原材料對壓電陶瓷性能的影響1、原材料的選擇原材料的純度和所處的狀態(tài)對壓電陶瓷材料的性能有極大的影響。生產(chǎn)實(shí)踐表明：同一配方，使用不同出處的原材料可能得到差異很大的結(jié)果。因此所有生產(chǎn)壓電陶瓷元器件的廠家都希望原材料的來源穩(wěn)定?；蛘咄ㄟ^儲存大批的原材料以避免由于原材料的波動造成質(zhì)量波動。原材料在很大程度上可決定壓電陶瓷元器件性能參數(shù)的優(yōu)劣，對工藝的順利進(jìn)行有重要的影響。如Pb3O4、ZrO2、TiO2是壓電陶瓷生產(chǎn)中用量最大的三大主料，若純度低，引入雜質(zhì)的總量就很大，所以選擇材料時(shí)要求純度高些，一般在98%以上。而用量很少的添加物，即使純度低些也不致于引入較多的雜質(zhì)，故用量大的原材料，其純度比少量添加物的純度更為重要。 原材料的加入形式對工藝性能和產(chǎn)品質(zhì)量也有很大影響，一般都是選用化學(xué)活性較大的化合物形式加入。比如堿土金屬氧化物多以其碳酸鹽的形式加入。因?yàn)樘妓猁}能在合成溫度下分解而產(chǎn)生新的氧化物，具有很大的活性。比如三大主要原材料的選擇如下： A氧化鉛（PbO）鉛的氧化物有三種：一種叫密陀僧（PbO），一種叫鉛丹（Pb3O4），一種叫鉛白2PbCO2、Pb(OH)2,壓電陶瓷中一般用兩種形態(tài)的氧化鉛，即紅色的四方形態(tài)和黃色的敘方形態(tài)，紅色的是穩(wěn)定的形態(tài)，比黃色的難溶于水，常為壓電陶瓷生產(chǎn)大量采用。 B氧化鋯（ZrO2）氧化鋯有兩種形態(tài)：低溫性和高溫性，常選擇的是低溫性的氧化鋯是加入少量CaO、MgO或Y2O3制成的立方形態(tài)的氧化鋯固溶體，這種氧化鋯的固溶體叫穩(wěn)定氧化鋯。 C.氧化鈦（TiO2）氧化鈦有三種形態(tài)：即脫鈦礦、板鐵礦和金紅石。壓電陶瓷生產(chǎn)中最常用的是金紅石形態(tài)的氧化鈦，金紅石是一種穩(wěn)定的晶型（四方晶系），其電性能最好，介電常數(shù)大，介質(zhì)損耗小。 如果購入的原材料不能符合要求，通常采用水洗、煅燒和粉碎三種方法進(jìn)行處理，但近兩年制造原材料的廠家改進(jìn)工藝和制造方法，原材料無論是純度、細(xì)度雜質(zhì)含量、活性都有很大的改進(jìn)，所以采用上面提到的水洗、煅燒和粉碎三種方法在工廠已不大采用。2、原材料細(xì)度的影響 原材料細(xì)度對壓電陶瓷材料的性能有很大影響。因?yàn)樵牧项w粒越細(xì)則比表面越大，即表面能越大，活性也越高。所謂活性從化學(xué)觀點(diǎn)看主要指原材料的化學(xué)活潑性?；钚源螅瑒t反應(yīng)容易進(jìn)行；反之，則相反。若從物理角度看原料的活性主要指構(gòu)成原料的質(zhì)點(diǎn)（原子、離子或分子）掙脫本身結(jié)構(gòu)揮發(fā)、擴(kuò)散的可能性。故活性大，則容易掙脫?；钚源蟮脑暇推浣Y(jié)構(gòu)而論都是處于一種自由能較高的介穩(wěn)狀態(tài)。故其參與物理變化、化學(xué)反應(yīng)都要容易得多。因?yàn)轭w粒小在一配方中可以認(rèn)為同類原子集中在一起的數(shù)量和區(qū)域都小，這樣擴(kuò)散的路程短，固相反應(yīng)的速率大，有利于固相反應(yīng)的充分進(jìn)行。