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，
相关论文
相关论文1
张三，李四，王五. 不同制备工艺对压电 陶瓷性能的影响[J]. 硅酸盐通报，2021, 40(1): 1-5.
VS
相关论文2
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.
相关专利
相关专利1
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
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。
文档下载后可定制随意修改，请根据实际需要进行相应的调整和使用，谢谢!并且，本店铺为大家提供各种各样类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，如想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by the editor. I hope that after you download them, they can help yousolve practical problems. The document can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you!In addition, our shop provides you with various types of practical materials, such as educational essays, diary appreciation, sentence excerpts, ancient poems, classic articles, topic composition, work summary, word parsing, copy excerpts,other materials and so on, want to know different data formats and writing methods, please pay attention!压电陶瓷是一种具有压电效应的陶瓷材料，具有在外加电场或机械应变作用下产生电荷的特性。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。