加熱又能分解出活潑性較大的氧化物的相應(yīng)碳酸鹽，如碳酸鈉Na2CO3碳酸鎂MgCO3，碳酸鍶SrCO3，碳酸鈣CaCO3，碳酸鋇BaCO3，碳酸鎂MgCO3等。

在合成過(guò)程中，各組成成份是否容易進(jìn)行固相反應(yīng)和反應(yīng)速度的快慢，在很大程度上決定于原材料本身的活潑性?；顫娦院玫脑牧?，既能促使固相反應(yīng)完全，又有利于降低合成溫度，還能減少在合成過(guò)程中鉛的揮發(fā)。

低溫易于分解的堿式碳酸鉛2PbCO3.Pb{OH}2和四氧化三鉛，它們?cè)诜纸鈺r(shí)由于脫氧而生成活潑性較大的氧化鉛PbO,對(duì)固相分應(yīng)有利。四氧化三鉛的活潑比氧化鉛的強(qiáng)得多，而堿式碳酸鉛的活潑性又比四氧化三鉛強(qiáng)得多。因?yàn)閴A式碳酸鉛在6200C附近，即進(jìn)行固溶體的合成反應(yīng)，在8500C反應(yīng)就基本結(jié)束；四氧化三鉛在5000C以上脫氧，在6400C 左右才開(kāi)始進(jìn)行固相反應(yīng)，到8500C反應(yīng)基本結(jié)束；氧化鉛由于在低溫?zé)o分解反應(yīng)，當(dāng)然活潑性就差，使固溶體合成反應(yīng)的起始溫度提高到6000C以上，而反應(yīng)結(jié)束溫度也移后到8000C。這就充分說(shuō)明，采用活潑性較好的原材料可以降低合成溫度。

盡管堿式碳酸鉛活潑性較好，對(duì)于合成有利，但由于性質(zhì)不夠穩(wěn)定，易于分解，純度也較低，比重又較小，價(jià)格較高，對(duì)生產(chǎn)不利，一般很少采用。

生產(chǎn)實(shí)踐證明；只要根據(jù)工業(yè)純四氧化三鉛，二氧化鋯和二氧化鈦的產(chǎn)地，純度和顆粒度等具體情況，選擇合適和合理的生產(chǎn)工藝，是完全可以取代化學(xué)試劑純材料的。但是，要求工業(yè)純材料批量要大些，貨源要相對(duì)穩(wěn)定。一般來(lái)說(shuō)，四氧化三鉛每批不少于500公斤，二氧化鋯每批不少于200公斤，二氧化鈦每批不少于100公斤，并分別為同一生產(chǎn)廠家的同批材料。壓電陶瓷原材料的處理和選擇

2 壓電陶瓷換能器材料的類型可分為接受型，發(fā)射型和收發(fā)兼用型等三種。不同類型的雜質(zhì)對(duì)不同類型的壓電陶瓷換能器的性能產(chǎn)生不同的影響，尤其對(duì)接收型，發(fā)射型的性能參數(shù)有極其重要的作用。一般情況下，在接收型壓電陶瓷換能器中，總要加入一定數(shù)量對(duì)介質(zhì)損耗和機(jī)械品質(zhì)因數(shù)產(chǎn)生不利影響，但能降低導(dǎo)電率和老化速率的三價(jià)或五價(jià){如鑭La2+,鈮Nb5+,銻Sb5+等}施主雜質(zhì)，在這類換能器的壓電陶瓷元件的配料中，若存在微量的其它雜質(zhì)，尚不足以顯著影響由引入施主雜質(zhì)所產(chǎn)生的既定作用，所以雜質(zhì)含量可以允許稍高一些，一般為0.5%左右。

對(duì)發(fā)射型壓電陶瓷換能器，配料中的雜質(zhì)總量，總是越少越好。一般希望在0.05%以下。如若為了提高制品的介電常數(shù)或改進(jìn)工藝等特殊目的，而有意加入添加物，就另當(dāng)別論了。

3 原材料在配方中的比例，在壓電陶瓷元件中，所引進(jìn)的各雜質(zhì)的總量，隨原材料在配方中所占比例的大小而不同。因此對(duì)原材料的雜質(zhì)要求，應(yīng)因量而異。

在PZT配方中，比例較大的四氧化三鉛，二氧化鋯和二氧化鈦在配方中分別占重量比的60%，20%和10%左右，若這些原材料中的雜質(zhì)含量較高，所引入的雜質(zhì)總量也就相應(yīng)較多。因此，要求雜質(zhì)總含量均不超過(guò)2%，也就是說(shuō)，要求純度均在98%以上。

