壓電陶瓷的壓電原理與制作工藝

壓電陶瓷的用途作為一種新型的功能材料占有重要的地位，其應(yīng)用也日益廣泛。壓電陶瓷的要緊應(yīng)用領(lǐng)域舉例如表

所示。表

壓電陶瓷的要緊應(yīng)用領(lǐng)域舉例

壓電陶瓷的壓電原理

壓電現(xiàn)象與壓電效應(yīng)會產(chǎn)生高壓放電。在壓電蜂鳴器電極上施加聲頻交變電壓信號，它會產(chǎn)生形變，同時(shí)還會發(fā)出聲響。歸納這些類似現(xiàn)象，可得到正、逆壓電效應(yīng)的概念，即：壓電陶瓷因受力形變而產(chǎn)生電的效應(yīng)，稱為正壓電效應(yīng)。壓電陶瓷因加電壓而產(chǎn)生形變的效應(yīng)，稱為逆壓電效應(yīng)。

壓電陶瓷的內(nèi)部結(jié)構(gòu)要了解壓電陶瓷的壓電原理，明白壓電效應(yīng)產(chǎn)生的緣故，第一必須明白壓電陶瓷的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

壓電陶瓷是多晶體壓電陶瓷由一顆顆小晶粒無規(guī)則“鑲嵌”而成，如圖

所示。圖

BSPT

壓電陶瓷樣品斷面

照片每個(gè)小晶粒微觀

上是由原子或離子有規(guī)則排列成晶格，可看為一粒小單晶，如圖

所示。圖

原子在空間規(guī)則排列而成晶格示意圖每個(gè)小晶粒內(nèi)還具有鐵電疇組織，如圖

所示。圖

陶瓷中電疇結(jié)構(gòu)的電子顯微鏡照片如圖

所示。如此的結(jié)構(gòu)，我們稱其為多晶體。圖

壓電陶瓷晶粒的晶格取向示意圖

壓電陶瓷的晶胞結(jié)構(gòu)與自發(fā)極化晶胞結(jié)構(gòu)

、、、等。該類材料的化學(xué)通式為

。式中A

的電價(jià)數(shù)為

或

，B

的電價(jià)為

或

價(jià)。其晶胞（晶格中的結(jié)構(gòu)單元）結(jié)構(gòu)如圖

所示。圖

鈣鈦礦型的晶胞結(jié)構(gòu)壓電陶瓷的晶胞結(jié)構(gòu)隨溫度的變化是時(shí)有所變化的。如下式及圖

所示。（

立方相

（BT 正交相 四方相 立方相圖

鈦酸鋇晶胞結(jié)構(gòu)隨溫度的轉(zhuǎn)變自發(fā)極化的產(chǎn)生以

BT

材料由立方到四方相轉(zhuǎn)變?yōu)槔?，分析自發(fā)極化的產(chǎn)生，如圖

所示。（）立方相 （b）四方相圖

BT

中自發(fā)極化產(chǎn)生示意圖由圖可知，立方相時(shí)，正負(fù)電荷中心重合，不顯現(xiàn)電極化；四方相時(shí)，因

沿

軸上移，沿

軸下移，正負(fù)電荷中心不重合，顯現(xiàn)了平行于

軸的電極化。極化，其相變溫度

TC

稱為居里溫度。壓電陶瓷的電疇電疇的形成礦型結(jié)構(gòu)從立方相變到四方相為例，講明電疇的形成。

軸方向決定自發(fā)極化取向?yàn)樗姆较嗟?/p>

夠彼此不同。但這不是一種能量最低狀態(tài)。能量最低原則決定疇結(jié)構(gòu)為了符合能量最低原則，四方相晶粒必須形成疇結(jié)構(gòu)，即晶格匹配要求 晶胞自發(fā)極化取向一致小區(qū)的存在能量最低原則要求 自發(fā)極化取向不一致小區(qū)的搭配如圖

