壓電陶瓷：ZJ-3精密D33測(cè)試儀 材料與成型工藝的多樣化探索

資料整理：北京精科智創(chuàng)科技發(fā)展有限公司

關(guān)鍵詞：精密D33測(cè)試，PZT,極化，電滯回線

壓電陶瓷，作為電子陶瓷的關(guān)鍵分支，是一種能實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能相互轉(zhuǎn)換的功能性陶瓷材料。其獨(dú)特的正逆壓電效應(yīng)，使得它在壓電傳感器、驅(qū)動(dòng)器、超聲換能器、壓電蜂鳴器和濾波器等多個(gè)領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用。目前，壓電陶瓷主要采用鋯鈦酸鉛（PZT）、鈮鎂酸鉛等固溶體為原料，這些材料雖然具有顯著的脆性，但通過(guò)干壓法、等靜壓法、軋膜法、流延法等成型工藝，可以簡(jiǎn)單制備出片狀壓電陶瓷。目前市場(chǎng)市場(chǎng)上主流且可靠的儀器：ZJ-3型精密D33測(cè)試儀（由中國(guó)科學(xué)院&精科智創(chuàng)，功能D31塊體夾具，D15塊體夾具，D15圓管夾具，D31塊體夾具，薄膜拉伸夾具（新增功能）,共面電極功能（新增））PZT-JH10/4型壓電極化裝置（10KV，4通道），PZT-JH30/1型壓電復(fù)合極化裝置（薄膜+塊體+空氣+硅油），F(xiàn)E-5000型鐵電測(cè)試儀（薄膜+塊體+變溫+探針臺(tái)），JKZC-03A型壓電阻抗分析儀，這些成套設(shè)備組成。

然而，隨著器件性能和實(shí)際應(yīng)用的不斷進(jìn)步，壓電陶瓷的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變得愈發(fā)復(fù)雜與精密，常規(guī)的成型方法已難以滿足這些新需求。因此，如何有效制備具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的壓電陶瓷，成為了當(dāng)前科研人員共同關(guān)注的焦點(diǎn)。

1. 壓電陶瓷的原理與制備流程

壓電陶瓷的壓電效應(yīng)源于陶瓷晶體的電荷分布差異與電極的導(dǎo)電性。在自然狀態(tài)下，陶瓷晶體呈現(xiàn)電性中性。然而，當(dāng)壓電陶瓷受到機(jī)械應(yīng)力或壓力作用時(shí)，其晶體結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生微小畸變，導(dǎo)致正負(fù)電荷分布不均，進(jìn)而產(chǎn)生電場(chǎng)。這一電場(chǎng)隨后被電極有效收集，并供外部電路使用。因此，陶瓷晶體與電極可視為壓電陶瓷的核心組件。其制備過(guò)程涵蓋陶瓷胚體的制作、燒結(jié)、電極涂抹以及極化處理四個(gè)關(guān)鍵步驟。

2. 壓電效應(yīng)的原理

壓電效應(yīng)是壓電陶瓷的核心原理。當(dāng)壓電陶瓷受到外力作用，如機(jī)械應(yīng)力或壓力，其晶體結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生微小變形，導(dǎo)致正負(fù)電荷在晶體中重新分布，從而產(chǎn)生電場(chǎng)。這一電場(chǎng)可以被電極有效捕捉并輸出到外部電路中，實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換與利用。

★采用關(guān)鍵測(cè)試裝置：

目前我們國(guó)家對(duì)材料測(cè)試越來(lái)越重視，很多單位及科研院校對(duì)產(chǎn)品甄別出現(xiàn)很大問(wèn)題，但是真正測(cè)試材料需要選擇一款精準(zhǔn)可靠的測(cè)試產(chǎn)品，這樣對(duì)自己的測(cè)試成果及研究會(huì)帶來(lái)很大的作用,對(duì)我們的生產(chǎn)帶來(lái)極大的指導(dǎo)性作用。

ZJ-3型壓電測(cè)試儀（靜壓電系數(shù)d33測(cè)量?jī)x），PVDF壓電薄膜測(cè)試儀
關(guān)鍵詞:壓電,陶瓷材料,高分子,d33/d15