至于配方中比例較小的添加物，如碳酸鈉Na2CO3,碳酸鍶SrCO3,氧化鉍Bi2O3,氧化鑭La2O3,氧化鈮Nb2O5,三氧化二銻Sb2O3等，對(duì)它們的雜質(zhì)總含量要求可以稍高一些，一般均在3%以下。也就是說(shuō)，要求純度均在97%以上。

二.原材料的細(xì)度

細(xì)度是指壓電陶瓷所用粉末材料顆粒的粗細(xì)度。一般都以最大粒徑，平均粒徑或比表面積表示，有時(shí)也用顆粒組成{既不同粒徑原料組成的重量百分率}來(lái)表示。一般原料越細(xì)，則其平均粒徑越小，比表面積也越大。

任何一批粉狀原材料總不可能都是由大小完全相同的顆粒組成的，對(duì)于接近球形的粒狀粉末來(lái)說(shuō)，可以用顆粒直徑的微分或積分分布曲線來(lái)表示這批原材料的細(xì)度和細(xì)度分布情況。進(jìn)行顆粒組成分析是保證生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品性能的穩(wěn)定性的一項(xiàng)有效措施。

目前測(cè)定顆粒直徑的方法很多，有篩分法，顯微鏡觀察法，沉降法比表面法等幾種。顯微鏡法是直接用顯微標(biāo)尺進(jìn)行測(cè)定的，而細(xì)度的分布則可選擇具有代表性視野進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算。為了得到足夠準(zhǔn)確的分布曲線，統(tǒng)計(jì)的顆粒數(shù)應(yīng)不小于1000個(gè)。這種方法雖然很簡(jiǎn)單{常用來(lái)測(cè)定粒徑在5um以下的超細(xì)粉狀材料}，但費(fèi)時(shí)頗多，所得結(jié)果也不太精確，因此應(yīng)用不很廣泛。沉降法是生產(chǎn)中經(jīng)常采用的一種方法，它用直徑不同的顆粒在懸浮液體中沉降時(shí)所需的時(shí)間不同，而把直徑不同的顆粒分離出來(lái)的。作出顆粒細(xì)度的分布的方法也不復(fù)雜，但只適用于直徑10微米以下的顆粒粉末。

對(duì)于顆粒在10微米以上的粗顆粒，可以用篩分法進(jìn)行測(cè)定。由于篩分法是利用孔徑不同的絲網(wǎng)對(duì)顆粒進(jìn)行分級(jí)，因而也可作出細(xì)度的分布曲線。但絲網(wǎng)的孔徑不可能作的太小，而且絲網(wǎng)的孔徑越小篩分越困難。因此只適用于容易過(guò)篩的粗顆粒。

以上的幾種方法都可以直接測(cè)定原料的顆粒直徑和分布特征，一般來(lái)說(shuō)都比較全面地反映出原料的細(xì)度狀況。雖然這些方法本身都不是很復(fù)雜，但在實(shí)際生產(chǎn)中所以篩分法應(yīng)用最為普遍。采用篩分法。大都以標(biāo)準(zhǔn)篩{萬(wàn)孔篩10000孔/CM2，孔徑約為66um}來(lái)控制原料的細(xì)度，過(guò)篩后，用水沖洗并收集篩網(wǎng)上的篩余原料，經(jīng)烘干后再稱取其重量，然后算出篩余粉料占全部被試原料的百分比，即作為該批原料細(xì)度的一個(gè)指標(biāo)。篩余量越大，粉料細(xì)度越差。{即越粗}，這種方法實(shí)際上是用原料中顆粒最粗的粒子所占的比例來(lái)度量該批原料的，對(duì)于測(cè)定用化學(xué)的或物理方法細(xì)化的原料的細(xì)度，這種方法就不太有效。

原料的細(xì)度對(duì)壓電陶瓷的質(zhì)量有極大的影響，因?yàn)轭w粒較細(xì)，比表面積較大的原料不僅成型密度高，表面活化能較大的原料固相反應(yīng)也比較完全。便于在較低的溫度和較寬的溫度范圍內(nèi)獲得較好的燒結(jié)效果。一般來(lái)說(shuō)壓電陶瓷原料的粒徑都要求在10um以下，能在1~2um以下當(dāng)然更好，這對(duì)化工原料來(lái)說(shuō)經(jīng)振磨后一般問(wèn)題不大，對(duì)礦物原料來(lái)說(shuō)則難讀較大視起始的機(jī)械破碎程度而定，對(duì)那些用量很少或者堅(jiān)硬而不易磨細(xì)的原料，必須先經(jīng)過(guò)充分磨細(xì)，再予以混磨才能充分保證配料的均勻性和一致性，否則將使壓電陶瓷的工藝穩(wěn)定性和重復(fù)性變壞。

