烧结工艺对压电陶瓷材料性能的影响
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。
玻璃掺杂及烧结工艺对BCZT压电陶瓷的影响
玻璃掺杂及烧结工艺对BCZT压电陶瓷的影响
周源;曾梦诗;曹丽嘉;余洪滔
【期刊名称】《中国陶瓷》
【年(卷),期】2024(60)2
【摘要】采用传统的固相反应法制备了
(Ba_(0.85)Ca_(0.15))(Ti_(0.9)Zr_(0.1))O_(3)(BCZT)以及掺杂Al-Mg-Ca玻璃粉的BCZT无铅压电陶瓷。
首先研究了预烧温度对BCZT陶瓷粉体的影响,其次研究了掺杂Al-Mg-Ca玻璃粉对BCZT无铅压电陶瓷的烧结性能、介电性能和压电性能的影响。
最后通过正交试验确定了其烧结工艺。
结果显示BCZT粉体的最佳预烧温度在1100℃。
掺杂Al-Mg-Ca玻璃粉能够有效降低BCZT陶瓷的烧结温度。
通过烧结工艺正交实验获得了最佳烧结工艺:1100℃预烧,1350℃烧结,升温速度为
2℃/min,保温时间为7 h,在110 min降温至800℃。
验证正交试验所得到的结果是掺杂Al-Mg-Ca玻璃粉的BCZT陶瓷的居里温度点的介电常数为12228,压电常数d_(33)为425 p C/N。
【总页数】9页(P20-27)
【作者】周源;曾梦诗;曹丽嘉;余洪滔
【作者单位】西南科技大学材料与化学学院
【正文语种】中文
【中图分类】TQ174.756
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压电陶瓷材料的莫氏硬度
压电陶瓷材料的莫氏硬度莫氏硬度是衡量材料硬度的一种常用方法，它是由德国矿物学家弗里德里希·莫氏于1812年提出的。
莫氏硬度通过对材料进行划痕实验来确定，将材料与10种不同硬度的矿物相比较，找到能够将材料划痕的最硬矿物，该矿物的硬度即为该材料的莫氏硬度。
压电陶瓷材料是一种具有压电效应的材料，它的莫氏硬度对于其应用具有重要意义。
压电陶瓷材料是一类在外加电场作用下能够发生形变的陶瓷材料。
它们具有压电效应，即在外加电场的作用下产生机械应变，反之亦然。
压电陶瓷材料广泛应用于传感器、声波器件、驱动器件等领域，其性能与硬度密切相关。
莫氏硬度是衡量材料硬度的一种重要指标，对于压电陶瓷材料而言，莫氏硬度的大小直接影响了其在实际应用中的性能和可靠性。
莫氏硬度越高，材料越难被划伤，表明材料具有较高的抗划伤性能，更加耐用。
因此，对于需要长时间使用的压电陶瓷器件而言，选择莫氏硬度较高的材料可以提高其使用寿命。
压电陶瓷材料的莫氏硬度与材料的组分和微观结构密切相关。
通常情况下，含有较多金属氧化物的压电陶瓷材料具有较高的莫氏硬度。
这是因为金属氧化物具有较高的结晶度和较强的化学键，使得材料具有较高的硬度。
另外，压电陶瓷材料的微观结构也对其莫氏硬度产生影响。
晶粒尺寸较小、分布均匀的压电陶瓷材料往往具有较高的莫氏硬度，这是因为小晶粒尺寸增加了材料的晶界数量，晶界具有较高的能量，可以有效抵抗划痕的扩展。
压电陶瓷材料的烧结工艺也会影响其莫氏硬度。
烧结是压电陶瓷材料制备过程中的关键步骤，通过高温下的烧结过程，可以使材料颗粒结合更紧密，晶界更清晰，从而提高材料的莫氏硬度。
适当的烧结工艺可以有效提高压电陶瓷材料的硬度。
在实际应用中，莫氏硬度的大小对于压电陶瓷材料的选择和设计具有重要影响。
对于一些需要在恶劣环境下工作的压电陶瓷器件，如声波传感器和驱动器件，选择莫氏硬度较高的材料可以提高其抗划伤性能和耐久性，确保其长期稳定工作。
而对于一些对莫氏硬度要求不高的应用，如压电陶瓷触发器和开关等，可以选择莫氏硬度较低的材料，以降低制备成本。
压电陶瓷 最大输出位移
压电陶瓷最大输出位移1. 引言1.1 压电陶瓷概述压电陶瓷是一种具有压电效应的陶瓷材料，具有压电效应的陶瓷材料称为压电陶瓷。
压电效应是指某些晶体在受到机械应力或电场刺激时会发生形变或电极化现象。