一、產(chǎn)品介紹：

ZJ-3型壓電測(cè)試儀（靜壓電系數(shù)d33測(cè)量?jī)x）是為測(cè)量壓電材料的d33常數(shù)而設(shè)計(jì)的專用儀器，它可用來(lái)測(cè)量具有大壓電常數(shù)的壓電陶瓷，小壓電常數(shù)的壓電單晶及壓電高分子材料。此外，也可測(cè)量任意取向壓電單晶以及某些壓電器件的等效壓電d’33常數(shù)，儀器測(cè)量范圍寬，分辨率細(xì)，可靠性高，操作簡(jiǎn)單，對(duì)試樣大小及形狀無(wú)特殊要求，圓片、圓環(huán)、圓管、方塊、長(zhǎng)條、柱形及半球殼等均可測(cè)量，測(cè)量結(jié)果和極性在三位半數(shù)字面板表上直接顯示。ZJ-3型增加了對(duì)被測(cè)元件的放電保護(hù)、放電提示以及被測(cè)波形輸出等功能，使得儀器在測(cè)量未放電（尤其是較大尺寸）的壓電元件時(shí)具備了高電壓放電提示及保護(hù)功能，本儀器是從事壓電材料及壓電元件生產(chǎn)、應(yīng)用與研究部門的儀器。

二、主要應(yīng)用領(lǐng)域：無(wú)損檢測(cè)超聲檢測(cè)，醫(yī)療超聲檢測(cè)，航空航天，石油天然器，汽車物聯(lián)網(wǎng)，工業(yè)，消費(fèi)者程序等。

三、參考標(biāo)準(zhǔn):
GB3389.4-82《壓電陶瓷材料性能測(cè)試方法 縱向壓電應(yīng)變常數(shù)d33的靜態(tài)測(cè)試》

GB/T3389.5-1995《壓電陶瓷材料性能測(cè)試方法 圓片厚度伸縮振動(dòng)模式》

GB000?Tj1.1/T3389.4-1982《壓電陶瓷材料性能測(cè)試方法 柱體縱向長(zhǎng)度伸縮振動(dòng)模式》

GB/T 3389.7-1986《壓電陶瓷材料性能測(cè)試方法 強(qiáng)場(chǎng)介電性能的測(cè)試》

GB/T3389.8-1986《壓電陶瓷材料性能測(cè)試方法 熱釋電系數(shù)的測(cè)試》
四、產(chǎn)品主要功能：

﹡測(cè)量塊體壓電材料的d33常數(shù)

﹡測(cè)量具有大壓電常數(shù)的壓電陶瓷

﹡測(cè)量小壓電常數(shù)的壓電單晶及壓電高分子材料

﹡測(cè)量任意取向壓電單晶以及某些壓電器件的等效壓電d’33常數(shù)

﹡測(cè)量薄膜材料即PVDF等薄膜材料d33常數(shù)

五、主要技術(shù)指標(biāo)

d33測(cè)量范圍：

★ ×1擋：10到2000pC/N，20 至4000pC/N，可以升級(jí)到10000PC/N.
★×0.1擋： 1到200pC/N，2 至400pC/N。

★可以配套PZT-JH10/4/8/12型壓電極化裝置使用

★可以配套ZJ-D33-YP15壓電壓片機(jī)使用
誤差：×1擋：±2%±1個(gè)數(shù)字，當(dāng)d33在100到4000pC/N；

D31塊體夾具，D15塊體夾具，D15圓管夾具，D31塊體夾具，薄膜拉伸夾具（新增功能）,共面電極功能（新增）

★計(jì)量標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)樣尺寸：18mm*0.8mm，老化時(shí)間：2-3年（評(píng)判壓電測(cè)試儀準(zhǔn)確性能的重要依據(jù)之一）
±5%±1個(gè)數(shù)字，當(dāng)d33在10到200pC/N；
×0.1擋：±2%±1個(gè)數(shù)字，(當(dāng)d33在10到200pC/N)
±5%±1個(gè)數(shù)字，當(dāng)d33在10到20pC/N。
分辨率： ×1擋：1 pC/N；×0.1擋：0.1 pC/N。
尺寸：施力裝置：Φ110×140mm；儀器本體：240×200×80mm。
重量：施力裝置：約4公斤；
儀器本體：2公斤。
電源：220伏，50赫，20瓦。

★補(bǔ)充參數(shù):