三穩(wěn)定性和活性

所謂穩(wěn)定性和活性，是就制作壓電陶瓷元件時(shí)對(duì)原材料的要求而言。前者是指在末進(jìn)行固相反應(yīng)前原材料本身的穩(wěn)定性，后者是指在固相反應(yīng)過(guò)程中原材料本身的活性，是一個(gè)問(wèn)題的兩個(gè)方面。

制作壓電陶瓷元件，一般都采用金屬氧化物作原料，但堿金屬和堿土金屬氧化物的通性是容易和水作用，在空氣中不易貯存，所以鈉Na,鈣Ca，鋇Ba，鍶Sr，鎂Mg的氧化物就不宜采用。只能采用它們具有和水不起作用，且較穩(wěn)定

壓電陶瓷原材料的處理和選擇

壓電陶瓷原材料的處理和選擇

壓電陶瓷主要工藝介紹

原材料的本質(zhì)將對(duì)壓電陶瓷的最終性能產(chǎn)生決定性的影響。壓電陶瓷與傳統(tǒng)的陶瓷最大的區(qū)別是它對(duì)原料的純度，細(xì)度，顆粒尺寸和分布，反應(yīng)活性，晶型，可利用性以及成本都必須加以全面考慮和控制。

原材料在很大程度上，可決定壓電陶瓷元件性能參數(shù)的高低，對(duì)工藝的順利進(jìn)行有重要影響因此，對(duì)所用元材料的性能必須有所了解，選擇原材料必須符合經(jīng)濟(jì)合理的原則。

壓電陶瓷所用的各種原料，一般都是各種金屬氧化物，有時(shí)也采用各種鈦酸鹽，鋯酸鹽，錫酸鹽，鐵酸鹽和碳酸鹽等。目前壓電陶瓷生產(chǎn)上所用的各種原材料，具有很強(qiáng)的地方性，原材料的質(zhì)量往往隨產(chǎn)地和批號(hào)的不同而有很大的區(qū)別和差異。嚴(yán)重影響了生產(chǎn)質(zhì)量的穩(wěn)定性。因此掌握原材料質(zhì)量對(duì)產(chǎn)品性能的影響，進(jìn)而在生產(chǎn)中預(yù)以有效的控制，對(duì)確保產(chǎn)品的質(zhì)量有很大的現(xiàn)實(shí)意義。

總的來(lái)說(shuō)，壓電陶瓷材料所用的原材料可以分為化工原料和礦物原料二大類。凡是經(jīng)由化工廠加工處理而提供的原料稱為化工原料如BaCO3. SrCO3. CaCO3. MgCO3. Pb3O4. TiO2. ZrO2. Nb2O5. La2O3等，而直接由礦山開(kāi)采，只經(jīng)過(guò)適當(dāng)加工的原料就稱為礦物原料。常用的礦物原料有粘土，長(zhǎng)石，石英，滑石，菱鎂礦，大理石，白云石等。

一般的日用瓷，普通的電工瓷和部分的無(wú)線電陶瓷如{滑石瓷等}幾乎都是用礦物原料配成的，而壓電和強(qiáng)介電容器等無(wú)線電陶瓷則幾乎完全是由化工原料配制而成的。

原料的純度，細(xì)度，{或稱粒度}和活性是衡量原料質(zhì)量的三個(gè)重要指標(biāo)。不論制造鈦酸鋇，鈦酸鉛，還是制造二元系鋯鈦酸鉛以及三元系鈮鎂酸鉛等壓電陶瓷元件，二氧化鈦，二氧化鋯，氧化鉛或四氧化三鉛等，都是主要原材料，一般都在10~60%范圍內(nèi)。