压电陶瓷具有较高的机械强度、良好的化学稳定性和优良的压电性能，因此被广泛应用于传感器、马达、换能器等领域。
压电陶瓷具有多种规格和型号，可以根据具体的应用需求选择不同的压电陶瓷材料。
在工程领域中，压电陶瓷扮演着重要的角色，其在传感、控制、信号处理等方面都有广泛的应用。
随着科技的不断进步，压电陶瓷的性能和应用领域也在不断扩展和提升。
压电陶瓷是一种具有特殊性能和广泛应用前景的陶瓷材料，其在现代工程中具有重要地位，对于促进科技进步和社会发展具有重要意义。
1.2 压电效应简介压电效应是指在受到外力作用时，物质会产生电荷的分离或聚集，并在晶格结构内部产生电场的现象。
这种效应是由于压电材料的晶格结构具有非中心对称性，因此在受到应力变化时会产生极化现象。
压电效应是压电陶瓷的重要特性之一，也是其广泛应用的基础。
当外界施加压力或扭曲时，压电陶瓷会发生极化现象，即产生正负电荷的分离。
这种极化效应会导致压电陶瓷内部产生电场，从而使其表现出压电性质。
压电效应不仅可以实现电能到机械能的转换，还可以实现相反的机械到电的能量转换。
这种双向转换能力使得压电陶瓷在传感器、执行器等领域具有广泛的应用前景。
压电效应是压电陶瓷材料独特的物理现象之一，其在实际应用中能够为工程领域提供稳定可靠的解决方案，具有重要的意义和价值。
压电效应的简介将有助于深入了解压电陶瓷的特性和应用前景。
2. 正文2.1 压电陶瓷的结构和工作原理压电陶瓷是一种具有压电效应的材料，其结构和工作原理对于理解其性能和应用至关重要。
压电陶瓷通常由铅锆钛酸钠、铅镁铌酸、铅钛锆酸钡等材料构成，具有特殊的晶体结构。
在外加电场的作用下，压电陶瓷会发生形变，从而产生电荷，实现能量的转化与传递。
共烧多层压电陶瓷技术特点
共烧多层压电陶瓷技术特点共烧多层压电陶瓷技术是一种先进的陶瓷制造技术，具有许多独特的技术特点。
本文将详细介绍共烧多层压电陶瓷技术的特点，包括提高器件性能、实现微型化制造、优化热稳定性和耐温性、提高一致性和可靠性、简化制造工艺、降低成本、增加灵活性、提高产量和效率等方面。
1. 提高器件性能共烧多层压电陶瓷技术可以实现多层陶瓷器件的烧结，使器件的结构更加致密和均匀。
同时，由于共烧技术可以保证不同层之间的结合强度和稳定性，因此可以显著提高器件的性能。
例如，采用共烧多层压电陶瓷技术制造的滤波器、传感器等器件，其性能指标可以得到显著提升。
2. 实现微型化制造共烧多层压电陶瓷技术可以实现多层陶瓷器件的制造，使得器件的尺寸可以更加微小。
通过在陶瓷基板上制造多层结构，可以实现更加复杂的电路和器件设计，满足现代电子产品对微型化制造的需求。
3. 优化热稳定性和耐温性共烧多层压电陶瓷技术可以优化陶瓷器件的热稳定性和耐温性。
由于共烧技术可以保证不同层之间的结合强度和稳定性，因此可以显著提高陶瓷器件的抗热冲击性能和耐高温性能。
这种技术特点使得共烧多层压电陶瓷技术在高温环境和高频环境下具有广泛的应用前景。
4. 提高一致性和可靠性共烧多层压电陶瓷技术可以提高陶瓷器件的一致性和可靠性。
由于共烧技术可以保证不同层之间的结合强度和稳定性，因此可以显著提高器件的可靠性和稳定性。
这种技术特点使得共烧多层压电陶瓷技术在批量生产和质量控制方面具有显著的优势。
5. 简化制造工艺共烧多层压电陶瓷技术可以简化陶瓷器件的制造工艺。
传统的陶瓷制造工艺需要多次烧结和加工过程，而共烧多层压电陶瓷技术只需要一次烧结就可以完成多层陶瓷器件的制造。
这种技术特点可以减少制造环节，降低生产成本，同时提高生产效率。
6. 降低成本共烧多层压电陶瓷技术可以降低陶瓷器件的生产成本。
由于共烧技术可以减少制造环节和生产时间，同时提高生产效率，因此可以显著降低陶瓷器件的生产成本。
新型压电陶瓷的研制
新型压电陶瓷的研制引言1. 原料的选取新型压电陶瓷的研制首先需要选取合适的原料。
在压电陶瓷材料中，常用的原料包括氧化铅、氧化钛、氧化锆等。
