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壓電陶瓷范文1
關鍵詞：無鉛壓電陶瓷；燒結溫度；固相法；ZnO摻雜 1 概述
壓電陶瓷已在能源開發、電子技術、傳感技術、激光技術、光電子技術、紅外技術、生物技術、環境科學等方面有廣泛應用[1]。由于鉛基壓電陶瓷PZT具有優良的壓電性能，從而得到廣泛的應用，但是此類壓電材料中含有60%以上的有毒物質鉛，在壓電陶瓷的生產、使用和廢棄處理過程中揮發的鉛都會對生態環境和人們的健康造成不可估量的傷害，因此人們迫切期盼無鉛壓電時代的到來[2]。
無鉛壓電陶瓷是指不含鉛的壓電陶瓷，其更深層含義是指既具有較好的使用性又有良好的環境協調性的壓電陶瓷。目前，無鉛壓電陶瓷可以分為：BNT基無鉛壓電陶瓷、KNN系無鉛壓電陶瓷、BZT系無鉛壓電陶瓷，其中KNN壓電陶瓷因為具有優良的壓電性能和機械性能，被認為是最具有可能替代PZT的無鉛壓電材料。
然而阻礙KNN壓電陶瓷發展的主要問題是傳統的方法無法燒結出致密的陶瓷體， 大大影響了壓電和機械性能，本文選擇能夠有效降低燒結溫度的ZnO作為摻雜對象。本文采用傳統陶瓷工藝制備無鉛壓電陶瓷，詳細探討了不同比例ZnO摻雜對KNN陶瓷燒結特性，包括對顯微結構以及電學性能等的影響。
2 實驗過程
采用傳統的固相法[3，4]制備了（Na0.48K0.48Li0.04）（Nb0.86Ta0.1Sb0.04）O3-xZnO壓電陶瓷（x = 1.00、1.50、2.00、3.00）。首先，按配比稱量分析純原料：K2CO3、Na2CO3、Li2O3、Nb2O5、Sb2O3、Ta2O5、ZnO、無水乙醇。將原料放入烘箱中在85℃干燥2～3h，充分去除水分后迅速放入干燥器皿中冷卻至室溫。將各原料按照化學式（Na0.48K0.48Li0.04）（Nb0.86Ta0.1Sb0.04）O3配比進行配料，然后裝入研磨罐中，研磨介質為φ2mm的鋯球進行研磨，以無水乙醇為媒介，用行星式球磨機球磨3～4h，取出烘干，在750℃保溫2h完成預燒；再將粉料充分研磨，過篩，加入質量分數為10%左右的PVA進行造粒；在5MP壓力下壓制成直徑15mm，厚l.5mm的圓片，并分別在1060℃、1080℃、1095℃、1100℃保溫2h進行燒結，得到致密的陶瓷片。將陶瓷片的厚度控制在1.00mm左右，進行磨平。將磨好的陶瓷片均勻的涂上銀漿，在750℃燒結陶瓷獲得被上電極的陶瓷樣品，并在90℃的硅油中極化，極化電壓3～4kV/mm[5]，極化時間30min，放置1小時左右，進行測量其相關的性能。用JSM-5900LV型掃描電子顯微鏡（SEM[6]）對樣品表面進行觀察研究；采用準靜態d33測量儀（ZJ-3AN型[7]）測量壓電常數d33，用LCR電橋測試儀（YB2811型）測量損耗。
3 結論分析與討論
3.1 顯微結構分析
由SEM圖可以看出壓電陶瓷，在摻雜量相同（x=2.00mol%），燒結溫度不同的情況下（1060℃、1080℃、1095℃、1100℃）同種陶瓷樣品放大10000倍后的表面形貌圖如圖1所示。由圖1（a）可以看出，溫度在1060℃時，陶瓷表面有明顯的孔洞，顆粒表面比較粗糙，致密度較差。從圖1（a）、（b）、（c）、（d）可以看出，隨著溫度的升高致密度呈現先升高后降低的趨勢，陶瓷表面的孔洞也呈現先減少后增加的趨勢。一般而言，陶瓷晶粒大小會隨著燒結溫度的升高而增大，但是從陶瓷樣品的表面SEM 圖可以看出，陶瓷晶粒的大小并未發生太大的變化，這可能是由于摻雜的ZnO抑制了陶瓷晶粒的長大，在溫度T=1100℃時，陶瓷表面出現大量的孔洞，這可能是晶體出現液化的原因。