所示相結(jié)構(gòu)決定疇壁類型之一平行，因此，相鄰兩個(gè)疇中的自發(fā)極化方向只能成°角角或

°角角，相應(yīng)的電疇的交界面就分別稱為°疇壁和

°疇壁，如圖

所示。圖

四方相晶體

°疇壁和

°疇壁示意圖電疇在外電場作用下的運(yùn)動(dòng)一致的電疇便持續(xù)增大，反之，則持續(xù)減小，最后整個(gè)晶體由多疇變?yōu)閱萎?，自發(fā)極化方向與電場方向一致。壓電陶瓷的極化工序，確實(shí)是在陶瓷片電極上加一個(gè)足夠高的直流電場，迫使電疇轉(zhuǎn)向，即使其自發(fā)極化作左定向排列，如圖

所示。（）極化前 （b）極化過程中 （）極化后圖

壓電陶瓷在極化中電疇變化示意圖鐵電性與電滯回線由上述知，在

時(shí)，壓電陶瓷不但存在自發(fā)極化，而且自發(fā)極化方向還可因外電場作用而轉(zhuǎn)向。這種特性稱為咨詢鐵電性體。因此壓電陶瓷又稱為鐵電陶瓷，或稱為鐵電多晶體。在交變電場作用下，壓電陶瓷可觀看到電滯回線，如圖

所示。圖

壓電陶瓷的電滯回線圖中，

為自發(fā)極化強(qiáng)度，

為剩余極化強(qiáng)度，EC

為矯頑場強(qiáng)。壓電陶瓷極化工序中，一樣選擇電場強(qiáng)度為

倍的

EC。

壓電效應(yīng)的再懂得極化過的壓電陶瓷內(nèi)的剩余極化強(qiáng)度總是以電偶極矩鉅的形式表現(xiàn)出來，即陶瓷一端顯現(xiàn)正束縛電荷，另一端顯現(xiàn)負(fù)束縛電荷，如圖所示。為了屏蔽和抵消剩余極化強(qiáng)度對外界的作用，在束縛電荷作用下，陶瓷電極面上吸附了一層來自外界的自由電荷。圖

陶瓷片內(nèi)束縛電荷與電極上吸附的自由電荷示意圖正壓電效應(yīng)若在陶瓷片上施加一個(gè)與極化方向平行的壓力F，如圖

所示。瓷片被壓縮，極化強(qiáng)度變小，開釋部分原先吸附的自由電荷，顯現(xiàn)放電現(xiàn)象。當(dāng)

F

撤除后，瓷片回復(fù)原狀，極化強(qiáng)度又變大，又吸附一些自由電荷，顯現(xiàn)充電現(xiàn)象。這種由機(jī)械力變電的效應(yīng)，或者講由機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿默F(xiàn)象，稱為正壓電效應(yīng)。圖

正壓電效應(yīng)示意圖（實(shí)線代表形變前，虛線代表形變后）逆壓電效應(yīng)若在陶瓷片上施加一個(gè)與極化方向相同的電場，如圖

所示。極化強(qiáng)度增大，瓷片發(fā)生伸長的形變。反之則發(fā)生縮短形變。這種由電點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械運(yùn)動(dòng)，或者講由電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的現(xiàn)象，稱為逆壓電效應(yīng)。圖

逆壓電效應(yīng)示意圖（實(shí)線代表形變前，虛線代表形變后）小結(jié)，，過外界作用（施力或電場）改變其極化狀態(tài)（含疇狀態(tài)）

實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換而表現(xiàn)出壓電效應(yīng)。

壓電陶瓷的制作工藝對壓電性能的阻礙專門大。因此，我們要認(rèn)識壓電陶瓷的內(nèi)在規(guī)律，設(shè)計(jì)合理的制作工藝，嚴(yán)格操縱它的操作過程。壓電陶瓷的制作過程要緊包括以下步驟：

配料

原料的選擇和處理原料是制備壓電陶瓷的基礎(chǔ)。選擇原料一樣應(yīng)注意其化學(xué)組成和物理狀態(tài)。

純度對純度的要求應(yīng)適度。高純原料，價(jià)格昂貴，燒結(jié)溫度高，溫區(qū)窄。純度稍低的原料，有的雜質(zhì)可起礦鈣化和助熔的作用，反而使燒結(jié)溫度較低，且溫區(qū)較寬。過低純度原料雜質(zhì)多，不宜采納。

雜質(zhì)含量壓電陶瓷材料中雜質(zhì)承諾量要緊按照以下三點(diǎn)因素決定：

雜質(zhì)類型①

有害雜質(zhì)