在选取原料的过程中，需要进行大量的实验和分析，以确定最佳的原料配比。
2. 材料的制备选取合适的原料之后，需要进行材料的制备工艺。
通常情况下，采用固相反应法或溶胶-凝胶法进行材料的制备。
在制备过程中，需要控制好各个工艺参数，以确保材料的均匀性和稳定性。
3. 烧结工艺经过材料的制备之后，需要进行烧结工艺。
烧结工艺是新型压电陶瓷研制过程中最为关键的一步，直接影响到材料的性能和稳定性。
在烧结工艺中，需要精确控制烧结温度、时间和气氛等参数，以确保材料的致密性和结晶度。
4. 性能测试研制完成的新型压电陶瓷需要进行严格的性能测试。
测试项目包括压电常数、介电常数、机械性能等。
通过性能测试，可以评估材料的性能指标，为后续应用提供参考。
5. 材料改进根据性能测试结果，对研制的新型压电陶瓷可能需要进行改进。
改进工作包括调整原料配比、改进制备工艺、优化烧结工艺等。
通过不断的改进，最终得到性能更加优越的新型压电陶瓷材料。
1. 高压电常数新型压电陶瓷具有较高的压电常数。
压电常数是衡量压电材料性能优劣的重要指标，高压电常数意味着材料具有更好的压电效应，可以更有效地将机械能转换为电能。
2. 宽温度稳定性新型压电陶瓷具有较好的温度稳定性。
在应用过程中，材料可能会受到温度变化的影响，因此具有良好的温度稳定性可以保证材料在不同温度条件下仍能保持稳定的性能。
3. 优秀的介电性能新型压电陶瓷具有较高的介电常数和较低的介电损耗，能够有效地传输和存储电荷，具有良好的介电性能。
新型压电陶瓷具有良好的力学性能，具有较高的硬度和强度，能够承受一定的机械应力，不易发生断裂和破损。
5. 其他性能除了上述性能特点之外，新型压电陶瓷还可能具有其他特殊的性能，如耐腐蚀性能、耐磨损性能、耐高温性能等。
结论通过上述内容的介绍，我们可以看到，研制新型压电陶瓷是一项复杂而又重要的工作。
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。
烧结温度对(K0.44Na0.5Li0.06)(Nb0.94Sb0.06)O3陶瓷结构和电学性能的影响
摘要 ： 采用 传统陶瓷烧结工艺制备 了（ Ｋ 。 Ｎ ａ 。 Ｌ ｉ 。 ） （ Ｎ ｂ 。 ｓ ｂ ㈣ ） Ｏ ， 无铅压 电陶瓷 ， 研究 了不 同烧结
着课 题 组在 ０ ． ９ ４ Ｋ Ｎ Ｎ一 ０ ． ０ ６ Ｌ ｉ Ｓ ｂ Ｏ 的基 础上 ， 重点
研 究 了不 同 Ｎ ａ和 Ｋ 的配 比对 陶 瓷 的影 响 ， 研 究显
９ ４一ｘ Ｎ ａ Ｌ ｉ ｏ ｏ ６ ） （ Ｎ ｂ ｏ ９ ４ Ｓ ｂ ｏ ｏ ６ ） Ｏ ３陶 瓷 在 示 出（ Ｋ ０
２ ０ １ ４年 １月 第３ ７卷 第 １ 期
四川师范大学学报 （ 自然科学版 ）
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烧结工艺对压电陶瓷材料性能的影响
摘要本文以传统的P-4材料为依托进行实验，分析讨论了烧结温度对压电陶瓷的介电、压电性能的影响，并研究了升温速度和保温时间对压电陶瓷的介电、压电性能的影响。
实验结果表明，升温速度过快时材料致密性下降，烧结温度1280 ℃下保温2 h，升温时间为10 h，可以得到一种综合性能优良的压电材料。
关键词烧结工艺；压电材料；晶粒
PZT压电陶瓷由于具有居里温度高、压电性强、易掺杂改性、稳定性好等特点，自20世纪60年代以来，一直是人们关注和研究的热点，在压电陶瓷领域中占主导地位。
就PZT压电陶瓷的制备工艺而言，配方是基础，烧结是关键，烧结的好坏直接影响压电陶瓷材料的各种性能。
烧结过程是气孔排出、晶粒尺寸与形状变化的过程，烧结温度的高低、升温速度的快慢及保温时间的长短都可影响传质原子的扩散系数，影响晶界的迁移快慢，从而影响陶瓷的晶粒尺寸、晶粒数量以及气孔的形貌和数量，进一步影响到材料的介电、压电性能。
1 实验过程
