简述压电陶瓷的结构及其特性是什么
一、压电陶瓷的结构
压电陶瓷是指把氧化物混合(氧化锆、氧化铅、氧化钛等)高温烧结、固相反应后而成的多晶体，并通过直流高压极化处理使其具有压电效应。压电陶瓷的结构是晶粒随机取向的多晶聚集体，每个晶相都是具有铁电性的晶粒，各个铁电晶粒的自发极化矢量也是混乱取向的。
二、压电陶瓷的特性
压电陶瓷具有较好的力学性能和稳定的压电性能，压电陶瓷作为一种重要的力、热、电、光敏感功能材料，已经在传感器、超声换能器、微位移器和其它电子元器件等方面得到了广泛的应用。
扩展资料
压电陶瓷的制造技术：
1、单层压电陶瓷的基本制造
单层压电陶瓷元件是只有一层压电陶瓷组成的产品，其中导电金属电极施加到两个相对侧。单层压电陶瓷元件是通过常规工艺将压电陶瓷粉末进行压制而成，如单轴压制、等静压和挤压。制造单层压电元件的基本技术是使用喷雾干燥的颗粒材料压制成型体。
2、多层压电陶瓷的基本制造
多层压电陶瓷由几层压电材料构成，并与内部电极层交替。内部电极依次定位为正极和负极。所有正极连接到压电陶瓷元件一侧的一个外部电极，所有负电极连接在元件的另一侧外部电极。与单层压电陶瓷促动器相比，多层压电陶瓷促动器具有的优点是位移大。
参考资料来源：百度百科-压电陶瓷
1.本发明涉及新材料领域，具体为一种导电性较强的高性能陶瓷材料及其制备方法。
背景技术：
2.导电陶瓷材料是指陶瓷材料中具备离子导电、电子/空穴导电的一种新型功能的材料，在能源、冶金、换班、电化学器件等各个领域有着广阔的应用前景。导电陶瓷具有抗氧化、抗腐蚀、抗辐射、耐高温和长寿命等特点，可以用于固体燃料电池电极、气敏元件、高温加热、固体电阻器、氧化还原材料和高临界温度超导材料等方面。
3.提高碳化硅陶瓷材料的导电性，不仅可以解决应用受限的问题，而且导电性达到一定程度后可以满足电火花加工条件，利用电火花加工可以快速精确的完成碳化硅陶瓷材料后期的加工成型。如果陶瓷材料不仅具备导电性能，还具备其他优异的性能，更能够拓宽陶瓷材料的适用范围。由此，研究导电性较强的高性能陶瓷材料是非常有发展前景的。因此，制备一种保温隔热性能优异的新型陶瓷材料是非常有必要的。
技术实现要素：
4.本发明的目的在于提供一种导电性较强的高性能陶瓷材料，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为了解决上述技术问题，本发明第一方面提供如下技术方案：一种导电性较强的高性能陶瓷材料，其特征在于，包括以下重量份数的原料：
6.20～30份氧化锆、80～120份碳化硅、8～16份氧化铝、10～25份锌粉，2～4份氧化钇、20～40份烧结助剂、30～60份聚乙烯醇。
7.优选的，所述烧结助剂为使用聚乙烯醇包裹氧化铝和氧化钇。
8.本发明第二方面提供：一种导电性较强的高性能陶瓷材料的制备方法，其特征在于：
9.制备导电性较强的高性能陶瓷材料的工艺流程为：
10.球磨陶瓷原料，特殊的高温煅烧，二次球磨，制备烧结助剂，液相烧结，降温制得成品。
11.优选的，包括以下具体步骤：
12.(1)将氧化锆与碳化硅按一定比例混合，形成混料；
13.(2)向混料中加入与混料体积比为1：1的无水乙醇，制成湿料，将湿料置于陶瓷球磨机中进行研磨，研磨时间为1.5～3h；
14.(3)将混料置于焙烧炉中进行第一次高温煅烧；
15.(4)调节温度，通入氮气，进行第二次高温煅烧；
16.(5)保持温度不变，向混料中通入脉冲电流进行第三次高温煅烧，电流大小为1ka，周期为0.08s；
17.(6)高温煅烧后加入锌粉，将混料置于陶瓷球磨机中，进行二次球磨；
18.(7)将氧化铝和氧化钇浸于三倍体积的聚乙烯醇中，制得烧结助剂；
19.(8)向二次球磨后的混料中加入烧结助剂，进行液相烧结，烧结温度保持在930～1100℃；
20.(9)烧结完成后进行梯度温度速降式降温，制得成品。
21.优选的，上述步骤(1)中：氧化锆与碳化硅的质量比为1：4。
22.优选的，上述步骤(3)中：第一次高温煅烧温度为1700～1900℃。
23.优选的，上述步骤(4)中：第二次高温煅烧温度为2100～2300℃。
24.优选的，上述步骤(6)中：加入锌粉与混料体积比为1：8。
25.优选的，上述步骤(7)中：氧化铝和氧化钇质量比为4：1。
26.优选的，上述步骤(9)中：降温时，降温速度为200℃/h，每隔1h进行一次保温，保温时间为0.5h。
27.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
28.对于原料的预处理使用特殊的多次煅烧方式；首先原料碳化硅、二氧化硅、氧化锆球磨后进行第一次高温煅烧，提高粉体活性，降低粉体的烧结温度；然后升高温度，在氮气氛围下进行第二次煅烧，部分碳化硅与二氧化硅和氮气反应，转变为氮化硅，并生成碳；最后再在颗粒间直接通入脉冲电流进行第三次煅烧，氧化锆与碳反应生成碳化锆，经过三次煅烧后陶瓷材料的高阻成分为颗粒大小不一的碳化硅、氧化锆、氮化硅、碳化锆，第三次煅烧后加入锌粉，进行二次球磨，球磨后进行液相烧结，烧结时锌粉被氧化成四针状的氧化锌，穿插在颗粒大小不一的陶瓷材料中，烧结后后，使四针状氧化锌在陶瓷材料中均匀分布形成电渗流网络，使陶瓷材料不仅获得导电性能，还获得抗氧化、抗冷热冲击的高性能。
29.高温煅烧后使用聚乙烯醇包裹氧化铝和氧化钇作为烧结助剂，进行造粒和液相烧结，聚乙烯醇在造粒时作为粘结剂，成型时直接将氧化铝和氧化钇释放，成型和烧结时进行，减少工艺流程，使陶瓷材料得到交流导电性能；液相烧结过程中会形成少量的氧化物，在剩余的碳化硅晶粒间形成一层薄膜，将烧结时间延长，使材料中的氧和铝的含量减少，降低薄膜的厚度，随着四针状氧化锌生成，穿插在薄膜中，在液相中的长时间烧结导致碳化硅晶粒先溶解，再沉淀在四针状氧化锌晶粒表面，碳化硅变成由铝和氧掺杂的复合相，具备导电能力，与氧化锌共同形成交叉的三维导电网络，导电性能增强，且薄膜越薄导电性越强。
30.烧结完成后进行梯度温度速降式降温，由于陶瓷材料具备抗冷热性能，不会对陶瓷材料产生影响，梯度温度速降式降温后，不仅使颗粒中的缝隙变小，陶瓷材料与四针状氧化锌的接触更加密切，导电性能稳定，还使得晶界处的薄膜变薄，增强陶瓷材料的导电性能。
具体实施方式
31.下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.一种导电性较强的高性能陶瓷材料，其特征在于，包括以下重量份数的原料：
33.20～30份氧化锆、80～120份碳化硅、8～16份氧化铝、10～25份锌粉，2～4份氧化钇、20～40份烧结助剂、30～60份聚乙烯醇。
34.优选的，所述烧结助剂为使用聚乙烯醇包裹氧化铝和氧化钇。
35.本发明第二方面提供：一种导电性较强的高性能陶瓷材料的制备方法，其特征在于：