B、、、、Al

等，愈少愈好。②

有利雜質(zhì)與材料

A、B

位離子電價(jià)相同、半徑接近，能形成置換固溶的雜質(zhì)。如、、、Mg2+、、等離子，一樣在范疇內(nèi)，壞的阻礙不大，甚至有利。

材料類型①

接收型壓電陶瓷材料已引入了降低電導(dǎo)率和老化率的高價(jià)施主雜質(zhì)，原料中在以內(nèi)的雜質(zhì)不足以明顯阻礙施主雜質(zhì)的既定作用。②

發(fā)射型壓電陶瓷材料要求低機(jī)電損耗，因而配料中的雜質(zhì)總量，愈少愈好，一樣期望在以下。關(guān)于為了提升其它性能參數(shù)的有意添加物，另當(dāng)別論。

原料在配方中的比例在

配方中，比例大的原料

、、分別占重量比的

、和

左右，若雜質(zhì)多，引入雜質(zhì)總量也多。因此，要求雜質(zhì)總含量均不超過，即要求純度均在

以上。

以下，即要求純度均在

以上，專門要求例外。

穩(wěn)固性與爽朗性氧化物易與水作用，在空氣中不易儲存，不穩(wěn)固。如、、、、g

的氧化物，不宜采納。宜采納與水不起作用、穩(wěn)固的、加熱又能分解出爽朗性大的新奇氧化物的相應(yīng)的碳酸鹽。如、、、、

等。使固相反應(yīng)完全，利于降低合成溫度，減少鉛揮發(fā)。如

原料比

原料爽朗性好。因其在加熱中可分解脫氧成新奇爽朗性大的。

顆粒度 i i式 xi

為原料的

數(shù)，

為其

i i式 xi

為原料的

數(shù)，

為其

質(zhì)量，

為其質(zhì)量，M中該方法適合于配方中以重量百分比給出添加物的情形。

w

M

，，…， 接觸面積，利于互擴(kuò)散反應(yīng)，使組成平均，性能良好。另外，還可減小陶瓷內(nèi)應(yīng)力，增加機(jī)械強(qiáng)度等。在原料的處理方面，有以下常用方法：

細(xì)磨壓電陶瓷采納的原料，若顆粒較粗時(shí)，如、出廠未細(xì)磨的

等，必須細(xì)磨?？刹扇≌衲ァ⑶蚰?、行星磨等，小量原料也可用研缽研細(xì)。

烘干

化學(xué)分析批次的不同，其質(zhì)量可能不同。因此，應(yīng)抽樣化驗(yàn)其純度或雜質(zhì)，檢測其顆粒度，以保證壓電陶瓷的性能。

配方運(yùn)算與稱料

配方運(yùn)算壓電陶瓷材料的配方運(yùn)算通常有兩種方法：由原料的重量比來運(yùn)算配方的方法寫出配方的化學(xué)分子式寫出所用原料的分子式、純度，并查出其分子量

質(zhì)量用以下公式運(yùn)算各原料所需用量i i W

i niin為其純度；

M

為配方總質(zhì)量；

為總配料用量。ni ii由原料

數(shù)比例來運(yùn)算配方的方法寫出配方的化學(xué)分子式寫出所用原料的分子式、純度，并查出其分子量

質(zhì)量用以下公式運(yùn)算各原料所需用量式中

X

為配料總

數(shù)，其它同上。

，，…， 式中

X

為配料總

數(shù)，其它同上。

，，…， w

M

i i ii

此法。

稱料運(yùn)算稱料必須達(dá)到以下要求：①

稱料天平須有一定精度。批量生產(chǎn)中，大料用﹪克精度天平，小料用

﹪克精度天平。稱料前，校準(zhǔn)零點(diǎn)。②

稱料既要誤差小，又要速度快，以減少原料吸取空氣中水分而造成的誤差。③

稱料與投料按大料 小料 的平均性。嚴(yán)防各原料算錯(cuò)、稱錯(cuò)、投錯(cuò)，要認(rèn)真檢查，嚴(yán)格核對?；旌虾头鬯榉值幕瘜W(xué)反應(yīng)。型和燒成制造有利條件。

