压电陶瓷的制备工艺
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。
PZN_PZT压电陶瓷及其PVDF压电复合材料的制备和性能
文章编号:100023851(2002)0320070205收稿日期:2001210217;收修改稿日期:2001211223基金项目:国家自然科学基金资助项目(50072001)作者介绍:李小兵(1974),男,博士,主要从事压电复合材料方面的研究。
田 莳(1938),男,教授,主要从事压电复合材料研究。
PZN -PZT 压电陶瓷及其PV D F 压电复合材料的制备和性能李小兵,田 莳,李宏波(北京航空航天大学材料科学与工程学院,北京100083)摘 要: 采用固相烧结法合成了PZ N 2PZT (铌锌锆钛酸铅)三元系压电陶瓷烧结块材和粉末,并采用XRD 、SE M 等测试方法对其结构和性能进行了分析。
PZ N 2PZT 常压烧结陶瓷具有优良的压电性能,PZ N 2PZT 颗粒粒径在0.5～4Λm 之间,颗粒形态不太规整。
采用溶液共混法将PZ N 2PZT 粒子均匀分散于PVD F 基体中,制备了PZ N 2PZT PVD F 023型压电复合材料。
研究了PZ N 2PZT 质量分数、极化电场等因素对该压电复合材料压电和介电性能的影响。
实验结果表明,选用压电活性更高的压电陶瓷粉末进行复合,可有效提高压电复合材料的压电性能。
增加PZ N 2PZT 质量分数、提高极化电压均有利于复合材料压电性能的提高。
关键词: PZ N 2PZT ;固相烧结法;压电复合材料;溶液共混法中图分类号: TB 39 文献标识码:APREPARATI ON AND PR OPERTI ES OF PZN -PZT P I EZ OE L ECTR I C CERA M I CSAND PZN -PZT PV D F P I EZ OE L ECTR I C COM POSI TESL I X iao 2bing ,T I A N Sh i ,L I Hong 2bo(School of M aterials Science and Engineering ,Beijing U niversity of A eronautics and A stronautics ,Beijing 100083,Ch ina )Abstract : T ernary syste m p iezoelectric cera m ic m aterials PZ N 2PZT [Pb 0.955L a 0.03(Zn 13N b 2 3)0.3Zr 0.37T i 0.33O 3]and their pow dersw ere fabricated using s olid state sintered technol ogy .T heir structure and p roperties w ere studied by XRD and SE M .PZ N 2PZT cera m ics synthesized by the traditi onal sin 2tered m ethod contain w ell p iezoelectric p roperties.T he dia m eters of PZ N 2PZT pow ders are betw een 0.5～4Λm ,and the shape is irregular .PZ N 2PZT particles w ere incorporated into PVD F polym er m a 2trix homogeneously th rough s oluti on blended p rocess to fo r m PZ N 2PZT PVD F 023composite th in fil m s.T he effects of the cera m ic m ass fracti on and po ling electric field on the p iezoelectric and dielec 2tric p roperties of the p iezoelectric composites w ere studied .T he results show that the p iezoelectric p roperties of the composites could be i m p roved effectively th rough choosing the cera m ics containing better p iezoelectric p roperties as the filler .T he sa m e effects can be m ade w ith the increasing of PZ N 2PZT m ass fracti on and poling field .Key words : PZ N 2PZT ;s o lid state sin tered technol ogy ;p iezoelectric composites ;s oluti on blended p rocess 将具有强压电效应的压电陶瓷与柔性良好的压电聚合物按一定的连通方式、一定的体积或质量比例、一定的空间几何分布进行复合,可以使两种材料优势互补,获得既具有较强压电性又具有良好韧性的综合性能优异的压电复合材料。
