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            壓電陶瓷原理及工藝流程

            更新時間:09-20 14:17
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            壓電陶瓷原理


                  壓電陶瓷是一類具有壓電特性的電子陶瓷材料,是一種能夠將機械能和電能互相轉換的信息功能陶瓷材料-壓電效應,壓電陶瓷除具有壓電性外, 還具有介電性、彈性等, 已被廣泛應用于醫學成像、聲傳感器、聲換能器、超聲馬達等 與典型的不包含鐵電成分的壓電石英晶體的主要區別是: 構成其主要成分的晶相都是具有鐵電性的晶粒。 由于陶瓷是晶粒隨機取向的多晶聚集體,因此其中各個鐵電晶粒的自發極化矢量也是混亂取向的。 為了使陶瓷能表現出宏觀的壓電特性,就必須在壓電陶瓷燒成并于端面被復電極之后,將其置于強直流電場下進行極化處理,以使原來混亂取向的各自發極化矢量沿電場方向擇優取向。 經過極化處理后的壓電陶瓷,在電場取消之后,會保留一定的宏觀剩余極化強度,從而使陶瓷具有了一定的壓電性質。


                 壓電陶瓷利用其材料在機械應力作用下,引起內部正負電荷中心相對位移而發生極化,導致材料兩端表面出現符號相反的束縛電荷即壓電效應而制作,具有敏感的特性。經過極化了的壓電陶瓷片的兩端會出現束縛電荷, 所以在電極表面上吸附了一層來自外界的自由電荷。當給陶瓷片施加一外界壓力F時,片的兩端會出現放電現象。相反加以拉力會出現充電現象。這種機械效應轉變成電效應的現象屬于正壓電效應。相反, 如果加反向電場,則陶瓷片沿極化方向縮短。這種由于電效應轉變成機械效應的現象是逆壓電效應。


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            壓電陶瓷工藝流程


            工藝流程圖如下:配料--混合磨細--預燒--二次磨細--造粒--成型--排塑--燒結成瓷--外形加工--被電極--高壓極化--老化測試。  


            一、配料:進行料前處理,除雜去潮,然后按配方比例稱量各種原材料,注意少量的添加劑要放在大料的中間。


            二、混合磨細:目的是將各種原料混勻磨細,為預燒進行完全的固相反應準備條件.一般采取干磨或濕磨的方法。小批量可采取干磨,大批量可采取攪拌球磨或氣流粉碎的方法,效率較高。


            三、預 燒:目的是在高溫下,各原料進行固相反應,合成壓電陶瓷.此道工序很重要。會直接影響燒結條件及最終產品的性能。


            四、二次細磨:目的是將預燒過的壓電陶瓷粉末再細振混勻磨細,為成瓷均勻性能一致打好基礎。


            五、造粒:目的是使粉料形成高密度的流動性好的顆粒。方法可以手工進行但效率較低,高效的方法是采用噴霧造粒。此過程要加入粘合劑。


            六、成型:目的是將制好粒的料壓結成所要求的預制尺寸的毛坯。


            七、排塑:目的是將制粒時加入的粘合劑從毛坯中除掉。


            八、燒結成瓷:將毛坯在高溫下密封燒結成瓷。此環節相當重要。


            九、外形加工:將燒好的制品磨加工到所需要的成品尺寸。


            十、被電極:在要求的陶瓷表面設置上導電電極。一般方法有銀層燒滲、化學沉積和真空鍍膜。


            十一、高壓極化:使陶瓷內部電疇定向排列,從而使陶瓷具有壓電性能。


            十二、老化測試:陶瓷性能穩定后檢測各項指標,看是否達到了預期的性能要求。


            壓電陶瓷的制造特點是在直流電場下對鐵電陶瓷進行極化處理,使之具有壓電效應。一般極化電場為3~5kV/mm,溫度100~150°C,時間5~20min。這三者是影響極化效果的主要因素。性能較好的壓電陶瓷,如鋯鈦酸鉛系陶瓷,其機電偶合系數可高達0.313~0.694。


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