工藝方法使用球磨機(jī)鋼球、瑪瑙球、鋯球等與介質(zhì)水、酒精等，對原料進(jìn)行機(jī)械混合或粉碎。

工藝原理磨球靠電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生離心力、摩擦力和地心引力的共同作用，形成碰撞、循環(huán)翻動(dòng)和自轉(zhuǎn)等運(yùn)動(dòng)，使介于其中的粉料受到?jīng)_擊和摩擦研磨，從而達(dá)到混合與粉碎細(xì)化。

球磨工藝具體球磨工藝視不同球磨機(jī)而定，其合理的工藝參數(shù)要通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果優(yōu)選，也可借鑒有關(guān)工藝參數(shù)。④

粉料填充量左右

球磨質(zhì)量的要緊阻礙因素④

粉料填充量左右①

球磨機(jī)轉(zhuǎn)速（視球磨機(jī)類型、球磨罐大小等確定）②

球磨罐直徑、內(nèi)襯材料等③

磨球比重、硬度、形狀、磨損率

粉料、球與磨介的比例（視粉料的吸水性、球比重確定）磨介的作用粘附、劈裂、流淌、分散等球磨時(shí)刻（視球磨機(jī)類型、進(jìn)料粒度而定）球磨方式干法、濕法預(yù)燒預(yù)燒也稱合成是通過原料中原子或離子之間在加熱作用下的擴(kuò)散來未完成固相化學(xué)反應(yīng)，生成瓷料的過程。

預(yù)燒的目的①

使各原料的固相化學(xué)反應(yīng)充分平均，生成組成固定的固溶體，形成主晶相。②

以便于操縱產(chǎn)品外形尺寸。

壓電瓷料的合成過程分析壓電瓷料的合成過程是懂得與制定預(yù)燒工藝的基礎(chǔ)。關(guān)于

瓷料的合成過程，人們通過差熱分析、化學(xué)分析、X

射線分析等手段獲得的結(jié)果見圖

所示。圖

形成的差熱曲線圖

合成時(shí)各相的變化由圖

中以

為原料的差熱曲線可知：①

℃的吸熱效應(yīng)是因分解為，到

℃形成

的反應(yīng)最為明顯。②

℃是

——

三元共融液形成溫度，但因?yàn)檫@時(shí)大量存在的

趕忙與

生成

固溶體，因此這也是

開始形成的溫度，該反應(yīng)到

℃差不多完成。圖

表示保溫

小時(shí)，

合成過程中各相隨溫度變化的情形。能夠由圖把反應(yīng)按溫度范疇分成三段，即：反應(yīng)

A：—℃

反應(yīng)

B：—℃

(

Ti

)

反應(yīng)

：℃以上, (

), ,

預(yù)燒工藝

裝缽將混合干燥后的粉料裝入缽內(nèi)，并壓緊、扎孔、加蓋、入爐?！媲盃t門微開，以利排除有機(jī)物和水分等，之后關(guān)爐門。

加熱條件以典型

為例升溫速率：視爐內(nèi)裝料多少而定。最高溫度：℃左右視配方而變化保溫時(shí)刻：℃左右保溫

小時(shí)，以生成

?！孀笥冶?/p>

小時(shí)，以生成

。降溫速率：關(guān)電隨爐冷卻，至℃以下出爐。爐內(nèi)氣氛：以中性或氧化氣氛為好；還原氣氛會導(dǎo)致料粉還原發(fā)黑，必須嚴(yán)加操縱。硅碳棒爐好于電阻絲爐。

預(yù)燒瓷料質(zhì)量要求外觀：顏色正常、平均一致；有一定膨脹或收縮視具體配方；硬度適中?；瘜W(xué)分析：游離鋯、鈦、鉛少，小于相分析：為鈣鈦礦相，無雜相。

阻礙預(yù)燒的因素其制約關(guān)系有式中，

為固相反應(yīng)完全所需時(shí)刻；

為顆粒直徑；

為擴(kuò)散頻率因子；①

原料活性及顆粒度其制約關(guān)系有式中，

為固相反應(yīng)完全所需時(shí)刻；

為顆粒直徑；

為擴(kuò)散頻率因子；r

為激活能；T

為溫度；

為常數(shù)。這講明，固相反應(yīng)的速度與原料擴(kuò)散狀況、活性

、溫度成正比，而與原料顆粒平均直徑成反比。②

合成溫度以上已講明。③

升溫速率和保溫時(shí)刻。④

坯料壓緊力。⑤

爐內(nèi)溫度平均性、氣氛等。

成型與排塑成型確實(shí)是將瓷料壓制成所需要的形狀規(guī)格的坯體，并為燒結(jié)制造條件。排塑確實(shí)是在一定溫度下，將成型過程中加入瓷料中的粘合劑（或塑化劑）排除，并使坯體具有一定的機(jī)械強(qiáng)度。