3. 胚體制備

胚體的制備是壓電陶瓷生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在原料選擇上，目前主要采用鋯鈦酸鉛（PZT）體系，同時(shí)還有鈦酸鋇基（BTO）、鈦酸鉍鈉基（NBT）、鈮酸鉀鈉基（KNN）等無(wú)鉛體系可供選擇。這些體系內(nèi)的原料配比可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行靈活調(diào)整，以確保最終產(chǎn)品的性能滿足要求。完成原料配比后，需將其制成均勻細(xì)膩的漿料，再通過(guò)適當(dāng)?shù)某尚凸に?，將漿料塑造成所需形狀的陶瓷胚體。

4、燒結(jié)

燒結(jié)是壓電陶瓷生產(chǎn)中的又一重要環(huán)節(jié)。它涉及顆粒的重排與靠近，旨在促進(jìn)材料的致密化及晶粒的生長(zhǎng)。若燒結(jié)溫度過(guò)高，可能導(dǎo)致陶瓷晶粒異常長(zhǎng)大或組織結(jié)構(gòu)不均，反之，燒結(jié)溫度過(guò)低則會(huì)影響晶粒的發(fā)育。這些因素均會(huì)對(duì)壓電陶瓷元件的壓電性能和機(jī)械性能產(chǎn)生不良影響。

初期階段(顆粒結(jié)合階段，1050℃以前)

中期階段(品粒生長(zhǎng)階段，1050-1200℃)

最終階段(晶粒校正階段，1200℃最佳燒結(jié)溫度)

5、上電極制作

在壓電陶瓷的生產(chǎn)過(guò)程中，上電極的制造是一個(gè)的步驟。這涉及到在陶瓷表面覆蓋一層導(dǎo)電材料，通常選用Cu、Ag、Ni、Au等金屬，通過(guò)燒滲、化學(xué)沉積或真空鍍膜等技術(shù)實(shí)現(xiàn)。這一環(huán)節(jié)對(duì)于確保壓電陶瓷元件具有優(yōu)良的導(dǎo)電性和性能至關(guān)重要。

6、極化處理

在壓電陶瓷的生產(chǎn)流程中，極化是一個(gè)關(guān)鍵的步驟。盡管陶瓷內(nèi)部的晶粒具有自發(fā)極化特性，即鐵電性，但其自發(fā)極化電疇的取向是隨機(jī)的，導(dǎo)致宏觀上并不顯現(xiàn)出極化強(qiáng)度。因此，在壓電陶瓷元件制作完成后，必須經(jīng)過(guò)極化處理才能展現(xiàn)出壓電效應(yīng)。這一過(guò)程是通過(guò)施加高壓直流電場(chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，電場(chǎng)作用使得電疇沿特定方向定向排列。值得注意的是，即便在電場(chǎng)去除后，這種定向排列的狀態(tài)仍能得到大部分保留，從而賦予陶瓷壓電效應(yīng)。

★采用關(guān)鍵極化裝置：

PZT-JH10/4高溫壓電陶瓷極化裝置（10KV以下壓電陶瓷同時(shí)極化1-4片）

關(guān)鍵詞：壓電極化，壓電陶瓷材料，1-4片

PZT-JH10/4高壓壓電極化裝置主要用于10KV以下壓電陶瓷或其它壓電材料的極化處理，廣泛應(yīng)用于高校及從事壓電材料研究或生產(chǎn)的科研及生產(chǎn)單位。

主要特點(diǎn)：

1. 能夠同時(shí)極化1-4片試樣

2. 提供三套測(cè)試夾具（可以測(cè)試粉末，單樣品，及薄的壓電陶瓷片）

2. 安全可靠，溫度補(bǔ)償快、恒溫精度高

3. 每路當(dāng)漏電流超過(guò)規(guī)定值時(shí)，都具有切斷保護(hù)功能，不影響其它樣片的極化，其它回路可按正常極化時(shí)間完成極化。

4. 任意夾持樣品尺寸為3-40mm片方型或是圓型試樣

7、工作電源：AC220V 50/60HZ

8、額定功率：2.0kw

9、壓電材料極化或耐壓測(cè)試：DC：0-10KV（±5％+2個(gè)字）連續(xù)可調(diào)