一. 原料的純度

純度就是原料的純凈程度，相對(duì)來(lái)說(shuō)也是指原料的含雜程度。純度越高的原料所含的雜質(zhì)種類和數(shù)量越少?；ぴ习醇兌瓤煞譃楣I(yè)純和試劑純二大類。而試劑純的原料按純度高低又可分為四級(jí)，各種化工原料的主要特點(diǎn)如表1所示。工業(yè)純的原料生產(chǎn)量大，供應(yīng)穩(wěn)定，同批產(chǎn)品的一致性和活性都較好，價(jià)格也較便宜。因此在能夠保證產(chǎn)品產(chǎn)量的前提下應(yīng)該盡可能選用工業(yè)純?cè)希越档统杀?；但工業(yè)純?cè)系募兌容^低；不同批號(hào)原料的純度波動(dòng)較大。試劑純?cè)系募兌入m較高但在價(jià)格方面卻要比工業(yè)純?cè)腺F幾倍，至幾十倍，純度高的原材料，固然含雜質(zhì)少，但燒結(jié)溫度較高，最佳燒結(jié)溫度也較窄，給燒結(jié)帶來(lái)一定的困難。工業(yè)純?cè)系募冊(cè)系募兌炔桓?，但是?duì)陶瓷產(chǎn)品性能危害的雜質(zhì)只有一，二種，因此如果在化工廠采取特殊措施除去這些雜質(zhì)，又添加某些能改善性能的微量添加劑，而不進(jìn)行全面的提純，則不僅原料的成本將進(jìn)一步大幅度降低，也能更符合陶瓷生產(chǎn)的要求。純度較低的一些元材料，有的雜質(zhì)還可以在燒結(jié)過(guò)程中起到礦化劑或助溶劑的作用，反而使燒結(jié)溫度較低，最佳溫度范圍較寬，在一定程度上起到有利作用。這種特定的工業(yè)純?cè)嫌袝r(shí)也稱為“陶瓷純”或“電容器純”。

原材料中含有各種各樣的雜質(zhì)，對(duì)壓電陶瓷元件的不同型號(hào)，配方的作用和影響也各不相同。所以應(yīng)區(qū)別對(duì)待，對(duì)具體情況需具體分析。對(duì)產(chǎn)品性能和工藝過(guò)程最敏感的原料應(yīng)選擇較高的純度；與原料的化學(xué)性質(zhì)相近，能形成置換式固溶體的雜質(zhì)的最高含量可以略高；對(duì)那些能使晶格發(fā)生嚴(yán)重畸變的雜質(zhì)，或者能在晶體中產(chǎn)生自由電子和空穴的“施主雜質(zhì)”和“受主雜質(zhì)”以及變價(jià)過(guò)渡元素{SiO2}的最高含量必須嚴(yán)格控制，有時(shí)這類雜質(zhì)即使只有0.1wt%就會(huì)使物理性能嚴(yán)重惡化而完全失去使用階值。如K+，Na+,等鹵族元素將使鐵電，壓電陶瓷材料的絕緣電阻顯著降低，使極化時(shí)容易擊穿，損耗增大，介電常數(shù)和機(jī)電耦合系數(shù)Kp下降，其總含量控制在0.01%以下。一般來(lái)說(shuō)，在制作PZT壓電陶瓷元件中，二氧化鈦，二氧化鋯和四氧化三鉛可采用工業(yè)級(jí)材料，它們的純度均能達(dá)到98%以上。實(shí)際生產(chǎn)中原材料的主成分含量都是采用化學(xué)分析方法測(cè)定，雜質(zhì)含量則常在已有經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上采用半定量的光譜分析，必要時(shí)也可進(jìn)行x射線衍射分析和電子探針微區(qū)分析。

對(duì)不同原材料所含不同雜質(zhì)的允許量是不同的。這主要根據(jù)下述三個(gè)因素來(lái)決定：

1 雜質(zhì)的類型可分為有害與有利兩種。一類是有害雜質(zhì)，特別是異價(jià)離子，如硼B(yǎng)，碳C，磷P，硫S，AL等。由于它們對(duì)制品的絕緣，介電性能產(chǎn)生極大影響，有時(shí)既使配料中含量在0.1%以下，影響也很大。因此，要求象這類有害雜質(zhì)的量越少越好。另一類是有利雜質(zhì)，對(duì)與鉛離子Pb2+同屬二價(jià)或與鈦離子Ti4+，鋯離子Zr4+同屬四價(jià)，而離子半徑相近，能形成置換固溶體的雜質(zhì)，如鈣Ca2+,鍶Sr2+,鋇Ba2+,鎂Mg2+,錫Sn2+,鉿Hf4+等離子。這類雜質(zhì)離子在配料中可以允許含量稍高一些，一般在0.2~0.5%范圍內(nèi)，對(duì)制品性能沒(méi)有壞的影響，對(duì)工藝反而有利。接