36.制备导电性较强的高性能陶瓷材料的工艺流程为：
37.球磨陶瓷原料，特殊的高温煅烧，二次球磨，制备烧结助剂，液相烧结，降温制得成品。
38.优选的，包括以下具体步骤：
39.(1)将氧化锆与碳化硅按一定比例混合，形成混料；
40.(2)向混料中加入与混料体积比为1：1的无水乙醇，制成湿料，将湿料置于陶瓷球磨机中进行研磨，研磨时间为1.5～3h；
41.(3)将混料置于焙烧炉中进行第一次高温煅烧；
42.(4)调节温度，通入氮气，进行第二次高温煅烧；
43.(5)保持温度不变，向混料中通入脉冲电流进行第三次高温煅烧，电流大小为1ka，周期为0.08s；
44.(6)高温煅烧后加入锌粉，将混料置于陶瓷球磨机中，进行二次球磨；
45.(7)将氧化铝和氧化钇浸于三倍体积的聚乙烯醇中，制得烧结助剂；
46.(8)向二次球磨后的混料中加入烧结助剂，进行液相烧结，烧结温度保持在930～1100℃；
47.(9)烧结完成后进行梯度温度速降式降温，制得成品。
48.优选的，上述步骤(1)中：氧化锆与碳化硅的质量比为1：4。
49.优选的，上述步骤(3)中：第一次高温煅烧温度为1700～1900℃。
50.优选的，上述步骤(4)中：第二次高温煅烧温度为2100～2300℃。
51.优选的，上述步骤(6)中：加入锌粉与混料体积比为1：8。
52.优选的，上述步骤(7)中：氧化铝和氧化钇质量比为4：1。
53.优选的，上述步骤(9)中：降温时，降温速度为200℃/h，每隔1h进行一次保温，保温时间为0.5h。
54.实施例1：导电性较强的高性能陶瓷材料一：
55.一种导电性较强的高性能陶瓷材料，该陶瓷材料组分以重量份计：
56.氧化锆重量分数为20份、碳化硅重量分数为80份、氧化铝重量分数为8份、锌粉重量分数为10份、氧化钇重量分数为2份、烧结助剂重量分数为20份、聚乙烯醇重量分数为30份。
57.该陶瓷材料的制备方法如下：
58.(1)将重量分数为20份的氧化锆与80份的碳化硅混合，形成混料；
59.(2)向混料中加入与混料体积比为1：1的无水乙醇，制成湿料，将湿料置于陶瓷球磨机中进行研磨，研磨时间为1.5h；
60.(3)将混料置于焙烧炉中进行第一次高温煅烧，煅烧温度为1700℃；
61.(4)调节温度为2100℃，通入氮气，进行第二次高温煅烧；
62.(5)保持温度不变，向混料中通入脉冲电流进行第三次高温煅烧，电流大小为1ka，周期为0.08s；
63.(6)高温煅烧后加入重量分数为10份的锌粉，将混料置于陶瓷球磨机中，进行二次球磨；
64.(7)将重量分数为8份的氧化铝和2份的氧化钇浸于三倍体积的聚乙烯醇中，制得烧结助剂；
65.(8)向二次球磨后的混料中加入烧结助剂，进行液相烧结，烧结温度保持在1000℃；
66.(9)烧结完成后进行梯度温度速降式降温，降温速度为200℃/h，每隔1h进行一次保温，保温时间为0.5h，制得成品。
67.实施例2：导电性较强的高性能陶瓷材料一：
68.一种导电性较强的高性能陶瓷材料，该陶瓷材料组分以重量份计：
69.氧化锆重量分数为30份、碳化硅重量分数为120份、氧化铝重量分数为16份、锌粉重量分数为25份、氧化钇重量分数为4份、烧结助剂重量分数为40份、聚乙烯醇重量分数为60份。
70.该陶瓷材料的制备方法如下：
71.(1)将重量分数为30份的氧化锆与120份的碳化硅混合，形成混料；
72.(2)向混料中加入与混料体积比为1：1的无水乙醇，制成湿料，将湿料置于陶瓷球磨机中进行研磨，研磨时间为3h；
73.(3)将混料置于焙烧炉中进行第一次高温煅烧，煅烧温度为1900℃；
74.(4)调节温度为2300℃，通入氮气，进行第二次高温煅烧；
75.(5)保持温度不变，向混料中通入脉冲电流进行第三次高温煅烧，电流大小为1ka，周期为0.08s；
76.(6)高温煅烧后加入重量分数为25份的锌粉，将混料置于陶瓷球磨机中，进行二次球磨；
77.(7)将重量分数为16份的氧化铝和4份的氧化钇浸于三倍体积的聚乙烯醇中，制得烧结助剂；
78.(8)向二次球磨后的混料中加入烧结助剂，进行液相烧结，烧结温度保持在1100℃；
79.(9)烧结完成后进行梯度温度速降式降温，降温速度为200℃/h，每隔1h进行一次保温，保温时间为0.5h，制得成品。
80.对比例1
81.对比例1的处方组成同实施例1。该导电性较强的高性能陶瓷材料的制备方法与实施例1的区别仅在于不进行步骤(3)(4)(5)的制备过程，将步骤(6)修改为：将步骤(2)得到的混料进行高温煅烧，煅烧温度为1900℃，煅烧后加入重量分数为10份的锌粉进行二次球磨。其余制备步骤同实施例1。
82.对比例2
83.对比例2的处方组成同实施例1。该导电性较强的高性能陶瓷材料的制备方法与实施例1的区别仅在于不进行步骤(7)的制备，步骤(8)中依次加入聚乙烯醇、裹氧化铝和氧化
钇。其余制备步骤同实施例1。
84.对比例3
85.对比例3的处方组成同实施例1。该导电性较强的高性能陶瓷材料的制备方法与实施例1的区别仅在于步骤(9)的不同，将步骤(9)修改为：烧结完成后自然冷却至室温，制得成品。其余制备步骤同实施例1。
86.试验例1
87.1、试验方法
88.实施例1与对比例1、2、3为对照试验，将陶瓷材料进行电阻率测量进行对比。
89.2、试验结果
90.实施例1与对比例1、2、3电阻率对比。
91.表1陶瓷材料的电阻率
[0092] 电阻率(ω
·
cm)实施例136.95对比例159.37对比例244.21对比例340.99
[0093]
通过实施例1与对比例1、2、3电阻率进行对比，可以明显发现实施例1制备的陶瓷材料电阻率较低，而对比例1与对比利2电阻率较高，电阻率越低导电性越强，说明实施例1制备的陶瓷材料导电性较强，预示着本发明制备的导电性较强的高性能陶瓷材料具备不仅具备导电性能，且导电性能优异。
[0094]
试验例2
[0095]
1、试验方法
[0096]
实施例1与对比例1为对照试验，将陶瓷材料在空气中加热至1500℃，进行10次急速冷却和加热，观察陶瓷表面变化，进行抗冷热冲击测试进行对比。
[0097]
2、试验结果
[0098]
实施例1与对比例2抗冷热冲击对比
[0099]
表2陶瓷表面变化
[0100] 5次急速冷却和加热10次急速冷却和加热实施例1陶瓷表面光滑陶瓷表面光滑对比例2陶瓷表面出现细小裂纹陶瓷表面出现明显裂纹
[0101]
通过实施例1与对比例2抗冷热冲击对比，可以明显发现实施例1在经过10次急速冷却和加热后，表面仍无裂痕出现，说明实施例1使用的特殊多次煅烧方式，可以提高陶瓷材料的性能，增强陶瓷材料的抗冷热冲击性能，预示着本发明制备的导电性较强的高性能陶瓷材料具备优异的导电性能的同时，还具备较强的抗冷热冲击性。