10、總電流：10mA

11、每路切斷電流：0.5mA

12、加熱時(shí)間：可以自動(dòng)設(shè)定

13、加熱元件：優(yōu)質(zhì)電阻絲

14、1次測(cè)試試樣數(shù)量:可加載1-4片試樣

15、額定溫度：≤180℃

16、最高溫度：200℃

17、控溫方式：智能化恒溫控制（進(jìn)口表），多段程序可控

18、樣片：樣品尺寸為3-40mm片方型或是圓型試樣

19、外形尺寸 ： 875*470*400（mm)

20、★極化探頭：優(yōu)質(zhì)銅電極（0.2mm）

21、★標(biāo)準(zhǔn)極化樣品：8片（10mm*1.5mm）

21、★配套設(shè)備裝置：能夠配合ZJ-3和ZJ-6壓電測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)量

22、★配套設(shè)備裝置：可以配置10MM，20MM，30MM，40MM壓片夾具

1、極化前后電疇取向的變化

在壓電陶瓷的極化過(guò)程中，電疇的取向發(fā)生了顯著變化。未經(jīng)極化的陶瓷，其自發(fā)極化電疇的取向是隨機(jī)的，導(dǎo)致宏觀上并不顯現(xiàn)出極化強(qiáng)度。然而，經(jīng)過(guò)高壓直流電場(chǎng)的處理后，電疇沿特定方向發(fā)生了定向排列。盡管在電場(chǎng)去除后，這種定向排列的狀態(tài)仍能得到大部分保留，從而賦予陶瓷壓電效應(yīng)。這一變化對(duì)于壓電陶瓷的性能和功能至關(guān)重要。

★材料測(cè)試的關(guān)鍵設(shè)備

FE-5000型鐵電測(cè)試儀

關(guān)鍵詞:電滯回線 ,鐵電測(cè)試儀，電壓，頻率 ，電致應(yīng)變，蝴蝶曲線

一、產(chǎn)品介紹：

FE-5000型鐵電測(cè)試儀是一款高量程款的鐵電性能材料測(cè)試裝置，這款設(shè)備可以適用于鐵電薄膜、鐵電體材料（既可塊體材料）的電性能測(cè)量，可測(cè)量鐵電薄膜電滯回線、可測(cè)出具有非對(duì)稱電滯回線鐵電薄膜值?？梢赃M(jìn)行電致應(yīng)變測(cè)試，可以蝴蝶曲線功能，設(shè)備還可以擴(kuò)展高溫電阻，高溫介電，電容-電壓曲線，TSC/TSDC等功能。本儀器是從事壓電材料及壓電元件生產(chǎn)、應(yīng)用與研究部門的重要設(shè)備之一，已經(jīng)在各大高校和科研院所廣泛使用。

二、主要技術(shù)指標(biāo)：

1、輸出信號(hào)電壓：：±10 kV可擴(kuò)展電致應(yīng)蝴蝶曲線功能

2、溫度；室溫-200℃，控溫精度：±1℃

3、控制施加頻率0.01到1KHz（陶瓷、單晶，薄膜）PC端軟件控制自定義設(shè)置；

4、控制輸出電流0到±50mA連續(xù)可調(diào)，PC端軟件控制自定義設(shè)置。

5、動(dòng)態(tài)電滯回線測(cè)試頻率范圍 0.01Hz-5kHz

7、最小脈寬保持時(shí)間為20us;最小上升沿時(shí)間為10us;

8、疲勞測(cè)試頻率500kHz（振幅10 Vpp，負(fù)載電容1 nF）；使用高壓放大器后疲勞頻率最高5kHz;

9、測(cè)試速度：測(cè)量時(shí)間《5秒/樣品•溫度點(diǎn)

10、樣品規(guī)格：塊體材料尺寸：直徑2-100mm，厚度0.1-10mm

11、主要功能： 動(dòng)態(tài)電滯回線DHM，靜態(tài)電滯回線SHM，I-V特性，脈沖PUND，疲勞Fatigue，電擊穿強(qiáng)度BDM，漏電流LM，電流-偏壓，保持力RM，

10. 電荷解析度不小于10 mC;

漏電流測(cè)量范圍:1pA~ 20 mA，分辨率不低于0.1pA;

12、控制方式：計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制、實(shí)時(shí)顯示、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)計(jì)算、分析與存儲(chǔ)