3.2 壓電性能分析
圖2為室溫下測量的無鉛壓電陶瓷壓電常數隨著ZnO摻雜比例的變化曲線圖。由圖2可以看出，隨著摻雜量的增加，壓電陶瓷的壓電常數呈現先增加后降低的趨勢。這可能是由于ZnO在一定程度上抑制了陶瓷晶粒的長大，從而使壓電常數也隨之增加；但當燒結溫度超過一定范圍時，ZnO的抑制作用降低，使晶粒繼續增大并出現液化的現象，從而造成壓電常數的降低。當T=1080℃，x=2.00mol%時，壓電常數達到最（d33=77pC/N）。
3.3 介電性能分析
圖3為室溫下測量的無鉛壓電陶瓷介電常數和介電損耗隨著摻雜量的變化曲線圖。由圖3（a）可以看出，隨著摻雜量的增加，壓電陶瓷的介電常數整體呈現先上升后下降的趨勢。當T=1080℃，x=2.00mol%時，壓電陶瓷的介電常數達到最大（εr=273.58）；這說明隨著陶瓷體致密度的增加壓電陶瓷的介電常數也會增加。反之介電常數也會降低。同時由圖3（b）可以看出，壓電陶瓷的介電損耗呈現先降低后增加的趨勢。同時，當T =1080℃，x=2.00mol%時，介電損耗也達到最小（tanδ=2.98%）。壓電陶瓷的介電損耗與陶瓷體的致密度有關，也與微觀結構和顯微形貌有關，晶粒排列緊密，晶界對電疇的夾持效應小，電疇轉向過程中耗能少，介電損耗就會變小，反之介電損耗就會增加。
4 結論
采用傳統固相法陶瓷工藝制備了（Na0.48K0.48Li0.04）（Nb0.86Ta0.1Sb0.04）O3無鉛壓電陶瓷；用SEM觀測了樣品的表面具體（10μm）形貌，并且測量了相關的壓電和介電性能。研究結果表明：
①在ZnO的摻雜比例一定時，隨著溫度的升高，陶瓷的壓電常數呈現先升高后下降的趨勢，當T=1080℃，x=2.00mol%時，壓電常數到達最大（d33=77pC/N）。這是由于ZnO在一定程度上抑制了晶粒的長大，從而使陶瓷的壓電常數也隨之增加；但當溫度超過一定的范圍時，ZnO的抑制作用降低，而使晶粒繼續增大，從而造成壓電常數的降低。
②通過改變ZnO的摻雜量，也使壓電陶瓷的介電常數整體呈現先上升后下降的趨勢，當T=1080℃，x=2.00時，壓電陶瓷的介電常數達到最大（εr=273.58）。這是由于隨著陶瓷體致密度的增加壓電陶瓷的介電常數也會增加。反之介電常數也會降低。
③ZnO的添加一定程度上改善了陶瓷的介電損耗，介電損耗整體呈現先降低后升高的趨勢，當T=1080℃，x=2.00時，介電損耗達到最?。╰anδ=2.98%）。這是由于壓電陶瓷的介電損耗與陶瓷體的致密度有關，同時也與微觀結構和顯微形貌有關，晶粒排列緊密，晶界對電疇的夾持效應小，電疇轉向過程中耗能少，介電損耗就會變小，反之介電損耗就會增加。
參考文獻：
[1]張東升.（K0.44Na0.52Li0.04）（Nb0.86Ta0.10Sb0.04）O3陶瓷的壓電性能[J].硅酸鹽學報，2014（4）：444-447.
[2]郭汝麗，方亮，周煥福等.低溫燒結ZnO壓敏陶瓷研究進展[J].電子元件與材料，2011，30（10）：80-82.