成型法等，每大類成型法中又可分為若干具體成型方法。能夠按照制品的形狀、規(guī)格、大小來選擇使用，但各有利弊。那個(gè)地點(diǎn)僅介紹廣泛采納的干壓成型法。一定外力下壓制成坯體。干壓成型原理把各顆粒聯(lián)系起來，成為保持一定形狀的坯體。干壓坯體的結(jié)構(gòu)：可看成由液相（粘合劑）層、空氣、瓷料顆粒組成的三相結(jié)合體系。成型條件選擇的一樣原則加壓方式壓方式；厚制品宜采納雙向加壓，以使坯體內(nèi)密度較平均。壓力對不同瓷料、不同形狀制品，壓強(qiáng)由實(shí)驗(yàn)確定。一樣在

范疇，以保證坯體密度平均地達(dá)到。加壓速度和保壓時(shí)刻以利于排除坯體中的空氣，防止分層和裂紋。對薄小坯體，加壓可較快，保壓幾秒鐘即可。粘合劑的使用）粘合劑對成型的作用給予瓷料以可塑性，便于成型，且坯體具有較高的、平均的致密度；增加瓷料的粘結(jié)性，使成型坯體具有一定的機(jī)械強(qiáng)度；減少瓷料與模壁間的摩擦力，便于脫模，減小分層裂紋現(xiàn)象。）壓電陶瓷制品對粘合劑的要求有足夠的粘結(jié)性；開裂；揮發(fā)溫度不能太低，以免和水分同時(shí)揮發(fā)，造成坯體變形或開裂，但也不能太高，引起鉛等揮發(fā)；加熱揮發(fā)后，無殘留雜質(zhì)，以免阻礙制品的性能。）粘合劑的配制粘合劑的品種專門多，壓電瓷料干壓成型使用聚乙烯醇（）的比較多，無毒，且差不多能滿足上述要求。以下介紹其典型配方、特點(diǎn)及制法。濃度的

水溶液，配方簡單，成本低，但存放期短（

：甘油：酒精：蒸餾水：：：（較長，不易變質(zhì)，但較低溫度下過稠，不宜采納。造粒造粒是將瓷料混合粘結(jié)劑后，制成流淌性好的較粗顆粒（約

目/吋）。把這種顆粒稱為團(tuán)粒，以示區(qū)別。造粒的作用因細(xì)磨后的瓷粉細(xì)且輕、比表面積大、占據(jù)體積大，從而流淌性差、裝填密度和壓實(shí)密度不高。因此造粒的作用就在于平均瓷粉中的粘合劑、增加其顆粒度、比重和流淌性，使成型坯體致密度提升。常用造粒方法及特點(diǎn)①

一般手工造粒法將瓷料加適量（如

）的

濃度

水溶液粘合劑，在研缽內(nèi)手工細(xì)混平均，然后過篩即可。僅適合實(shí)驗(yàn)室和小量生產(chǎn)。②

加壓造粒法將瓷料加入

的

濃度

水溶液粘合劑，在混料機(jī)中攪研平均，過

目/吋篩。然后在液壓機(jī)上用壓模以壓力保壓

分鐘壓成圓餅。用破裂機(jī)破裂圓餅，直至全部通過

目/吋篩即可備用。求。但產(chǎn)量較小，效率不高，工藝操作要求嚴(yán)格，適合于實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)和中批量生產(chǎn)。③

噴霧干燥造粒法將混合粘合劑的瓷料先做成料漿，再經(jīng)噴霧干燥機(jī)進(jìn)行霧化干燥造粒，并收集備用。團(tuán)粒粗細(xì)可由霧化有關(guān)條件操縱。該法顆粒為球狀、流淌性好、質(zhì)量好、且產(chǎn)量大、連續(xù)生產(chǎn)、效率高，勞動(dòng)強(qiáng)度小和條件得到改善。宜于大批量生產(chǎn)，但設(shè)備成本高。模具設(shè)計(jì)；模具的設(shè)計(jì)以制品的形狀、尺寸、壓力、粉料壓縮化、燒結(jié)收縮率、粗；糙度等為依據(jù)，設(shè)計(jì)模具：①配合精度（如三級精度配合）