[0102]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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该技术已申请专利。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。
技术研发人员：钱清廉
技术所有人：钱清廉
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特种加工在压电陶瓷材料上加工边长1mm的方孔，能采用工艺方法：电火花、激光、电子束、 离子束、电加工、 超声波、数控等。
车孔在车床上车孔，主要特征是零件随主轴回转，而刀具做进给运动，其加工后的孔轴心线与零件的回转轴线同轴。孔的圆度主要取决于机床主轴的回转精度，孔的纵向几何形状误差主要取决于刀具的进给方向。这种车孔方式适用于加工外圆表面与孔要求有同轴的零件。
概述
特种加工是指那些不属于传统加工工艺范畴的加工方法,它不同于使用刀具、磨具等直接利用机械能切除多余材料的传统加工方法。特种加工是近几十年发展起来的新工艺，是对传统加工工艺方法的重 要补充与发展,仍在继续研究开发和改进。
直接利用电能、热能、声能、光能、化学能和电化学能，有时也结合机械能对工件进行的加工。特种加工中以采用电能为主的电火花加工和电解加工应用较广，泛称电加工。
自发现压电性能以来，压电学己成为晶体物理学的一个重要分支。直到1944年，人们对“压电陶瓷”这个术语仍不理解。大约在1940年以前，只知道有两类铁电体，一类是罗息盐与某些关系密切的酒石酸盐；一类是磷酸二氢钾和它的同晶型物。前者是一种在高温下具有压电性的晶体，在技术上具有使用价值，但是它有容易潮解的缺点；后者要在极低的温度(低于148℃)下才具有压电性，因此工程上应用价值不大。二次大战中，1942年到1945年期间，美国的韦纳等人、苏联的伍尔和戈德曼、日本的小川分别发现钛酸钡(BaTiO3)具有异常高的介电常数。此后不久，有人发现BaTi03具有压电性。BaTiO3陶瓷的发现是压电陶瓷材料的一个飞跃。在此以前，压电材料只是压电单晶材料。从此以后，压电材料有了两大类：压电单晶和压电陶瓷。
1947年，美国Roberts在BaTiO3陶瓷上，施加高压进行极化处理，获得了压电陶瓷的压电性，同年，美国出现了用BaTi03陶瓷制造的留声机用拾音器。由于BaTiO3压电陶瓷材料和石英晶体、罗息盐压电单晶相比，具有制备容易，且可制成任意形状和任意极化方向的产品等优点，随后，日本积极开展利用BaTiO3压电陶瓷制作超声换能器、高频换能器、压力传感器、滤波器、谐振器等各种压电器件应用研究，这种研究一直进行到20世纪50年代中期。虽然如此，BaTiO3陶瓷也有缺点，即它的压电性比罗息盐弱，而且压电性随温度和时间变化又比石英晶体大。为了提高这些方面的性能，有人对BaTi03陶瓷进行了改性试验。通过改性试验除了获得一些改良型的BaTi03陶瓷材料外，还发现了许多与BaTiO3有类似结构的AB03型铁电体或反铁电体。这些实验结果为以后发现新压电材料打下了良好的基础。1954年美国B．贾菲等人发现了压电PbZr03一PbTiO3(PZT)固溶体系统。这一系统材料具有比BaTi03更为优越的性能。在此系统中，各种材料的居里点都比BaTi03高，并存在着与温度无关的准同型相界(MPB)。准同型相界附近的组成，其机电耦合系数、机械品质因数都比BaTi03的大，温度稳定性和时间稳定性都比BaTiO3的好。且经过改性以后，它的压电性能还能提高。由于PZT具有良好的压电性，使它一出现就在压电应用领域逐步取代了BaTiO3的地位。PZT系压电陶瓷的出现对压电陶瓷来说，是一件划时代的大事，它使许多在BaTi03时代不能制作的器件成为可能，并且以后又从它派生出一系列新的压电陶瓷材料。1965年，日本根据斯摩棱斯基法则，在PZT的基础上添加复合钙钛矿型结晶结构的第三成分——铌镁酸铅(Pb(Mg1／3Nb2／3)O3，研制成三元系压电陶瓷材料PCM。这种三元系压电陶瓷材料比PZT陶瓷更易于烧结，而PbO挥发极少，其相界由PZT的点扩展为线，因而其可供选择的组成范围更广，具有比PZT更为优越的性能。故自PCM问世以后，以诸如Pb(Mgl／3Sb2／3)03、Pb(Col，3Nb2，3)03等不同复合钙钛矿型化合物为第三成分及第四成分的三元系、四元系压电陶瓷材料陆续出现122,231。
20世纪70年代中期，Newhnma等人以及他们的合作者提出了柱状PZT
陶瓷周期排列的1．3型压电复合材料的理论模型，分析了其中的横向结构模，
对压电陶瓷棒或压电陶瓷纤维在聚合物基体中的排布问题进行了大量的理论和
实验研究工作，测试了不同陶瓷体积含量压电复合材料的电学特性，并将压电
复合材料应用于水声探测器中。
1988年，清华大学柴京鹤等人对PZT压电陶瓷的低温烧结进行了研究，
他们通过添加少量低熔玻璃以达到降低烧结温度的目的。他们对陶瓷显微结
构、烧结机理和添加剂的作用进行了讨论，所研制的低温烧结瓷料已用于制备
独石压电陶瓷变压器，其空载交流升压比可高达9000以上【24J。
90年代中期，江苏陶瓷研究所的诸爱珍对PZT压电陶瓷的掺杂改性着重作了一些研究和探讨，通过实验总结出等价离子和不等价离子置换Pb2+引起材
料性能改变的一般规律，其中不等价离子包括“硬性’’添加物和“软性’’添加物，以及其它一些添加物。同时实验还表明，单独加入一种添加物往往不能满足性能的要求。为了取长补短，常常用两种或两种以上添加物同时加入，以获得理想的材料性能。
作为PZT的一个基本组成成分PbTi03虽被发现甚早，但由于其烧结困难等制造工艺上原因，长期内不能实际应用。在研究开发PZT之后，对PbTiO3进行了取代、固溶等改进型实验工作，使PbTi03陶瓷逐步趋向实用化。以上所述均属钙钛矿型材料。在研究开发钙钛矿型压电陶瓷材料的同时，也对非钙钛矿型压电陶瓷材料如焦绿石型、铋层状结构、钨青铜型等压电陶瓷材料如进行了探索与研究。这些材料都有潜在的实用价值，其中有些材料已被应用。