[3]S.Shah，M.S.Ramachandra Rao.Preparation and dielectric study of high-quality PLZTx=65=35（x=6，7，8）ferroelectric ceramics[J].J.Appl.Phys.2000，（71）：65-69.
[4]B.賈菲等著.壓電陶瓷.林聲和譯.北京：科學出版社，1979：1.
[5]Wood，A.Polymoprhism in Potassium niobate，sodium niobate，and other ABO3.
[6]莫其逢，黃創高，田建民，高英俊.原子力顯微鏡與表面形貌觀察[J]；廣西物理，2007（02）.
[7]崔業讓，劉心宇.Sm2O3摻雜（Ba0.7Ca0.3）TiO3-Ba（Zr0.2Ti0.8）O3無鉛壓電陶瓷的制備與性能[J].無機材料學報，2012（07）.
壓電陶瓷范文2
關鍵詞：PZT壓電陶瓷元件、干壓成型、噴霧造粒、絲網印銀
1、引言
PZT壓電陶瓷由于具有居里溫度[1]高、壓電性強、易摻雜改性[2]、穩定性好等特點，自20世紀60年代以來，一直是人們關注和研究的熱點，在壓電陶瓷領域中占主導地位。目前，市場上需求的PZT壓電陶瓷元件的型號規格越來越多樣化，片狀、管狀、柱狀、條狀及梯形狀等，大型元件長度或直徑可至200mm以上，而小型元件厚度只有0.2mm，甚至0.1mm，對于超長超大或超小超薄等特殊規格的元件來說，必須有更加先進的制備工藝技術。
PZT壓電陶瓷元件常用的坯件制備方式，如軋膜成型，操作簡單且效率高，但也存在許多不足，密度低，均勻性差，壓電性能低；如等靜壓成型，壓制的樣品均勻致密且壓電性能好，但制作成本太高。而干壓成型，不僅制作成本相對低廉，而且各方面性能相對較優，一般軟性材料，密度可達7.6×10-3Kg/m3以上，平面機電耦合系數Kp可達0.65左右。采用干壓成型制備PZT壓電陶瓷坯件，后續的燒結和機械加工，以及上電極和極化工藝也是值得注意的環節，本文針對以上幾個關鍵問題作了分析討論，同時對PZT壓電陶瓷元件制備工藝的改進方向提出了建議。
2、坯件制備
采用干壓成型的方式制備坯件，干壓成型前應先將粉料造粒，即在粉料中加入占料中約5%的黏合劑，攪拌均勻并過粗篩（如40目篩），再以1t/cm2的壓強進行預壓塊，最后將預壓塊研碎并過細篩（如30目篩）。造粒的目的不僅使黏合劑更加均勻的分布在粉料中，而且由于顆粒本身已經壓緊，壓料中空氣較少，并較易排出，因此利于成型，使成型樣品的密度更加均勻。如果采用噴霧干燥塔來造粒，與人工造粒相比，當然會得到更細更均勻的造粒料。值得注意的是，噴霧造粒的過程中，所加黏合劑的比例、粉料的細度都是需要控制的環節。通過實驗，6%～8%的黏合劑含量最佳，粉料的細度一般以可通過20目篩為好。通過噴霧干燥塔造粒出的粉料因未經預壓塊呈現出更加松散的狀態，干壓成型時需要更高的壓強，但因采用高溫噴霧的方法，黏合劑的分布比人工造粒料更加均勻，所以成型樣品的密度更高更均勻。
造粒后，利用油壓機和模具成型，即制備坯件。成型壓強對燒結后產品密度有很大關系，產品的密度也直接影響著PZT壓電陶瓷元件的壓電性能。成型壓強太小，密度小，壓強太大時，容易出現裂縫和分層。實驗表明，采用手工造粒料成型，一般成型壓強為1.0～1.5 t/cm2，采用噴霧造粒料成型，一般成型壓強為1.5～2.0 t/cm2。