13、軟件采集：自動(dòng)采集軟件，分析可以兼容其他相關(guān)主流軟件。

14、測(cè)試精度：±0.05%

15、內(nèi)置電壓：±20V

可增模塊：

印跡印痕IM

變溫測(cè)試THM

POM 模塊實(shí)現(xiàn)極化測(cè)量功能

CVM模塊實(shí)現(xiàn)小信號(hào)電容測(cè)試，獲得C-V曲線

PZM模塊實(shí)現(xiàn)壓電特性測(cè)試

DPM模塊測(cè)試介電性能

RTM模塊測(cè)試電阻/電阻率性能

CCDM模塊實(shí)現(xiàn)電容充放電測(cè)試。

7. 復(fù)雜結(jié)構(gòu)的壓電陶瓷制備技術(shù)

在多維度運(yùn)動(dòng)和集成應(yīng)用中，如柔性機(jī)器人和夾持裝置，復(fù)雜結(jié)構(gòu)的壓電陶瓷發(fā)揮著的作用。這類陶瓷展現(xiàn)出多方向的壓電效應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)位置和力的精確控制。其非均勻分布的厚度、電場(chǎng)或機(jī)械應(yīng)力，以及集成的聲學(xué)、機(jī)械、電學(xué)和光學(xué)等多功能特性，使得它在聲學(xué)透鏡、波導(dǎo)和諧振腔等特殊場(chǎng)景中大放異彩。此外，在需要適應(yīng)曲面或緊密貼合的應(yīng)用中，例如身體傳感器、生物醫(yī)學(xué)設(shè)備和可穿戴技術(shù)，復(fù)雜結(jié)構(gòu)的壓電陶瓷也得到了廣泛應(yīng)用。

1.柔性機(jī)器人、聲學(xué)透鏡、人體傳感器
在制備具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的壓電陶瓷時(shí)，胚體制備環(huán)節(jié)的成型階段確實(shí)面臨不小的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的成型工藝，如干壓成型、等靜壓成型和流延成型，主要適用于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的壓電陶瓷。然而，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，一些創(chuàng)新的成型方法，例如無(wú)模成型（增材制造）技術(shù)、凝膠注模成型以及注射成型等，已成功應(yīng)用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)壓電陶瓷的制備。這些新工藝的引入，極大地推動(dòng)了柔性機(jī)器人、聲學(xué)透鏡以及人體傳感器等領(lǐng)域的發(fā)展。

8. 無(wú)模成型技術(shù)

壓電陶瓷的無(wú)模成型技術(shù)，亦被稱為增材制造，是當(dāng)前市場(chǎng)上精度頗高的成型方法。它主要依賴于三維建模后逐層累積或固化材料來(lái)構(gòu)造所需物體，不僅成型效率高，更無(wú)需使用模具，從而靈活滿足個(gè)性化、整體化和復(fù)雜化的制造要求。

9. 直寫成型技術(shù)（DIW）

直寫成型技術(shù)，作為增材制造的一種，通過(guò)直寫噴頭將配置好的陶瓷漿料逐層擠出并沉積，從而形成胚體。這種技術(shù)對(duì)環(huán)境要求不高，設(shè)備也相對(duì)簡(jiǎn)單，噴頭通常由氣體或機(jī)械裝置驅(qū)動(dòng)，無(wú)需激光、加熱或紫外線等額外條件。因此，它具有低成本、高固含量和高致密度等顯著優(yōu)點(diǎn)，非常適合制備具有大跨度和懸垂結(jié)構(gòu)的壓電陶瓷。實(shí)際上，直寫成型技術(shù)已成為壓電陶瓷制備中的增材制造方法。然而，由于DIW技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)支撐設(shè)計(jì)，因此所使用的漿料必須具備良好的粘彈性，以確保在噴嘴的剪切作用下能夠形成連續(xù)且無(wú)斷點(diǎn)的長(zhǎng)絲，從而維持結(jié)構(gòu)的完整性。

墨水直寫成型PZT陶瓷燒結(jié)件展示
通過(guò)直寫成型技術(shù)，利用墨水狀陶瓷漿料，成功制備出PZT陶瓷燒結(jié)件。這一技術(shù)不僅降低了成本，還提高了生產(chǎn)效率，為壓電陶瓷的制備提供了新的思路。