我国对压电陶瓷材料的研究开始于五十年代末期，比国外晚了十年左右。经过几十年的努力，我国的压电陶瓷有了很大发展。21世纪初叶，低温压电陶瓷的改进对于压电陶瓷广泛用于电子技术领域起了巨大的推动作用。然而，由于压电陶瓷硬度高、脆性大、难于加工。因此结构复杂的压电陶瓷体的制造一直是一大难题。清华大学材料系新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室GuoDongt利用凝胶注模成型(gelcasting)制备PZT压电陶瓷，解决了压电陶瓷制备中亟待解决的问题。同时低温烧结压电陶瓷也抑制了烧结渗银过程中银离子向陶瓷内部进行扩散。我们知道，陶瓷属于绝缘介质，只有经过极化后的陶瓷才有压电性。但是陶瓷不能象金属那样被直接极化，必须先被金属化。LiQuan lut271利用低温烧结渗银法、化学沉银法，这两种方法解决了陶瓷的极化问题。另一个降低烧结温度的方法基于超细粉体的制备。在保证压电陶瓷材料良好的压电性能的前提下，从能源和环保方面考虑，人们把目光放在了烧结的最初阶段超细粉体的制备。粉体越精细、均匀性越好、表面活性越高、越有利于烧结过程，从而降低烧结温度。目前，关于粉体制备技术有：水热法、solgel、化学共沉淀法等。惠春利用水热法合成粒径小、表面活性大的PZT结晶粉体。实验证明，这种PZT粉体的氧化铅挥发温度为924．71℃。而粒径间的反应温度为911．26℃，从而避免了氧化铅的挥发。Zhao Ming leit以solgel工艺制备的粉料所制出的(Bi0．151sNao．15)1-xBaxTiO3压电陶瓷不仅压电性能得到了较大的提高，其qb(Bi0．15Na0．15)0．94Ba0．06TiO3系陶瓷具有该系列最大的压电常数，d33=173x10-12 c／N。与传统工艺相比，d33提高了近40％。而且，在一定范围内，随Ba含量的增加，材料的剩余极化Pr和矫顽场Ec逐渐减小，退极化温度逐渐降低。最近，清华大学材料科学与工程系陶瓷国家重点实验室利用放电等离子法(SPS)成功合成晶粒尺寸为纳米级的高密度(>90％)钛酸钡BaTiO3纳米晶。放电等离子法(SPS)是一种快速烧结方法，与传统的烧结方法相比，SPS烧结保温时间短、烧结后的致密度高、能显著抑制晶粒在烧结后期长大。
特种陶瓷又称精细陶瓷，按其应用功能分类，大体可分为高强度、耐高温和复合结构陶瓷及电工电子功能陶瓷两大类,在陶瓷坯料中加入特别配方的无机材料，经过1360度左右高温烧结成型，从而获得稳定可靠的防静电性能，成为一种新型特种陶瓷，通常具有一种或多种功能。如：电、磁、光、热、声、化学、生物等功能，以及耦合功能。如压电、热电、电光、声光、磁光等功能。
特种陶瓷的分类
特种陶瓷是二十世纪发展起来的，在现代化生产和科学技术的推动和培育下，它们"繁殖"得非常快，尤其在近二、三十年，新品种层出不穷，令人眼花缭乱。按照化学组成划分有：
①氧化物陶瓷：氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化钙、氧化铍、氧化锌、氧化钇、氧化钛、氧化钍、氧化铀等。
②氮化物陶瓷：氮化硅、氮化铝、氮化硼、氮化铀等。
③碳化物陶瓷：碳化硅、碳化硼、碳化铀等。
④硼化物陶瓷：硼化锆、硼化镧等。
⑤硅化物陶瓷：硅化钼等。
⑥氟化物陶瓷：氟化镁、氟化钙、氟化镧等。
硫化物陶瓷：硫化锌、硫化铈等。还有砷化物陶瓷，硒化物陶瓷，碲化物陶瓷等。
除了主要由一种化合物构成的单相陶瓷外，还有由两种或两种以上的化合物构成的复合陶瓷。例如，由氧化铝和氧化镁结合而成的镁铝尖晶石陶瓷，由氮化硅和氧化铝结合而成的氧氮化硅铝陶瓷，由氧化铬、氧化镧和氧化钙结合而成的铬酸镧钙陶瓷，由氧化锆、氧化钛、氧化铅、氧化镧结合而成的锆钛酸铅镧（PLZT）陶瓷等等。此外，有一大类在陶瓷中添加了金属而生成的金属陶瓷，例如氧化物基金属陶瓷，碳化物基金属陶瓷，硼化物基金属陶瓷等，也是现代陶瓷中的重要品种上。近年来，为了改善陶瓷的脆性，在陶瓷基体中添加了金属纤维和无机纤维，这样构成的纤维补强陶瓷复合材料，是陶瓷家族中最年轻但却是最有发展前途的一个分支。
人们为了生产、研究和学习上的方便，有时不按化学组成，而根据陶瓷的性能，把它们分为高强度陶瓷，高温陶瓷，高韧性陶瓷，铁电陶瓷，压电陶瓷，电解质陶瓷，半导体陶瓷，电介质陶瓷，光学陶瓷（即透明陶瓷），磁性瓷，耐酸陶瓷和生物陶瓷等等。
随着科学技术的发展，人们可以预期现代陶瓷将会更快地发展，产生更多更新的品种。
特种陶瓷的制作工艺
1、成形方法与结合剂的选择
特种陶瓷成形方法有很多种，生产中应根据制品的形状选择成形方法，而不同的成形方法需选用的结合剂不同。常见陶瓷成形方法、结合剂种类及用量如下
所示：
特种陶瓷成形方法、结合剂种类和用量
成形方法 结合剂举例 <结合剂用量（质量％）
千压法 聚乙烯醇缩丁醛等 1~5
浇注法 丙烯基树脂类 1~3
挤压法 甲基纤维素等 5~15
注射法 聚丙烯等 10~25
等静压法 聚羧酸铵等 0~3
结合剂可分为润滑剂、增塑剂、分散剂、表面活性剂（具有分散剂和润滑功能）等，为满足成形需要，通常采用多种有机材料的组合。选择结合剂，要考虑以下因素：
l）结合剂能被粉料润湿是必要条件。当粉料的临界表面张力（yoc）或表面自由能（yos）比结合剂的表面张力（yoc）大时，才能很好地润湿。
2）好的结合剂易于被粉料充分润湿，且内聚力大。当结合剂被粉料润湿时，在相互分子间发生引力作用，结合剂与粉料间发生红结合（一次结合），同时，在结合剂分子内，由于取向、诱导、分散效果而产生内聚力（二次结合）。虽然水也能把杨料充分润湿，但水易挥发，分子量较小，内聚力小，不是好的结合剂。按各种有机材料内聚力大小顺序，用基表示可排列如下：
一CONH一＞－CONH2＞一COOH＞一OH＞－NO2＞－COOC2H5＞一COOCH5＞－CHO＞＝CO＞－CH3＞＝ CH2＞－CH2
3）结合剂的分子量大小要适中。要想充分润湿，希望分子量小，但内聚力弱。随着分子量增大，结合能力增强。但当分子量过大时，围内聚力过大而不易被润湿，且易使坯体产生变形。为了帮助分子内的链段运动，此时要适当加入增塑剂，在其容易润湿的同时，使结合剂更加柔软，便于成形。
4）为保证产品质量，还需要防止从结合剂、原材料和配制工序混人杂质，使产品产生有害的缺陷。
在原料配制中，用粉碎、混合等机械方法和结合剂、分散剂配合，达到分散，尽可能不含有凝聚粒子。结合剂受到种类及其分子量，粒子表面的性质和溶剂的溶解性等影响，吸附在原料粒子表面上，通过立体稳 定化效果，起到防止粉末原料凝聚的作用。在成形工序中，结合剂给原料以可塑性，具有保水功能，提高成形体强度和施工作业性。一般来说，结合剂由于妨碍陶瓷的烧结，应在脱脂工序通过加热使其分解挥发掉。因此，要选用能够易于飞散除去以及不含有害无机盐和金属离子的有机材料，才能确保产品质量。
2、陶瓷注射成形和成形用结合剂
氮化硅由于具有高强度、高耐磨性、低密度（轻量化）、耐热化、耐腐蚀性等优良性能，所以适用于制造涡轮加料机叶轮、摇臂式烧嘴、辅助燃烧室等汽车用陶瓷部件。这些部件要求复杂的形状、高精度尺寸和高可靠性。不允许有内在缺陷（裂纹、气孔、异物等）和表面缺陷。
满足这些质量要求的成形技术之一，有陶瓷注射成形法（高压）。其工艺流程如下：
成形工艺中，不能产生由成形材料的流动性、金属模型温度等引起的沟线和由成形条件引起的穴孔等缺陷；在脱脂工艺中，不使其产生由有机材料组成和热分解速度引起的脱脂裂纹。有机材料的选定也得满足这些质量要求。
