小↓；介電常數(shù)ε增加↑，介電損耗tanδ增加↑,機(jī)電耦合系數(shù)KP增加↑,抗老化性增加↑，絕緣電阻率ρ增加↑。31ppt課件壓電陶瓷的制造工藝所謂等價(jià)取代是指用Ca2+、Sr2+、Mg壓電陶瓷的制造工藝所謂“硬性取代改性”是指加入這些添加物后能使矯頑場強(qiáng)EC增加↑，極化變難，因而在電場或應(yīng)力作用下，材料性質(zhì)變“硬”。(燒成后的瓷體成黑色)（a）K+，Na+等取代A位Pb+2離子（受主摻雜）；（b）Fe2+、Co2+、Mn2+(或Fe3+、Co3+、Mn3+)、Ni2+、Mg2+、Al3+、Cr3+等取代B位的Zr4+、Ti4+離子(受主摻雜)。經(jīng)軟性取代改性后的PZT瓷性能有如下變化：矯頑場強(qiáng)EC增加↑，機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm增加↑；介電常數(shù)ε減小↓，介電損耗tanδ減小↓,機(jī)電耦合系數(shù)KP減小↓,抗老化性降低↓，絕緣電阻率ρ減小↓

。32ppt課件壓電陶瓷的制造工藝所謂“硬性取代改性”是指加入這些添加物后能壓電陶瓷的制造工藝預(yù)處理（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(shí)充分的化學(xué)反應(yīng)。粉碎是將原料進(jìn)行細(xì)化，達(dá)到一定的平均粒度和粒度分布，為預(yù)燒創(chuàng)造有利條件。

1)工藝方法使用球磨機(jī)(滾筒式、行星式、攪拌式和振動(dòng)式等球磨機(jī))，加磨球(鋼球、瑪瑙球、鋯球等)與介質(zhì)(水、酒精等)，對(duì)原料進(jìn)行機(jī)械混合或粉碎。

2)工藝原理磨球靠電動(dòng)機(jī)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(dòng)和自轉(zhuǎn)等運(yùn)動(dòng)，使介于其中的粉料受到?jīng)_擊和摩擦研磨，從而達(dá)到混合與粉碎細(xì)化。33ppt課件壓電陶瓷的制造工藝預(yù)處理（混合和粉碎）33ppt課件壓電陶瓷的制造工藝預(yù)燒(合成)

預(yù)燒是通過原料中原子或離子之間在加熱作用下的擴(kuò)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）預(yù)燒的過程500℃~600℃：未反應(yīng)600℃~700℃：PbO+TiO2PbTiO3

(630℃時(shí)Pb3O4分解為PbO)700℃~750℃：PbTiO3+PbO+TiO2Pb(Zr1-XTiX)O3

750℃~800℃：PbTiO3+Pb(Zr1-XTiX)O3Pb(Zr0.5Ti0.5)O334ppt課件壓電陶瓷的制造工藝預(yù)燒(合成)34ppt課件壓電陶瓷的制造工藝造粒

造粒是將合成后的瓷料粉碎后混合粘結(jié)劑(聚乙烯醇PVA)后，制成流動(dòng)性好的顆粒。把這種顆粒稱為粒料，以示區(qū)別。

常用的造粒方法

①普通手工造粒法操作簡單，勞動(dòng)強(qiáng)度大，適用實(shí)驗(yàn)室。②加壓造粒法產(chǎn)量少，效率低，適用實(shí)驗(yàn)室及中批量生產(chǎn)③噴霧干燥造粒法制造的顆粒為球狀、流動(dòng)性好、質(zhì)量好、且產(chǎn)量大、連續(xù)生產(chǎn)、效率高，勞動(dòng)強(qiáng)度小和條件得到改善。宜于大批量生產(chǎn)，但設(shè)備成本高。35ppt課件壓電陶瓷的制造工藝造粒35ppt課件壓電陶瓷的制造工藝成型

成型就是將粒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，如干壓成型法、可塑成型法和漿料成型法等，干壓成型目前被廣泛采用。

干壓成型是將經(jīng)過造粒的粒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。

干壓成型原理：在外力作用下，粒料顆粒在模具內(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。

干壓成型的效果取決于干壓的壓力，粒料的流動(dòng)性，模具的平整性。36ppt課件壓電陶瓷的制造工藝成型36ppt課件壓電陶瓷的制造工藝燒成（排膠和燒結(jié)）排膠

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(shí)燃燒產(chǎn)生還原性很強(qiáng)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(jià)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(duì)坯體進(jìn)行排膠。

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(shí)間：1h

冷卻方式：關(guān)電源隨爐冷卻。37ppt課件壓電陶瓷的制造工藝燒成（排膠和燒結(jié)）37ppt課件壓電陶瓷的制造工藝燒成（排膠和燒結(jié)）

燒結(jié)是利用熱能使坯體轉(zhuǎn)變?yōu)橹旅芴沾傻墓に囘^程。不同燒結(jié)階段晶粒排列過程初期階段（顆粒結(jié)合階段，1050℃以前）中期階段（晶粒生長階段，1050—1200℃）最終階段（晶粒校正階段，1200℃—最佳燒結(jié)溫度）38ppt課件壓電陶瓷的制造工藝燒成（排膠和燒結(jié)）不同燒結(jié)階段晶粒排列過程壓電陶瓷的制造工藝上電極上電極就是在壓電陶瓷的表面上設(shè)置導(dǎo)電電極，使用的材料主要為Cu、Ag、

Ni

、Au等。

使用的工藝方法為燒滲、化學(xué)沉積、真空鍍膜等。

上電極的目的就是為了導(dǎo)通和后續(xù)極化。

上電極的最終成效主要主要由兩個(gè)因素決定：金屬表面的可焊性和金屬層的附著性。39ppt課件壓電陶瓷的制造工藝上電極39ppt課件壓電陶瓷的制造工藝極化

極化的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)。

極化的條件：極化電壓、溫度、時(shí)間。極化電壓大小(KV)取決于壓電陶瓷的矯頑場EC。一般為EC的2-3倍。一般來說電壓越高極化就越充分。在極化電場和極化時(shí)間一定的條件下，極化溫度高，電疇取向排列較易，利于極化。極化時(shí)間越長，電疇轉(zhuǎn)向排列充分，并有利于極化過程中應(yīng)力的弛豫。確定極化條件應(yīng)以兼顧壓電性能，提高成品率和節(jié)省時(shí)間為原則。不同成分材料，應(yīng)通過實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化出最佳極化條件。實(shí)用中通過壓電性能來判定極化效果。

極化的方法：硅油極化和空氣極化。40ppt課件壓電陶瓷的制造工藝極化40ppt課件壓電陶瓷的應(yīng)用應(yīng)用分