第五章 压电陶瓷的稳定性及非线性问题培训课件方案研究.ppt

但是工艺条件对温度稳定性的影响与配方化学组成的影响比较起来还是处于次要地位。 换句话说，一个配方所能达到的温度稳定性的最高水平，是为配方的化学组成所决定的。 但是实际上是否真正能够达到这个水平，要看工艺条件是否达到了最优的条件。 一般地说，工艺条件的影响主要包括：配料的准确性。材料的相组成和相组成的分布情况，烧结后坯体的气孔率，致密度和晶粒太小，极化制度及热处理等环节对温度稳定性的影响。 这些因素如何影响温度稳定性认识得还很不够。下面只能粗浅地介绍一下这方面的问题。 配料的准确性偏差和混料不均匀对陶瓷性能的影响是显而易见的。 往往由于配料的偏离预定组成和混料不均匀而造成性能波动和稳定性变坏。所以配料应力求准确，混料应力求均匀。当配方中加入的元素种类越多时，这个问题就越突出。 烧成是工艺环节中的关键。烧结后坯体的致密度差，气孔率高，材料的压电性能不会好，稳定性也不会好。烧成温度过低时，频率温度系数TKfr往往偏负。 提高烧成温度可以使正温范围的TKfr提高，负温范围的TKfr降低。这一趋势可以由表5.2-1的数据中看出。因此通过控制烧成温度和保温时间，可以部分地调整频率温度特性。 除了烧成制度外，极化和人工老化(热处理)制度对温度稳定性也很大的影响。 （1）极化强度对温度稳定性 极化强度对温度稳定性的影响可由表5.2-5中看出。 表5.2-5 极化条件对温度稳定性的影响 料号 TKfr(85℃)×106/℃ TKfr(-50℃)×106/℃ 7* 4.0KV/mm -21.1~-30.1 50.4~64.5 3.5 KV/mm -27.1~-34.9 57.1~100.4 4* 4.0 KV/mm -2.5~-32.1 56.8~126.5 3.5 KV/mm -54.9~-67.2 78.5~12.3 2* 4.0 KV/mm -25~-71 24~54.9 3.5 KV/mm -65~-73 46.9~66.8 可以看到，当提高极化电场强度时，有使正温范围的TKfr升高，负温范围的TKfr降低的趋势。如果原来TKfr随温度的升高是下降的(即负温范围的TKfr为正，正温范围的TKfr为负)，则强化极化制度可以改善温度稳定性。 （2）极化温度的影响。 对于前面提到的0.98Pb(Zr0.5125Ti0.4875)O3 +0.02WO3+ 0.75重量%MnO2这一配方，在不同温度下进行极化，极化完之后去掉电场，然后降至室温。这样得到不同极化温度对fr的温度曲线的影响，见图5.2-10。 在不同温度下进行极化，极化完之后去掉电场，然后降至室温。这样得到不同极化温度对fr的温度曲线的影响，见图5.2-10。 随着极化温度的提高，正温范围的fr逐渐升高，负温范围的fr则逐渐降低，所以整个fr的波动幅度减小。 在120℃时改变方向。正温的fr变为正，负温的fr变为负，当继续提高极化温度到170℃时，正温范围的fr继续上升，负温端fr则继续下降，而使fr的变化幅度增大。 （3）热处理的影响 随着热处理温度的提高也发生上述现象。即原来是fr随温度的升高而下降的曲线在热处理之后可以变为fr随温度的提高而上升的曲线。 这个变化的大小和热处理的温度有关。热处理温度越高，变化越大。 如果在热处理前材料的fr随温度升高时的变化是下降的，则通过热处理可以改善温度稳定性。 然而这一效应只在相界附近的一定范围内效果明显。随着Ti含量的增加，这一效应逐渐下降。在Zr/Ti比降至一定数值以下就基本上不起显著作用了。 某厂PZT—5*瓷料人工老化后温度系数的变化也说明以上规律的存在： 工艺 人工老化条件 TKfr(+20~+85℃) 未经人工老化 — -80.8×10-6/℃ 旧工艺 125℃1小时 -37.9×10-6/℃ 新工艺 150℃4~5小时 -28.5×10-6/℃ 由表中的结果可以看出热处理可以明显地改善正温范围的温度稳定性，并且新工艺的效果比老工艺的效果更好些。 也有相反的情形。Pb0.95Ba0.05Mg0.03(Zr0.47Ti0.53)O3+ 2.98重量%PbCrO4+0.30重量%MnO2，在180℃、保温3小时处理后，测得温度稳定性数据见表5.2-6。 表5.2-6 180℃、保温3小时处理后材料的温度特性 这个例子说明热处理后使温度稳定性变坏，特别是负温特性。由-0.165变为-0.351，即负端的fr下降了。而正温端fr略有上升。由-0.088变为-0.062。 这个例子可以说明，如果原来fr随温度升高变化曲线不是下降的，则热处理就将使温度稳定性变坏。 以上我们讨论了热处理对温度稳定性的影响。由以上讨论可以得出几个实际结论： (1)、如果在热处理前fr随温度上升而下降，