一般来说，陶瓷注射成形使用的有机材料由结合剂、助剂、可塑剂构成，结合剂可使用聚丙烯（PP）、无规则聚丙烯（APP）、聚乙烯（PE）、乙烯一醋酸乙烯共聚体（EVA）、聚苯乙烯（PS）、丙烯酸系树脂等。其中PE具有优异的成形性；EVA与其他树脂的相溶性好，流动性、成形性也好；APP具有与其他树脂相溶性好、富于流动性和脱脂性的特征；PS流动性好。助剂有蜡石石蜡、微晶石蜡、变性石蜡、天然石蜡、硬脂酸、配合剂等。成形材料的流动性可以使用高式流动点测定器和熔化分度器进行评价。当脱脂具有结合剂的含量多 时，则脱脂性有降低的倾向，助剂的石蜡多者，脱脂性好。如果有机材料在特定的温度区域不能全部飞散掉，就会影响陶瓷的烧结，因此，需要考虑热分解特性，加以选择。
陶瓷注射成形使用的有机材料应选择使得成形材料的流动性和成形体的脱脂性两个特性达到最佳化。
3、陶瓷挤压成形和成形用结合剂
堇青石由于具有耐热性、耐腐蚀性、多孔质性、低热膨胀性等优良材料特性，所以广泛用作汽车尾气净化催化剂用载体。堇青石蜂窝状物利用原料粒子的取向，产生出蜂窝状结构体的低热膨胀，可用挤压成形法来制造。
根据堇青石分子组成（2MgO·2Al2O3·5SiO2），原料可选用滑石、高岭土和氧化铝。成形用坯土从口盖里面的供给孔进入口盖内，经过细分后，向薄壁扩展，再结合，由此求得延伸性和结合性好的质量。另外，作为挤压成形后的蜂窝状体，为了保持形状，坯土的屈服值高者好，也就是说，选择结合剂应使坯土的流动性和自守性两个性能达到最佳化。
原料粉末、结合剂、助剂（润滑剂、界面活性剂等）及水经机械混练后，用螺杆挤压机连续式挤压或用油压柱塞式挤压机挤压成形。一般来说，挤压成形使用的结合剂只要用低浓度水溶液，便可显示出高粘性的结合性能。常用的有甲基纤维素（MC）、羧甲基纤维素（CMC）、聚氧乙烯（PEO）、聚乙烯醇（PVA）、羟乙基纤维素（HEC）等。MC能很好溶于水中，当加热时很快胶化。CMC能很好溶于水中，分散性、稳定性也高。PVA 广泛地用于各种成形。润滑剂可减少粉体间的磨擦，界面活性剂可提高原料粉末与水的润湿性。
缺乏可塑性，具有膨胀特性的坯土使挤压不够光滑，表面缺陷增加。因此，对结合剂的性能应有评价指标。评价还土的可塑性方法，有施加扭曲、压缩、拉伸等应力，求出应力与变形之间的关系，用毛细管流变计的方法、粘弹性的方法等。用这种方法可以评价坯土的自守性和流动性。在用粘弹性的方法评价时，可得出结合剂配合量增加到一定程度时，自守性和流动性均会增加的结果。也就是说，结合剂配合量的增加有助于原料的可塑性增加。
有机材料是特种陶瓷的主要结合剂，合理选用这些有机材料是保证产品质量的关键。在生产中，应根据粉料的特性、制品的形状、成形方法综合进行选择。
自己筛选
压电效应：某些电介质（如日本富士压电陶瓷片）在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种力-电转换的现象称为正压电效应。
压电陶瓷进行极化处理主要是工艺上的问题：包括油浴极化法、空气极化法、空气高温极化方法等。这和使用没有关系，不必要深究。
下图是可以非标定制的压电陶瓷片
新型陶瓷原料介绍
它除了用传统陶瓷用的矿物原料外，还有：
1、氧化物原料
a、 氧化铝：它是新型陶瓷制品中使用最为广泛的原料之一，具有一系列优良性能。此外,它也是高温耐火材料、磨料、磨具、激光材料及氧化铝宝石等的重要原料。
b、 氧化锆：它是高温结构陶瓷、电子陶瓷和耐火材料的重要原料。
c、 二氧化钛：它是制造电容器陶瓷、热敏陶瓷和压电陶瓷等制品的重要原料。
d、 氧化铍:它是高导热性新型陶瓷的重要原料。
e、 三氧化二铁：它是强磁性材料的重要原料。
f、 二氧化锡：广泛用于电子陶瓷中。
g、 氧化锌：它可以使陶瓷材料的机械和电性能得到改善。
h、 氧化镍：应用于热敏陶瓷中。
i、 氧化铅：在新型陶瓷中主要用作合成PbTiO3、Pb(Zr、Ti)O3以及Pb(Mg1/3、Nb2/3)O3的主要原料。
j、 五氧化二铌：在电子陶瓷工业中它用途很广，如用作制造铌镁酸铅低温烧结独石电容器，铌酸锂单晶等的主要原料，同时还可作为改性添加剂。
k、 锰的氧化物：如制作湿度传感器、过热保护器等。
l、 氧化铬：用作气敏元件、气体警报器的配料中。
m、 氧化钴：应用于聚光材料等方面。
2、复合氧化物原料
a、 钛酸盐：主要有BaTiO3、SrTiO3、CaTiO3、MgTiO3和PbTiO3等。BaTiO3是压电、铁电陶瓷的重要原料。
b、 锆酸盐：主要有BaZrO3和SrZrO3等。应用于磁芯、振荡器等。
c、 锡酸盐：主要有BaSnO3、CaSnO3、InSnO3、CaSnO3、NiSnO3和PbSnO3，如CaSnO3用作于电容器中。
d、 铌酸盐：主要有LiNbO3和KnbO3。
e、 锑酸盐：主要有BaSb2O6、PbSb2O6和MgSb2O6等。
f、 铝酸盐:主要有MgAl2O4。
g、 铝硅酸盐：主要有3Al2O3o2SiO2。
3、稀土氧化物原料，如：Yb2O3、Tu2O3、Nd2O3、Ce2O3、La2O3等。
4、非氧化物原料
a、碳化物
（1） 碳化钛：做刀具等。
（2） 碳化硼：它是金属陶瓷、轴承、车刀等的制作材料。
（3） 碳化硅：利用SiC具有导电性，可用以制造高温电炉用的电热材料及半导体材料。碳化硅的硬度高，耐磨性能好，研磨性能好，并有抗热冲击性，抗氧化等性能，是非常重要的研磨材料。还可用来作为火箱发动机尾喷管和燃烧室的材料，以及高温作业下的涡轮机主动轮、轴承和叶片等零件。
b、 氮化物
（1） 氮化硼：它的耐热性、耐热冲击和高温强度都很高，而且能加工成各种形状，因此被广泛用作各种熔融体的加工材料。氮化硼的粉末和制品有良好的润滑性，可作金属和陶瓷的填料，制成轴承。另外它是陶瓷材料中比重最小的材料，因此作飞行和结构材料是非常有利的。
（2） 氮化铝：它具有优良的电绝缘性和介电性。
（3） 氮化硅：它的制品能耐各种非金属溶液的侵蚀，可以用作坩锅、热电偶保护管、炉材、金属熔炼炉或热处理的内衬材料。它又是绝缘体和介电体，能应用于集成电路中，此外，氮化硅的硬度高，可以用作研磨材料，它的耐热冲击大，是制造火箭喷嘴和透平叶片的合适材料。
c、 硼化物
(1) 硼化锆：以硼化锆为基的耐火材料，可以抵抗融熔锡、铅、铜、铝等金属的侵蚀，所以可作为冶炼各种金属的铸模、坩埚、盘器等。ZrB12具有较好的热稳定性，用它制成的连续测温热电偶套管，可在熔融的铁水中使用10-15小时，在熔融的钢水中(1700℃)连续使用数小时，在熔融的黄铜和紫铜中使用100小时。
d、 硅化物
如二硅化钼，可以在空气中温度达1700℃时继续使用数千小时，因此在超音速飞机、火箭、导弹、原子能工业中都有广泛的用途