压电陶瓷的压电原理及制作工艺
混 合
预 烧
粉 碎
成 型
排 胶
测 试
极 化
上 电 极
机 加 工
烧 成
压电陶瓷的制作工艺
•配料（原料的选择和处理）
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。
•压电陶瓷内部结构（电畴形成）
①c轴方向决定自发极化取向 ②能量最低原则决定畴结构
晶格匹配要求 能量最低要求 晶胞自发极化取向 一致小区的存在 自发极化取向不一 致小区的搭配 晶粒中形成 一定的小区 排列状态— 畴结构
③相结构决定畴壁类型
压电陶瓷的压电原理
•压电陶瓷内部结构（电畴形成）
因为晶粒为四方相时，自发极化取向与原 反应立方相三个晶轴之一平行，所以，相邻两 个畴中自发极化方向只能成90°角或180°角， 相应电畴交界面就分别称为90°畴壁和180° 畴壁。
红外探测计
位移与致动器 激光稳频补偿元件，显微加工设备及光角度，光程长的控制器 存 贮 其它 调制
存贮
显示 非线性元件
光信息存贮器，光记忆器
铁电显示器，声光显示器等 压电继电器等
压电陶瓷的用途
•压电陶瓷泵
进口
压电陶瓷 换能器
阀 出口
压电陶瓷的用途
•压电陶瓷喷墨打印
金属片 压电陶瓷 换能器 圆锥形容器 内液层 外墨水池
压电陶瓷极化台
压电陶瓷的用途
压电变压器电警棍
压电陶瓷的用途
压电陶瓷变压器雷 达显示器高压电源
压电陶瓷制备工艺流程
压电陶瓷制备工艺流程下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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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 极化工艺
压电陶瓷极化工艺压电陶瓷是一种具有正、逆压电效应的功能材料，因其独特的性能在各个领域得到了广泛的应用。
压电陶瓷的性能与其内部结构、制备工艺密切相关，其中极化工艺是影响压电性能的关键环节。
本文将探讨压电陶瓷的极化工艺及其对性能的影响。
一、压电陶瓷的极化工艺1.传统极化工艺传统极化工艺主要包括以下几个步骤：（1）预处理：将原料粉末进行混合、成型，制成素坯。
（2）烧结：将素坯进行高温烧结，形成具有一定微观结构的压电陶瓷体。
（3）极化：在烧结后的陶瓷体上施加外加电压，使其产生电极化。
（4）老化：卸除电压，使陶瓷体在一定时间内保持极化状态，以提高压电性能。
2.改进极化工艺为了提高压电陶瓷的性能，研究人员对传统极化工艺进行了改进，主要包括：（1）低温烧结：降低烧结温度，以减少晶格畸变和缺陷，提高压电性能。
（2）快速烧结：缩短烧结时间，降低烧结温度，以减少晶界和微观缺陷。
（3）高压极化：采用高压电源进行极化，提高极化效率，降低矫顽场。
（4）多次极化：对陶瓷体进行多次极化，以提高极化程度，增强压电性能。
二、极化工艺对压电陶瓷性能的影响1.极化程度的影响极化程度是衡量压电陶瓷性能的重要指标。
一般来说，极化程度越高，压电陶瓷的性能越好。
通过优化极化工艺，可以提高极化程度，从而增强压电性能。
2.矫顽场的影响矫顽场是影响压电陶瓷极化效果的关键因素。
降低矫顽场有利于提高压电陶瓷的极化效果和性能。
通过改进极化工艺，可以降低矫顽场，使铁电畴更容易翻转。
3.温度稳定性的影响压电陶瓷的温度稳定性对其在高温环境下的应用具有重要意义。
优化极化工艺可以提高压电陶瓷的温度稳定性，扩大其应用范围。
4.微观结构的影响压电陶瓷的微观结构对其性能具有重要影响。
通过优化极化工艺，可以改善微观结构，减少晶格畸变和缺陷，从而提高压电性能。
总之，压电陶瓷的极化工艺对其性能具有显著影响。
通过不断优化极化工艺，可以提高压电陶瓷的极化程度、降低矫顽场、提高温度稳定性，进而提升其在各个领域的应用价值。
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。
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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。