压电陶瓷的压电原理及制作工艺教学文稿.ppt

② 加压造粒法 将瓷料加入4-5wt%的5%浓度PVA水溶液粘合剂，在混料机中搅研均匀，过20目/吋筛。然后在液压机上用压模以180-250kg/cm2压力保压1分钟压成圆饼。用破碎机破碎圆饼，直至全部通过20目/吋筛即可备用。 压电陶瓷的制作工艺 成型（造粒） 该法团粒密度大，坯体机械强度高，能满足各种大型和异型制品成型要求。但产量较小，效率不高，工艺操作要求严格，适合于实验室实验和中批量生产。 ③ 喷雾干燥造粒法 将混合粘合剂的瓷料先做成料浆，再经喷雾干燥机进行雾化干燥造粒，并收集备用。团粒粗细可由雾化相关条件控制。 压电陶瓷的制作工艺 成型（造粒） 该法颗粒为球状、流动性好、质量好、且产量大、连续生产、效率高，劳动强度小和条件得到改善。宜于大批量生产，但设备成本高。 压电陶瓷的制作工艺 成型（模具设计） 模具的设计以制品的形状、尺寸、压力、粉料压缩化、烧结收缩率、粗糙度等为依据来设计模具。 具体要求: ①配合精度（如三级精度配合）； ②光洁度（如工作面▽10）； ③硬度（如HRC 57-62）； ④脱模锥度（一般不小于1%）； ⑤形状、尺寸； ⑥用材（工具钢，如Cr12钢）等。 压电陶瓷的制作工艺 成型（影响成型质量的因素） （1）粘合剂 以PVA粘合剂为例，主要影响因素有： 聚合度n。n过大，链节长，粘结力和弹性大，不利于造粒和成型；n过小，链节轻，弹性和粘结力小，起不到粘合剂作用。n 一般选1750±50较合适。 用量：过少，不利于成型。过多，排塑后，气孔多，影响坯体密度。 压电陶瓷的制作工艺 (2)团粒性质 主要包括粒形、粒度、粒度分布、密度等对流动性、装填密度和压实密度的影响。 成型（影响成型质量的因素） (3)加压制度 包括加压方式、成型压力、加压速度和保压时间对成型质量的影响。 (4)模具 模具阴阳件的配合精度、光洁度、脱模锥度等对成型坯体有重要的影响。 排塑（必要性) 压电陶瓷的制作工艺 成型坯体中粘合剂是一种高分子化合物，含碳多，碳在氧气不足时燃烧产生还原性很强的一氧化碳。一氧化碳夺取PZT中的氧而形成二氧化碳，使金属氧化物还原为导电的金属（如Pb）和半导体性质的低价氧化物（如Ti2O3），影响陶瓷的颜色、成瓷性、烧银、极化和最终性能。所以，在烧结前，必须对坯体进行排塑。 排塑（基本要求 ) 压电陶瓷的制作工艺 (1)根据PVA粘合剂的挥发性，严格控制排塑的升温速度和保温时间。 在排除PVA粘合剂过程中，100℃左右（随坯体厚度增加而增加）是水分的挥发，200-500℃是PVA的挥发温区。这样，100℃左右要保温一段时间，500℃以前必须缓慢升温。 压电陶瓷的制作工艺 排塑（基本要求 ) (2)根据PVA粘合剂的分解特性，控制排塑气氛 PVA粘合剂加热分解及氧不足情况下对PZT作用的反应式有： 这样，PZT坯体发生了不同程度的还原反应。 PZT坯体发生了不同程度的还原反应，将导致的结果有： 压电陶瓷的制作工艺 排塑（基本要求 ) ①烧结时不易结晶成瓷，颜色不正常； ②烧银时发生渗银发黑，极化时则难以加上电压； ③陶瓷电性能恶化等。 因此，必须确保使排塑炉内有充足的氧气氛。 压电陶瓷的制作工艺 排塑（排塑工艺) 将坯体装入透气性好的耐火槽板中，推入氧氛好的排塑炉内，按一定加热制度排塑。典型例如下： 升温速度：0—450℃，50℃/h；450—750，150℃/h 最高温度：750℃（600℃前，微开炉门，600℃关炉门） 保温时间：1h 冷却方式：关电源随炉冷却。 烧结（理论要点与烧结过程） 压电陶瓷的制作工艺 烧结是利用热能使坯体转变为致密陶瓷的工艺过程。为了理解烧结原理，先介绍理论要点和烧结过程。 烧结理论要点 1)烧结是一个过程，具有阶段性。 2)烧结过程有其发生发展原因（热力学驱动力）。外因：外部给予的热能；内因：瓷料总界面能的减少。 3)烧结中存在物质传递。传质模型和机理主要有：①流动；②扩散；③蒸发与凝聚；④溶解与沉淀等。 4)具体烧结过程的快慢决定于致密化速率（生长动力学方程）。 压电陶瓷的制作工艺 烧结（固相烧结过程与阶段） 不同烧结阶段晶粒排列过程 压电陶瓷的制作工艺 烧结（固相烧结过程与阶段） PZT系压电陶瓷烧结阶段对致密性的影响。 烧结中双晶粒结合示意图 ↓ 压电陶瓷的制作工艺 烧结（固相烧结过程与阶段） (1)初期阶段（颗粒结合