可型成形注浆成形
－－－→坯料－－－－－－－－－－→
精制 ｜ 坯 装
陶瓷原料|—－－→ －－→
｜ 内．外施釉 体 坯
－－－→釉料－－－－－－－－－-→
烧 自 选 釉 烤 彩 包 入
－→ －→ 胎 －→ －→ －→ －→ －→ －→
成 瓷 瓷 绘 花 选 装 库
1 坯料制配工艺
A、搅拌工艺： 单一陶瓷原料按配方过磅投放——搅拌池搅拌均匀——抽浆高位池——过筛（2次）——除铁（2次）——沉浆池——抽浆榨泥——粗练——陈腐（15天）——精练（2次）——送成形配用。
B、球磨工艺： 单一陶瓷原料按配方过磅投放——球磨机中——按比例加水——球麻定时抽浆检测细度——放浆沉浆池——过筛（2次）——除铁（2次）——沉浆池——抽浆榨泥——粗练（2次）——陈腐（15天）——精练（2次）——送成形配用。
2 釉料制配工艺
A、釉用单一原料按配方过磅投放——球磨机中——按比例加水——球磨定时抽浆检测细度——放浆——过筛（2次）——除铁（3次）——存浆池陈腐备用。
3 日用陶瓷成形工艺流程
A、机压成形工艺流程
泥料——切泥片——压坯——带模干燥——脱模——坯体干燥——磨坯——捺水施内釉——捺外水沾外釉——取釉——扫灰检验——装匣——烧成。
B、注浆成开工艺流程
泥料化浆——高位浆桶——注浆——添浆——倒出余浆——带模干燥——起坯——利假口——坯体干燥——汤釉——接把嘴——补外水——沾釉——扫灰检验——装匣——烧成。
压电材料是受到压力作用时会在两端面间出现电压的晶体材料。
材料原理,材料分类,无机压电材料,有机压电材料,材料套用,换能器,驱动器,感测器,机器人,发展现状,细晶粒压电陶瓷,PbTiO3系压电陶瓷,压电复合材料,多元单晶压电体,材料参数, 基本介绍 受到压力作用时会在两端面间出现电压的晶体材料。1880年，法国物理学家P. 居里和J.居里兄弟发现，把重物放在石英晶体上，晶体某些表面会产生电荷，电荷量与压力成比例。这一现象被称为压电效应。随即，居里兄弟又发现了逆压电效应，即在外电场作用下压电体会产生形变。压电效应的机理是：具有压电性的晶体对称性较低，当受到外力作用发生形变时，晶胞中正负离子的相对位移使正负电荷中心不再重合，导致晶体发生巨观极化，而晶体表面电荷面密度等于极化强度在表面法向上的投影，所以压电材料受压力作用形变时两端面会出现异号电荷。反之，压电材料在电场中发生极化时，会因电荷中心的位移导致材料变形。 利用压电材料的这些特性可实现机械振动（声波）和交流电的互相转换。因而压电材料广泛用于感测器元件中，例如地震感测器，力、速度和加速度的测量元件以及电声感测器等。这类材料被广泛运用，举一个很生活化的例子，打火机的火花即运用此技术。 材料原理 压电现象是100多年前居里兄弟研究石英时发现的。那么，什么是压电效应呢？ 当你在点燃煤气灶或热水器时,就有一种压电陶瓷已悄悄地为你服务了一次。生产厂家在这类压电点火装置内，藏着一块压电陶瓷，当用户按下点火装置的弹簧时，传动装置就把压力施加在压电陶瓷上，使它产生很高的电压,进而将电能引向燃气的出口放电。于是，燃气就被电火花点燃了。压电陶瓷的这种功能就叫做压电效应。 压电效应的原理是，如果对压电材料施加压力，它便会产生电位差（称之为正压电效应），反之施加电压,则产生机械应力（称为逆压电效应）。如果压力是一种高频震动，则产生的就是高频电流。而高频电信号加在压电陶瓷上时，则产生高频声信号（机械震动），这就是我们平常所说的超音波信号。也就是说，压电陶瓷具有机械能与电能之间的转换和逆转换的功能，这种相互对应的关系确实非常有意思。 压电石英晶体材料 压电材料可以因机械变形产生电场，也可以因电场作用产生机械变形，这种固有的机-电耦合效应使得压电材料在工程中得到了广泛的套用。例如，压电材料已被用来制作智慧型结构，此类结构除具有自承载能力外,还具有自诊断性、自适应性和自修复性等功能，在未来的飞行器设计中占有重要的地位。 材料分类 无机压电材料 分为压电晶体和压电陶瓷，压电晶体一般是指压电单晶体；压电陶瓷则泛指压电多晶体。压电陶瓷是指用必要成份的原料进行混合、成型、高温烧结，由粉粒之间的固相反应和烧结过程而获得的微细晶粒无规则集合而成的多晶体。具有压电性的陶瓷称压电陶瓷，实际上也是铁电陶瓷。在这种陶瓷的晶粒之中存在铁电畴，铁电畴由自发极化方向反向平行的180 畴和自发极化方向互相垂直的90畴组成，这些电畴在人工极化（施加强直流电场）条件下，自发极化依外电场方向充分排列并在撤消外电场后保持剩余极化强度，因此具有巨观压电性。如：钛酸钡BT、锆钛酸铅PZT、改性锆钛酸铅、偏铌酸铅、铌酸铅钡锂PBLN、改性钛酸铅PT等。这类材料的研制成功，促进了声换能器，压电感测器的各种压电器件性能的改善和提高。 压电材料 压电晶体一般指压电单晶体，是指按晶体空间点阵长程有序生长而成的晶体。这种晶体结构无对称中心，因此具有压电性。如水晶（石英晶体）、镓酸锂、锗酸锂、锗酸钛以及铁电晶体铌酸锂、钽酸锂等。 相比较而言，压电陶瓷压电性强、介电常数高、可以加工成任意形状，但机械品质因子较低、电损耗较大、稳定性差，因而适合于大功率换能器和宽频滤波器等套用，但对高频、高稳定套用不理想。石英等压电单晶压电性弱，介电常数很低，受切型限制存在尺寸局限，但稳定性很高，机械品质因子高，多用来作标准频率控制的振子、高选择性（多属高频狭带通）的滤波器以及高频、高温超声换能器等。由于铌镁酸铅Pb(Mg1/3Nb2/3)O3单晶体（Kp ≥90%, d33≥900×10-3C/N, ε≥20,000）性能特异，国内外上都开始这种材料的研究，但由于其居里点太低，离使用化尚有一段距离。 有机压电材料 又称压电聚合物，如聚偏氟乙烯（PVDF）（薄膜）及以它为代表的其他有机压电（薄膜）材料。这类材料及其材质柔韧，低密度，低阻抗和高压电电压常数(g)等优点为世人瞩目，且发展十分迅速，水声超声测量，压力感测，引燃引爆等方面获得套用。不足之处是压电应变常数（d）偏低，使之作为有源发射换能器受到很大的限制。第三类是复合压电材料，这类材料是在有机聚合物基底材料中嵌入片状、棒状、杆状、或粉末状压电材料构成的。至今已在水声、电声、超声、医学等领域得到广泛的套用。如果它制成水声换能器，不仅具有高的静水压回响速率，而且耐冲击，不易受损且可用与不同的深度。 换能器 材料套用 压电材料的套用领域可以粗略分为两大类：即振动能和超声振动能-电能换能器套用，包括电声换能器，水声换能器和超声换能器等，以及其它感测器和驱动器套用。 换能器 换能器是将机械振动转变为电信号或在电场驱动下产生机械振动的器件压电聚合物电声器件利用了聚合物的横向压电效应，而换能器设计则利用了聚合物压电双晶片或压电单晶片在外电场驱动下的弯曲振动，利用上述原理可生产电声器件如麦克风、立体声耳机和高频扬声器。