②光潔度（如工作面▽

）；⑤形狀、尺寸；⑥用材（工具鋼，如

鋼）等。阻礙成型質(zhì)量的因素粘合劑以

粘合劑為例，要緊阻礙因素有：聚合度

。

過大，鏈節(jié)長，粘結(jié)力和彈性大，不利于造粒和成型；過小，鏈節(jié)輕，彈性和粘結(jié)力小，起不到粘合劑作用。

一樣選

±較合適。用量。過少，不利于成型。過多，排塑后，氣孔多，阻礙坯體和瓷體密度及機(jī)電性能團(tuán)粒性質(zhì)要緊包括粒形、粒度、粒度分布、密度等對流淌性、裝填密度和壓實(shí)密度的阻礙。加壓制度包括加壓方式、成型壓力、加壓速度和保壓時(shí)刻對成型質(zhì)量的阻礙。模具

排塑（）排塑的必要性

中的氧而形成二氧化碳，使金屬氧化物還原為導(dǎo)電的金屬（如）和半導(dǎo)體性質(zhì)的低價(jià)氧化物（如結(jié)前，必須對坯體進(jìn)行排塑。（）排塑的差不多要求）按照

粘合劑的揮發(fā)性，嚴(yán)格操縱排塑的升溫速度和保溫時(shí)刻。在排除

粘合劑過程中，℃左右（隨坯體厚度增加而增加）是水分的揮發(fā)，℃是

的揮發(fā)溫區(qū)。如此，℃左右要保溫一段時(shí)刻，℃往常必須緩慢升溫。）按照

粘合劑的分解特性，操縱排塑氣氛

粘合劑加熱分解及氧不足情形下對

作用的反應(yīng)式有：

如此，

坯體發(fā)生了不同程度的還原反應(yīng)，將導(dǎo)致的結(jié)果有：

如此，

坯體發(fā)生了不同程度的還原反應(yīng)，將導(dǎo)致的結(jié)果有：

燒結(jié)時(shí)不易結(jié)晶成瓷，顏色不正常；燒銀時(shí)發(fā)生滲銀發(fā)黑，極化時(shí)則難以加上電壓；陶瓷電性能惡化等。因此，必須確保使排塑爐內(nèi)有充足的氧氣氛。（）排塑工藝定加熱制度排塑。典型例如下：升溫速度：—℃，℃/h；—，℃/h最高溫度：℃（℃前，微開爐門，℃關(guān)爐門）保溫時(shí)刻：冷卻方式：關(guān)電源隨爐冷卻。

燒結(jié)燒結(jié)是利用熱能使坯體轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂心撤N顯微組織結(jié)構(gòu)的致密陶瓷體的工藝過程。

燒結(jié)理論要點(diǎn)與燒結(jié)過程要點(diǎn)和固相燒結(jié)過程。

燒結(jié)理論要點(diǎn)按照燒結(jié)的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)研究，其理論要點(diǎn)有：大類型。外因：外部給予的熱能；內(nèi)因：瓷料總界面能的減少。燒結(jié)過程中存在物質(zhì)傳遞。傳質(zhì)模型和機(jī)理要緊有：①流淌；②擴(kuò)散；③蒸發(fā)與凝聚；④溶解與沉淀等。

固相燒結(jié)過程與時(shí)期圖

示意了固相燒結(jié)過程與時(shí)期，以下加以分析講明。圖

不同燒結(jié)時(shí)期晶粒排列過程圖

系壓電陶瓷燒結(jié)時(shí)期對致密性的阻礙 初期時(shí)期（顆粒結(jié)合時(shí)期，℃往常）粒長大，小顆粒減小或消逝，氣孔形狀改變并發(fā)生坯體收縮，如圖、、