10. 噴墨打印成型技術(shù)（LJP）

噴墨打印成型技術(shù)通過(guò)將陶瓷墨水逐層噴射到載體上，實(shí)現(xiàn)快速成型。這一過(guò)程中，陶瓷粉末、粘結(jié)劑及其他有機(jī)添加物的混合配制至關(guān)重要，直接影響墨水的物理性質(zhì)，如黏度、表面張力、導(dǎo)電率等。此外，較高的固含量和干燥速率也是確保成型質(zhì)量的關(guān)鍵。該技術(shù)以其低成本和簡(jiǎn)單工藝受到青睞，但主要適用于小型壓電陶瓷構(gòu)件的制備，且與直寫成型技術(shù)一樣，無(wú)法設(shè)計(jì)支撐結(jié)構(gòu)，從而限制了其打印復(fù)雜構(gòu)件和結(jié)構(gòu)可控性的能力。

11. 光固化技術(shù)

光固化成型技術(shù)涉及將陶瓷粉料與可固化的光敏樹(shù)脂混合，然后通過(guò)部分UV掃描進(jìn)行固化。該技術(shù)可分為立體微光刻技術(shù)（SLA）和數(shù)字光處理技術(shù)（DLP），后者是后來(lái)發(fā)展的技術(shù)，其漿料固化在上一成型層與料缸底部之間的狹小區(qū)域內(nèi)，這有效避免了SLA中刮刀重涂帶來(lái)的高粘度漿料剪切力對(duì)成型件的破壞，并允許更精確地控制切片高度。然而，受限于成型缸的尺寸，目前該技術(shù)還無(wú)法用于制備大尺寸壓電陶瓷構(gòu)件。

光固化成型技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于其短的生產(chǎn)周期、出色的原型表面質(zhì)量以及可實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)化生產(chǎn)。但同時(shí)也面臨一些挑戰(zhàn)，如原型可能出現(xiàn)的翹曲變形、相對(duì)較高的成本，以及光敏樹(shù)脂的微毒性問(wèn)題。

1.數(shù)字光處理技術(shù)成型壓電陶瓷的實(shí)例展示及其與壓電復(fù)合材料的關(guān)聯(lián)
采用數(shù)字光處理技術(shù)，我們成功制備了壓電陶瓷構(gòu)件，并對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)研究。同時(shí)，我們也探討了壓電復(fù)合材料在數(shù)字光處理成型過(guò)程中的潛在應(yīng)用。

12. 熔化沉積技術(shù)（FDM）

熔化沉積成型技術(shù)主要使用熱塑性樹(shù)脂與陶瓷粉體的混合物作為原材料。其工藝包括將原材料加熱至略高于熔點(diǎn)的溫度，使其變?yōu)榱黧w狀態(tài)。隨后，在計(jì)算機(jī)的精準(zhǔn)控制下，流體被逐步擠出并沉積在底部的載體上，通過(guò)層層疊加的方式形成生坯，最終產(chǎn)品的精度可達(dá)到毫米級(jí)。

1.熔化沉積型梯度壓電陶瓷的截面照片
熔化沉積成型技術(shù)以其簡(jiǎn)便的制作流程、成本節(jié)約以及設(shè)計(jì)靈活性著稱，同時(shí)其設(shè)備維護(hù)也相當(dāng)簡(jiǎn)單。然而，由于陶瓷材料的熔點(diǎn)普遍較高，直接采用FDM工藝進(jìn)行成型往往不可行。因此，通常會(huì)將陶瓷顆粒與熱塑性材料混合，制成專為打印設(shè)計(jì)的絲材。這一應(yīng)用方法在一定程度上限制了可使用的材料范圍。目前，采用FDM工藝來(lái)制備壓電陶瓷的研究仍相對(duì)較少。

13. 注射成型技術(shù)

注射成型工藝涉及將粉末與粘接劑按特定比例混合均勻，隨后以一定速度注入模腔內(nèi)，形成坯體。經(jīng)過(guò)脫脂和高溫?zé)Y(jié)后，可得到致密的陶瓷產(chǎn)品。此技術(shù)不僅制作周期短、成品均勻，而且適合批量生產(chǎn)，操作也相當(dāng)靈活。但值得注意的是，其成品中有機(jī)物含量相對(duì)較高，脫脂過(guò)程中可能產(chǎn)生開(kāi)裂，影響致密性。

1.壓電陶瓷粉末注射成型工藝流程圖
當(dāng)前，雖然注射成型技術(shù)在制備鉛基壓電復(fù)合材料及壓電陣列方面受到了廣泛關(guān)注，但該技術(shù)同樣適用于無(wú)鉛壓電陶瓷的制備。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)無(wú)鉛壓電陶瓷的大規(guī)模生產(chǎn)已成為可能。