对压电聚合物电声器件的研究主要集中在利用压电聚合物的特点，研制运用其它现行技术难以实现的、而且具有特殊电声功能的器件，如抗噪声电话、宽频超声信号发射系统等。 压电聚合物水声换能器研究初期均瞄准军事套用，如用于水下探测的大面积感测器阵列和监视系统等，随后套用领域逐渐拓展到地球物理探测、声波测试设备等方面。为满足特定要求而开发的各种原型水声器件，采用了不同类型和形状的压电聚合物材料，如薄片、薄板、叠片、圆筒和同轴线等，以充分发挥压电聚合物高弹性、低密度、易于制备为大和小不同截面的元件、而且声阻抗与水数量级相同等特点，最后一个特点使得由压电聚合物制备的水听器可以放置在被测声场中，感知声场内的声压，且不致由于其自身存在使被测声场受到扰动。而聚合物的高弹性则可减小水听器件内的瞬态振荡，从而进一步增强压电聚合物水听器的性能。 超音波感测器 压电聚合物换能器在生物医学感测器领域，尤其是超声成像中，获得了最为成功的套用、PVDF薄膜优异的柔韧性和成型性，使其易于套用到许多感测器产品中。 驱动器 压电驱动器利用逆压电效应，将电能转变为机械能或机械运动，聚合物驱动器主要以聚合物双晶片作为基础，包括利用横向效应和纵向效应两种方式，基于聚合物双晶片开展的驱动器套用研究包括显示器件控制、微位移产生系统等。要使这些创造性构想获得实际套用，还需要进行大量研究。电子束辐照P（VDF-TrFE）共聚合物使该材料具备了产生大伸缩应变的能力，从而为研制新型聚合物驱动器创造了有利条件。在潜在国防套用前景的推动下，利用辐照改性共聚物制备全高分子材料水声发射装置的研究，在美国军方的大力支持下正在系统地进行之中。除此之外，利用辐照改性共聚物的优异特性，研究开发其在医学超声、减振降噪等领域套用，还需要进行大量的探索。 感测器 1.压电式压力感测器 压电式压力感测器是利用压电材料所具有的压电效应所制成的。压电式压力感测器的基本结构如右图所示。由于压电材料的电荷量是一定的，所以在连线时要特别注意，避免漏电。压电式压力感测器的优点是具有自生信号，输出信号大，较高的频率回响，体积小，结构坚固。其缺点是只能用于动能测量。需要特殊电缆，在受到突然振动或过大压力时，自我恢复较慢。 2.压电式加速度感测器 压电元件一般由两块压电晶片组成。在压电晶片的两个表面上镀有电极，并引出引线。在压电晶片上放置一个质量块，质量块一般采用比较大的金属钨或高比重的合金制成。然后用一硬弹簧或螺栓，螺帽对质量块预载入荷，整个组件装在一个原基座的金属壳体中。为了隔离试件的任何应变传送到压电元件上去，避免产生假信号输出，所以一般要加厚基座或选用由刚度较大的材料来制造，壳体和基座的重量差不多占感测器重量的一半。 测量时，将感测器基座与试件刚性地固定在一起。当感测器受振动力作用时，由于基座和质量块的刚度相当大，而质量块的质量相对较小，可以认为质量块的惯性很小。因此质量块经受到与基座相同的运动，并受到与加速度方向相反的惯性力的作用。这样，质量块就有一正比于加速度的应变力作用在压电晶片上。由于压电晶片具有压电效应，因此在它的两个表面上就产生交变电荷（电压），当加速度频率远低于感测器的固有频率时，感测器给输出电压与作用力成正比，亦即与试件的加速度成正比，输出电量由感测器输出端引出，输入到前置放大器后就可以用普通的测量仪器测试出试件的加速度；如果在放大器中加进适当的积分电路，就可以测试试件的振动速度或位移。 机器人 机器人安装接近觉感测器主要目的有以下三个：其一，在接触对象物体之前，获得必要的信息，为下一步运动做好准备工作；其二，探测机器人手和足的运动空间中有无障碍物。如发现有障碍，则及时采取一定措施，避免发生碰撞；其三，为获取对象物体表面形状的大致信息。 超音波是人耳听见的一种机械波，频率在20KHZ以上。人耳能听到的声音，振动频率范围只是20HZ－20000HZ。超音波因其波长较短、绕射小，而能成为声波射线并定向传播，机器人采用超声感测器的目的是用来探测周围物体的存在与测量物体的距离。一般用来探测周围环境中较大的物体，不能测量距离小于30mm的物体。 超声感测器包括超声发射器、超声接受器、定时电路和控制电路四个主要部分。它的工作原理大致是这样的：首先由超声发射器向被测物体方向发射脉冲式的超音波。发射器发出一连串超音波后即自行关闭，停止发射。同时超声接受器开始检测回声信号，定时电路也开始计时。当超音波遇到物体后，就被反射回来。等到超声接受器收到回声信号后，定时电路停止计时。此时定时电路所记录的时间，是从发射超音波开始到收到回声波信号的传播时间。 利用传播时间值，可以换算出被测物体到超声感测器之间的距离。这个换算的公式很简单，即声波传播时间的一半与声波在介质中传播速度的乘积。超声感测器整个工作过程都是在控制电路控制下顺序进行的。 压电材料除了以上用途外还有其它相当广泛的套用。如鉴频器、压电震荡器、变压器、滤波器等。 发展现状 下面介绍几种处于发展中的压电陶瓷材料和几种新的套用。 细晶粒压电陶瓷 以往的压电陶瓷是由几微米至几十微米的多畴晶粒组成的多晶材料，尺寸已不能满足需要了。减小粒径至亚微米级，可以改进材料的加工性，可将基片做地更薄，可提高阵列频率，降低换能器阵列的损耗，提高器件的机械强度，减小多层器件每层的厚度，从而降低驱动电压，这对提高叠层变压器、制动器都是有益的。减小粒径有上述如此多的好处，但同时也带来了降低压电效应的影响。为了克服这种影响，人们更改了传统的掺杂工艺，使细晶粒压电陶瓷压电效应增加到与粗晶粒压电陶瓷相当的水平。制作细晶粒材料的成本已可与普通陶瓷竞争了。人们用细晶粒压电陶瓷进行了切割研磨研究，并制作出了一些高频换能器、微制动器及薄型蜂鸣器（瓷片20-30um厚），证明了细晶粒压电陶瓷的优越性。随着纳米技术的发展，细晶粒压电陶瓷材料研究和套用开发仍是热点。 PbTiO3系压电陶瓷 PbTiO3系压电陶瓷具最适合制作高频高温压电陶瓷元件。虽然存在PbTiO3陶瓷烧成难、极化难、制作大尺寸产品难的问题，人们还是在改性方面作了大量工作，改善其烧结性。抑制晶粒长大，从而得到各个晶粒细小、各向异性的改性PbTiO3材料。近几年，改良PbTiO3材料报导较多，在金属探伤、高频器件方面得到了广泛套用。该材料的发展和套用开发仍是许多压电陶瓷工作者关心的课题。 压电复合材料 无机压电陶瓷和有机高分子树脂构成的压电复合材料，兼备无机和有机压电材料的性能，并能产生两相都没有的特性。因此，可以根据需要，综合二相材料的优点，制作良好性能的换能器和感测器。它的接收灵敏度很高，比普通压电陶瓷更适合于水声换能器。在其它超音波换能器和感测器方面，压电复合材料也有较大优势。国内学者对这个领域也颇感兴趣，做了大量的工艺研究，并在复合材料的结构和性能方面做了一些有益的基础研究工作，正致力于压电复合材料产品的开发。 多元单晶压电体 传统的压电陶瓷较其它类型的压电材料压电效应要强，从而得到了广泛套用。但作为大应变，高能换能材料，传统压电陶瓷的压电效应仍不能满足要求。于是近几年来，人们为了研究出具有更优异压电性的新压电材料，做了大量工作，现已发现并研制出了Pb(A1/3B2/3)PbTiO3单晶（A=Zn2+,Mg2+）。这类单晶的d33最高可达2600pc/N(压电陶瓷d33最大为850pc/N),k33可高达0.95（压电陶瓷K33最高达0.8），其应变>1.7%，几乎比压电陶瓷应变高一个数量级。储能密度高达130J/kg，而压电陶瓷储能密度在10J/kg以内。铁电压电学者们称这类材料的出现是压电材料发展的又一次飞跃。美国、日本、俄罗斯和中国已开始进行这类材料的生产工艺研究，它的批量生产的成功必将带来压电材料套用的飞速发展。 材料参数压电系数d33压电系数是压电体把机械能转变成电能或把电能转变成机械能的转变系数，反应压电材料弹性性能与介电性能之间的耦合关系