所示。連續(xù)擴(kuò)散，相鄰的晶界相交并形成網(wǎng)絡(luò)，為連續(xù)貫穿狀態(tài)。圖

燒結(jié)中雙晶粒結(jié)合示意圖圖

燒結(jié)中多晶粒結(jié)合示意圖該時(shí)期晶粒平均粒徑小、結(jié)構(gòu)松疏、線收縮小。（）中期時(shí)期（晶粒生長時(shí)期，—℃）晶粒成長是坯體中晶界移動(dòng)的結(jié)果，如圖

、

所示。彎曲的晶界總是向曲率中心移動(dòng)，曲率半徑愈小，移動(dòng)愈愉快。邊數(shù)大于六邊的晶

°的六邊形（晶粒截面）的晶粒最為穩(wěn)固。該時(shí)期線收縮和體密度明顯增加，顯氣孔率大幅度降低，氣孔由連續(xù)貫穿變?yōu)楣铝顟B(tài)。在第二相包裹物（晶界中雜質(zhì)、氣孔等）的阻礙下，晶粒逐步減緩。圖

燒結(jié)中晶界移動(dòng)示意圖圖

燒結(jié)中期多晶體界面移動(dòng)情形（）末期時(shí)期（晶粒校正時(shí)期，℃—最佳燒結(jié)溫度）晶粒緩慣校正性長大，直至達(dá)到較理想的燒結(jié)程度。同時(shí)，大部分氣孔從晶界排出體外，余下氣孔體積縮小，最后變成彼此孤立、互不連通的閉口氣孔。這種氣孔一樣處于多個(gè)晶粒的交界處，其內(nèi)部壓力高，進(jìn)一步排除困難。（）過燒和二次晶粒長大）過燒在達(dá)到最佳燒結(jié)溫度后，連續(xù)升高溫度，則晶界運(yùn)動(dòng)加劇，二次粒長大量顯現(xiàn)，閉口氣孔膨脹、裂開，密度下降的現(xiàn)象，稱為過燒。過燒后的瓷件性能低下，要加以操縱。）二次晶粒長大當(dāng)晶粒的正常長大由于包裹物阻礙而停止時(shí)，燒結(jié)體內(nèi)可能有少數(shù)晶粒專門大，邊數(shù)多，晶界曲率也較大。在一定的條件下，它們能越過包裹物而連續(xù)反常長大。這種現(xiàn)象稱為二次晶粒長大。造成二次晶粒長大的緣故，是由于：①瓷料本身不平均，有少數(shù)大晶粒存在；②成型壓力不平均，造成局部晶粒易長大；③燒成溫度過高，加劇大晶粒生長；④局部有不平均的液相存在，促進(jìn)了粒長等。另外，當(dāng)起始瓷料粒徑大時(shí)，相應(yīng)的晶粒生長就??；當(dāng)瓷料粒度極細(xì)時(shí)，活性大，燒結(jié)溫區(qū)窄，常易在小晶?；嘀酗@現(xiàn)大的晶粒。

燒結(jié)條件

制定燒結(jié)條件的依據(jù)燒結(jié)條件要緊由四個(gè)方面組成：①升溫速度；②最高燒結(jié)溫度；③保溫時(shí)刻；④降溫速度和冷卻方式。制定合理的燒結(jié)條件的一樣原則是：以最經(jīng)濟(jì)的方式（看效率、成本等熱分析（失重、脹縮、熱差）數(shù)據(jù)；③瓷料燒結(jié)線收縮或體積密度；④顯微組織結(jié)構(gòu)分析；⑤制品電性能數(shù)據(jù)。

燒結(jié)條件的確定確定燒結(jié)條件要重點(diǎn)關(guān)注兩個(gè)方面的關(guān)系：;一是燒結(jié)條件與瓷料組織結(jié)構(gòu)、性能的關(guān)系；二是燒結(jié)條件與坯體形狀尺寸的關(guān)系。以下加以分別講明。（）

燒結(jié)溫度

系陶瓷元件的燒結(jié)溫度，要緊取決于配方的化學(xué)組成、瓷料粒度、坯體的形狀尺寸、成型方式、升溫速度和保溫時(shí)刻等。最佳燒成，一樣差不多上在試燒時(shí)，分別測定各種不同燒結(jié)溫度下元件的收縮、密度、組織結(jié)構(gòu)和電性能參數(shù)，綜合比較而確定的。一樣講來，燒結(jié)溫度范疇較寬（±℃）的瓷料，應(yīng)在燒結(jié)的上限溫度進(jìn)行燒結(jié)，但保溫時(shí)刻不宜過長；燒結(jié)溫度范疇較窄（±℃）的瓷料，則在下限溫度進(jìn)行燒結(jié)；并可適當(dāng)延長保溫時(shí)刻。（） 升溫速度和保溫時(shí)刻當(dāng)升溫速度較快（℃/h