14. 凝膠注模成型技術(shù)

凝膠注模成型技術(shù)，是在注漿成型和注射成型之后，新興起的一種凈尺寸成型工藝。它巧妙融合了高分子聚合物化學(xué)與流變學(xué)原理。具體來(lái)說(shuō)，就是在高固相含量（體積分?jǐn)?shù)達(dá)到50%以上）、低粘度（小于1Pa·s）的陶瓷漿料中，加入低濃度的有機(jī)單體和引發(fā)劑，然后進(jìn)行澆注。在特定條件下，漿料中的有機(jī)單體將發(fā)生原位聚合反應(yīng)，形成穩(wěn)固的交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，促使?jié){料迅速原位凝固，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)陶瓷坯體的原位定形。經(jīng)過(guò)脫模、干燥、排膠（以去除有機(jī)物）和燒結(jié)等后續(xù)步驟，即可獲得所需的陶瓷產(chǎn)品。

1.凝膠注模成型技術(shù)在陶資零部件制備中的應(yīng)用
采用凝膠注模成型技術(shù)，可以輕松制備出具有復(fù)雜形狀的陶資零部件。該技術(shù)依賴于穩(wěn)定、高固相含量和低粘度的陶瓷漿料，這是實(shí)現(xiàn)優(yōu)異注凝成型效果的關(guān)鍵。高固相含量有助于減小坯體的干燥收縮率，從而降低變形風(fēng)險(xiǎn)；而低粘度則確保懸浮體在注模過(guò)程中能夠充分填充模具，同時(shí)也有利于排除包裹的氣體。穩(wěn)定的漿料進(jìn)一步保證了坯體呈現(xiàn)均勻的微觀結(jié)構(gòu)，為最終獲得高性能產(chǎn)品奠定了基礎(chǔ)。

該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于其出色的均勻性、高坯體強(qiáng)度、簡(jiǎn)便的操作過(guò)程以及對(duì)機(jī)械加工的適應(yīng)性，使得制備大型且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的壓電陶瓷成為可能。然而，該技術(shù)也存在一些挑戰(zhàn)，如自動(dòng)化程度相對(duì)較低，以及干燥過(guò)程中的困難。

15. 小結(jié)

隨著科技的日新月異，壓電陶瓷的成型工藝日益豐富，且正朝著快速成型技術(shù)的方向發(fā)展。然而，這些工藝仍面臨諸多挑戰(zhàn)，例如在漿料制備中不可避免地需要加入粘結(jié)劑和分散劑等有機(jī)物，這往往導(dǎo)致脫脂時(shí)間延長(zhǎng)、產(chǎn)品變形以及密度和強(qiáng)度降低等問(wèn)題。因此，未來(lái)復(fù)雜結(jié)構(gòu)陶瓷的成型工藝應(yīng)致力于在滿足成型質(zhì)量要求的同時(shí)，盡量減少有機(jī)物的使用，以實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的性能。此外，通過(guò)摻雜改性、織構(gòu)優(yōu)化以及復(fù)合材料的應(yīng)用等手段，可以進(jìn)一步增強(qiáng)陶瓷的壓電性能。

1.劉凱、孫策、史玉升等人探討了增材制造壓電陶瓷的當(dāng)前狀態(tài)與未來(lái)展望，相關(guān)內(nèi)容發(fā)表于《無(wú)機(jī)材料學(xué)》期刊。

2.曾文竹、陳燕、袁懋誕等人對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)壓電陶瓷的制備工藝進(jìn)行了全面綜述，文章刊登于《中國(guó)陶瓷》雜志。

3.晏伯武在《儀器儀表學(xué)報(bào)》上發(fā)表論文，研究了PZT壓電陶瓷的凝膠注模成型技術(shù)。

4.劉春林、秦帥、吳盾等人探索了水溶性脫脂粉末注射成型技術(shù)在制備PLZT壓電陶瓷方面的應(yīng)用，并對(duì)其壓電性能進(jìn)行了研究，相關(guān)成果發(fā)表于《硅酸鹽學(xué)報(bào)》。

5.謝睿在中南大學(xué)進(jìn)行了精細(xì)結(jié)構(gòu)PZT陶瓷陣列的新型凝膠注模成型研究。