本文以传统的P-4才材料为依托进行实验，取纯度合格的原材料，经过配料、混和、烘干、预压、预烧、粉碎、增塑造粒、成型，制成圆片状毛坯，排胶后样品在1240 ℃、1260 ℃、1280 ℃、1300 ℃四个温度下进行密封烧结，分别保温1 h~3 h，烧结后的样品机械加工成
Φ50×5（mm），后被银、极化，静置24 h后测量。
2 主要影响因素
2.1 烧结温度
表1为不同烧结温度时样品的相对介电常数εr、介质损耗tgδ、机械品质因数Qm及机电耦合系数kp。
从表中可以看出，烧结温度为
1280 ℃时，εr、Qm、kp达到最大值，而tgδ达到最小。
烧结是颗粒重排靠近，使材料致密化以及晶粒生长的过程，过高的烧结温度使陶瓷晶粒生长过大或组织机构不均匀，还会促进二次结晶，而烧结温度过低则会导致晶粒发育不完全。
由于陶瓷的电性能很大程度上依赖晶粒的大小，当烧结温度偏低时，晶粒尺寸较小导致瓷体致密度、气孔率高，所以介电常数较低。
当烧结温度偏高时，因PbO的挥发而导致的气孔和铅空位也会使密度下降，介电常数降低。
介质损耗是在外电场作用下，畴壁在运动过程中的能量损耗，当烧结温度偏低或过高，瓷体致密度低、气孔率高，介质损耗也相应的增加。
机械品质因数Qm和机电耦合系数kp同样随气孔率的增加而降低，这也是由于畴壁运动
所引起。
由此看来，密度高是反映压电陶瓷质量的重要参数，选择最佳的烧结温度以得到晶粒大小适当、致密度高的样品，才能得到良好的压电性能。
本实验中，最佳的烧结温度为1280 ℃。
2.2 升温速度
表2是烧结温度1280 ℃保温2 h条件下，升温时间分别为10 h和6 h两种样品的机电耦合系数kp及烧结开裂、极化击穿情况（各50件样品）。
明显看出升温速度过快，元件的烧结开裂及极化击穿数量增加，又因样品气孔率高，极化时漏电流大，极化时难以施加高压，导致kp值偏低。
可见升温速度快，不利于气孔排出，使气孔分布不均匀，影响材料致
密性。
升温速度对晶粒长大也有一定的影响，升温速度过快，晶粒长大速度增加，或出现异常长大，使样品气孔不易排出，材质变脆。
本实验中，最佳升温时间约为10 h。
2.3 保温时间
表3列出了烧结温度1280 ℃，升温10 h条件下不同保温时间样品的相对介电常数εr、机电耦合系数kp、压电常数d33。
从表中可知，当保温时间≈2h，εr、kp、d33值趋于最大值。
保温是使样品在烧结过程中各部分温度均匀并促使样品完全结晶成瓷的过程。
当保温时间过短，材料的晶粒来不及发育长大，造成晶粒过小，晶界过多，而随着保温时间的延长，晶粒重新排列并进一步发育生长，瓷体更加致密。
由于陶瓷的电性能很大程度上依赖晶粒的大小，当陶瓷从高温顺电相到低温铁电相时，相临晶粒的自发取向不同而引起应力，而这些应力反过来影响电畴的取向，对电畴的转向形成夹持效应，由小晶粒组成的陶瓷，晶界对电畴的夹持效应强，畴反转困难，其压电性能差。
随着保温时间的延长，晶粒长大，晶界的夹持效应的影响渐渐减弱，铁电性增强，表现为εr、kp、d33增加。
当畴反转完全时，各性能参数值趋于稳定。
但保温时间过长，因有些挥发性成分不氧化铅在高温下挥发，瓷体密度反而下降，导致各参数值变差。
本实验中，最佳的保温时间为2 h，在此保温时间下陶瓷的致密性最好，气孔少，压电性能
最佳。
3 结论
研究烧结工艺对压电陶瓷材料性能的影响发现，烧结温度、升温速度和保温时间对压电陶瓷的介电、压电性能有密切关系。
研究结果表明，升温速度过快时材料致密性下降，对传统的P-4材料来说，烧结温度1280 ℃下保温2 h，升温时间为10 h，可以得到一种综合性能优良的压电材料。
参考文献
[1]张沛霖,钟维烈,等编著.压电材料与器件物理[M].山东科学技术出版社,1996.
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[3]张福学,孙慷主编.压电学[M].北京:国防工业出版社,1984.。