左右）時(shí)，燒結(jié)溫度就宜偏上限，保溫℃/h

保溫時(shí)刻可適當(dāng)延長。鑒于

在高溫下易揮發(fā)，形狀簡單的小尺寸坯件，較快速度升溫順短期保溫（≤度和延長保溫時(shí)刻，且力求密封燒結(jié)，以使制品燒結(jié)平均，幸免失鉛。（）

降溫速度和冷卻方式樣中小型坯件都能夠采納停電隨爐自然冷卻的方式。形狀簡單的小型坯件，為了使晶粒細(xì)化，幸免還原發(fā)黑，可微開爐門，通過空氣冷卻；也可采取

件，一樣操縱在

℃/h

的降溫速度冷卻，以免變形開裂。

燒結(jié)工藝步驟與質(zhì)量判定 燒結(jié)步驟（）燒結(jié)前預(yù)備工作）檢查：①燒結(jié)爐發(fā)熱體好壞、熱電偶位置、電流電壓的平穩(wěn)、保溫性能等爐況；②燒結(jié)耐火配件，如坩堝與蓋的完好、配合、吸鉛程度，匣缽好壞程度等。

裝堝、裝缽和進(jìn)爐，如圖

所示。進(jìn)爐應(yīng)平穩(wěn)輕輕推進(jìn)，以免堆疊的坯體錯(cuò)動(dòng)。圖

裝缽示意圖（）

設(shè)置燒結(jié)程序按工藝規(guī)定的燒結(jié)條件在控溫儀上設(shè)置燒結(jié)程序，通電加熱燒結(jié)。（）定期觀看觀看、調(diào)整、記錄燒結(jié)爐運(yùn)行狀況，并在接近最佳燒結(jié)溫度和保溫時(shí)刻，反復(fù)檢查、測定、校正溫度，防止溫度的偏離高。（）

保溫終止以后，停電，自然冷卻或按其他降溫冷卻方式冷卻?！嬉砸幌驴沙鰻t。

燒結(jié)質(zhì)量的判定壓電陶瓷燒結(jié)質(zhì)量的判定，除了測定致密度、電性能和顯微組織結(jié)構(gòu)外，生產(chǎn)可采納更簡單更直截了當(dāng)?shù)闹庇^判定法。按照這種判定方法，較佳燒結(jié)質(zhì)量的瓷件應(yīng)具備以一下特點(diǎn)：①室溫下顏色：平均一致、有光澤；②粘結(jié)現(xiàn)象:瓷件之間稍有粘結(jié)，但易分開；③收縮率：約

左右；④墨水?dāng)U散：不滲墨水，無擴(kuò)散現(xiàn)象；⑤聲響：敲擊時(shí)有清脆的金屬聲；⑥機(jī)械強(qiáng)度:強(qiáng)度高，不易被折斷；⑦斷面狀況：平均、致密、無氣孔、斷口呈貝殼狀，有光澤；⑧在同一爐、同一堝內(nèi)的瓷件，上述特點(diǎn)差不多一致，無明顯差別。

阻礙燒結(jié)的要緊因素（）

原料的阻礙不同規(guī)格、級別的原料含不同種類和數(shù)量的雜質(zhì)，不同產(chǎn)地、批次原料的活性也不相同，燒結(jié)條件也會產(chǎn)生相應(yīng)的變化。（）

鋯鈦比比阻礙隨

的增加，燒結(jié)溫度隨之增高，甚至難以燒結(jié)。（）

添加物的阻礙阻礙燒結(jié)的添加物要緊有以一下幾類：①產(chǎn)生

A

位缺陷的“軟性”添加物（如燒結(jié)溫度范疇擴(kuò)大，提升燒結(jié)速度。②產(chǎn)生

空位的“硬性”添加物（如

不利于離子擴(kuò)散，較難燒結(jié)。③小半徑等價(jià)取代

A

等）。使