另外，顆粒小還有利于高溫下固體顆粒在表面張力的作用下能夠發(fā)生類似液體物質(zhì)的粘滯流動，促使顆粒的質(zhì)點(diǎn)占據(jù)品格中的密結(jié)點(diǎn)，便于在較低的溫度和較寬的溫度范圍內(nèi)獲得較好的燒成結(jié)果。 同樣，因?yàn)樵牧项w粒小，同類原子集中一起的數(shù)量和區(qū)域都小。則我們可以進(jìn)一步認(rèn)為，在相同的工藝條件下，原料的顆料越細(xì)，組成中的微觀Zr/Ti越接近理想值。有助于提高壓電陶瓷材料的溫度穩(wěn)定性和時(shí)間穩(wěn)定性。同時(shí)陶瓷材料的一致性和重復(fù)性也大大改善。 原材料的細(xì)度對成型的影響。原料的顆粒越細(xì)，相對粒形也就越圓滑，越有可能形成最緊密堆積，成型時(shí)流動性好，可塑性高，坯件的宏觀表面趨于平坦，容易得到表面光滑內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密的坯件。而這些又是降低燒成溫度和收縮率，防止坯件變形開裂從而獲得致密燒成的重要條件之一。如果原料顆粒粗、成型時(shí)的可塑性和流動性必然降低，從而給成型帶來困難，或者成型后的瓷坯表面粗糙。燒成后的瓷片性能必然惡化，某些薄片甚至不能成形。 3、原材料中雜質(zhì)的影響 我們這時(shí)所說的原材料雜質(zhì)包括固有雜質(zhì)和混入型雜質(zhì)兩種。原料中雜質(zhì)含量的高低及種類的多少是衡量原粒純度的重要指標(biāo)之一?；ぴ戏譃楣I(yè)純、化學(xué)純、分析純等。其雜質(zhì)含量的高低和種類的多少要求不一。而在壓電陶瓷生產(chǎn)中，按配方組成不同對雜質(zhì)含量和種類要求各異。有的雜質(zhì)可以起到降低燒成溫度、抑制晶粒長大等改善性能的作用。如：Fe+2、Mg+2、Sb+3等含量可以適當(dāng)高些。而對哪引起能使晶格發(fā)生畸變或者能在晶體中產(chǎn)生自由電子和空穴的如SiO2等的含量都應(yīng)嚴(yán)格控制。有時(shí)這類雜質(zhì)即使只有0.1wt%就會使壓電陶瓷材料的物理性能顯著惡化而完全失去使用價(jià)值。但事物總是有其特有的雙重性。以SiO2為例，只要根據(jù)配方組成及對性能的要求選擇合適的添加量是可以獲得滿意結(jié)果的。如：以添加量為0.05wt%、0.1wt%使陶瓷材料的機(jī)電耦合系數(shù)Kp從0.69上升到0.730.74，彈性柔順系數(shù)&E11從15.410-12米2/牛頓上升到17.810-12米2/牛頓，并取得了在瓷片直接鉆孔而不碎的特有效果。這就是說對于雜質(zhì)的種類及其含量應(yīng)該控制在什么界限以內(nèi)是值得進(jìn)一步研究的。 對于混入型雜質(zhì)，由于我們目前還沒有這樣的分析手段，故對這類雜質(zhì)的化學(xué)成分還不了解。但這類雜質(zhì)大致可分為未反應(yīng)完全的礦產(chǎn)品，如ZrO2中可能混有ZrSiO4和其它雜質(zhì)。這類雜質(zhì)的物理特性是顏色各異，呈不規(guī)則形狀；有的富有彈性，有的非常堅(jiān)硬粉碎較困難，混料時(shí)被粉料所包裹。實(shí)踐證明，這類雜質(zhì)大多在1000以上開始熔化，予燒時(shí)不參與固相反應(yīng)，因而在予燒期間很難發(fā)現(xiàn)這類雜質(zhì)的存在。高溫時(shí)，這類雜質(zhì)多生成液相，在瓷坯上上下流動并浸潤滲透。遇有大顆粒的雜質(zhì)混入時(shí)，這種液相的浸潤滲透能力很強(qiáng)，有