自由介电常数εT33（free permittivity）
电介质在应变为零（或常数）时的介电常数，其单位为法拉/米。
相对介电常数εTr3（relative permittivity）
介电常数εT33与真空介电常数ε0之比值，εTr3=εT33/ε0，它是一个无因次的物理量。
介质损耗（dielectric loss）
电介质在电场作用下，由于电极化弛豫过程和漏导等原因在电介质内所损耗的能量。
损耗角正切tgδ（tangent of loss angle）
理想电介质在正弦交变电场作用下流过的电流比电压相位超前90 0，但是在压电陶瓷试样中因有能量损耗，电流超前的相位角ψ小于900，它的余角δ（δ+ψ=900）称为损耗角，它是一个无因次的物理量，人们通常用损耗角正切tgδ来表示介质损耗的大小，它表示了电介质的有功功率（损失功率）P与无功功率Q之比。即： 电学品质因数Qe（electrical quality factor）
电学品质因数的值等于试样的损耗角正切值的倒数，用Qe表示，它是一个无因次的物理量。若用并联等效电路表示交变电场中的压电陶瓷的试样，则 Qe=1/ tgδ=ωCR
机械品质因数Qm（mechanical quanlity factor）
压电振子在谐振时储存的机械能与在一个周期内损耗的机械能之比称为机械品质因数。它与振子参数的关系式为：
泊松比（poissons ratio）
泊松比系指固体在应力作用下的横向相对收缩与纵向相对伸长之比，是一个无因次的物理量，用δ表示： δ= - S 12 /S11
串联谐振频率fs（series resonance frequency）
压电振子等效电路中串联支路的谐振频率称为串联谐振频率，用f s 表示，即
并联谐振频率fp（parallel resonance frequency）
压电振子等效电路中并联支路的谐振频率称为并联谐振频率，用f p 表示，即f p = 谐振频率fr（resonance frequency）
使压电振子的电纳为零的一对频率中较低的一个频率称为谐振频率，用f r 表示。
反谐振频率fa（antiresonance frequency）
使压电振子的电纳为零的一对频率中较高的一个频率称为反谐振频率，用f a 表示。
最大导纳频率fm（maximum admittance frequency）
压电振子导纳最大时的频率称为最大导纳频率，这时振子的阻抗最小，故又称为最小阻抗频率，用f m表示。
最小导纳频率fn（minimum admittance frequency）
压电振子导纳最小时的频率称为最小导纳频率，这时振子的阻抗最大，故又称为最大阻抗频率，用f n表示。
基频（fundamental frequency）
给定的一种振动模式中最低的谐振频率称为基音频率，通常成为基频。
泛音频率（fundamental frequency）
给定的一种振动模式中基频以外的谐振频率称为泛音频率。
温度稳定性（temperature stability）
温度稳定性系指压电陶瓷的性能随温度而变化的特性。
在某一温度下，温度变化1℃时，某频率的数值变化与该温度下频率的数值之比，称为频率的温度系数TKf。
另外，通常还用最大相对漂移来表征某一参数的温度稳定性。
正温最大相对频移=△f s (正温最大)/ f s(25℃)
负温最大相对频移=△f s (负温最大)/ f s(25℃)
机电耦合系数（ELECTRO MECHANICAL COUPLING COEFFICIENT）
机电耦合系数K是弹性一介电相互作用能量密度平方V122与贮存的弹性能密度V1与介电能密度V2乘积之比的平方根。
压电陶瓷常用以下五个基本耦合系数
A、平面机电耦合系数KP（反映薄圆片沿厚度方向极化和电激励，作径向伸缩振动时机电耦合效应的参数。）
B、横向机电耦合系数K31（反映细长条沿厚度方向极化和电激励，作长度伸缩振动的机电耦合效应的参数。）
C、纵向机电耦合系数K33（反映细棒沿长度方向极化和电激励，作长度伸缩振动的机电耦合效应的参数。）
D、厚度伸缩机电耦合系数KT（反映薄片沿厚度方向极化和电激励，作厚度方向伸缩振动的机电效应的参数。）
E、厚度切变机电耦合系数K15（反映矩形板沿长度方向极化，激励电场的方向垂直于极化方向，作厚度切变振动时机电耦合效应的参数。）
压电应变常数D（PIEZOELECTRIC STRAIN CONSTANT）
压电应变常数是在应力T和电场分量EM(M≠I)都为常数的条件下，电场分量E变化所引起的应变分量SI的变化与EI变化之比。
压电电压常数G(PIEZOELECTRIC VOLTAGE CONSTANT)
该常数是在电位移D和应力分量TN（N≠I）都为常数的条件下，应力分量TI的变化所引起的电场强度分量EI的变化与TI的变化之比。
居里温度TC(CURIE TEMPERATURE)
压电陶瓷只在某一温度范围内具有压电效应，它有一临界温度TC，当温度高于TC时，压电陶瓷发生结构相转变，这个临界温度TC称为居里温度。
温度稳定性(TEMPERATURE STABILITY)
指压电陶瓷的性能随着温度变化的特性，一般描述温度稳定性有温度系数或最大相对漂移二种方法。
十倍时间老化率(AGEING RATE PER DECADE) Y表示某一参数
频率常数(FREQUENCY CONSTANT)
对于径向和横向长度伸缩振动模式，其频率常数为串联谐振频率与决定此频率的振子尺寸（直径或长度）的乘积。对于纵向长度厚度和伸缩切变振动模式，其频率常数为并联谐振频率与决定此频率的振子尺寸（长度或厚度）的乘积，其单位：HZ.M
压电陶瓷一般采用干压成型,而压电薄膜一般采用轧膜成型或者流延成型.成型工艺不一样,对于胶粘剂\增塑剂\溶剂的要求也不同.
具体你可以参考<功能陶瓷材料及制备工艺>