3、瓷件燒結和機械加工
干壓成型后的坯件，需要通過高溫燒結[3]才能成瓷。燒結是顆粒重排靠近，使材料致密化以及晶粒生長的過程，過高的燒結溫度使陶瓷晶粒生長過大或組織機構不均勻，而燒結溫度過低則會導致晶粒發育不完全，這些都會導致PZT壓電陶瓷元件的壓電性能受到影響。在工藝上，我們通常采用計算收縮率的方式來判斷燒結情況。實驗表明，采用手工造粒料成型的坯件，燒結后收縮率一般為12%～13%，采用噴霧造粒料成型的坯件，燒結后收縮率一般為13%～14%。一般來說，燒結溫度適當的瓷件，收縮率正常，瓷件間不粘結或只有輕微粘結，瓷件折斷后，可看到斷面各處均勻致密，平坦而有光澤；而燒結溫度過低的瓷件，收縮率小，無粘結，密度低，顏色淺，易折斷，斷面粗糙；燒結溫度過高的瓷件，收縮率大，出現變形和粘結現象，顏色深，易折斷，斷面粗糙或很亮。
在工藝上，機械加工也是必不可少的一個環節，燒結后瓷件外表面粗糙，有些出現略微失鉛的現象，所以通過機械加工，磨削掉表面一層，既提高粗糙度，又使瓷件密度更加均勻，通過機械加工還可以使所需瓷件外形尺寸更加精確，滿足各種精度要求，通過機械加工還可以得到特殊形狀（如梯形）的壓電陶瓷瓷件。
4、上電極
PZT壓電陶瓷元件兩極間需要有金屬電極才能導電，發揮壓電性。傳統的上電極方法有很多種，如燒滲銀層、真空蒸鍍、化學沉銀和化學沉銅等，本文主要介紹燒滲銀層。工藝上，最關鍵的是表面涂覆銀漿的方式和燒滲銀曲線。根據元件形狀和電極花樣，可選擇不同銀漿涂覆方式，一般圓片或圓環狀元件可采用手工涂銀的方式，條狀或矩形狀元件可采用噴槍噴銀的方式，而這兩種方式不僅銀層不均勻且效率低，最佳方式為絲網印銀。制作合適的夾具，將PZT壓電陶瓷元件放置其中，上面放一層絲網，通過刮板將絲網上的銀漿刷在PZT壓電陶瓷元件表面，絲網印銀的優點，銀層均勻且效率高，還可印刷任何所需要的銀層花樣，尤其適用與薄型元件。
燒滲銀曲線也是值得注意的一個環節，燒銀的目的是使銀漿中的氧化銀還原成銀，并使銀在較高溫度時滲入瓷件表面，形成緊密的結合。燒銀時升溫速度應控制好，最高溫度要適當，實驗表明，在400℃以前，速度一定要慢，一般不要超過100℃/h，最高溫度一般為750℃～800℃。為了證明銀層與瓷件結合的牢固程度，可以通過銀層拉力實驗來檢測銀層的抗拉強度，一般銀層的抗拉強度可達30Kg/cm2以上，抗拉強度高的甚至可達100Kg/cm2以上。
5、極化
PZT壓電陶瓷元件上電極后，需要經過極化才能顯示壓電效應。要使壓電陶瓷得到完善的極化，充分發揮其壓電性能就必須合理的選擇極化條件，即極化電場、極化溫度和極化時間。只有在極化電場作用下，電疇才能沿電場方向取向排列，極化電場越高，促使電疇取向排列的作用越大，極化就越完善。一般以kp達到最大值的電場為極化電場。在極化電場和極化時間一定的條件下，極化溫度越高時，電疇取向排列較易，極化效果較好。同樣，極化時間越長，電疇取向排列的程度高。在工藝上，針對不同的材料，我們往往需要選擇一個最佳的極化條件。長期實驗證明，一般硬性材料，電場在3～4kv/mm，溫度90℃～120℃，時間15min以上；而軟性材料，電場在2～3kv/mm，溫度120℃～150℃，時間15min以上，若保持電壓降溫至60℃以下，效果更好。
6、結束語
PZT壓電陶瓷的研究已半個多世紀，目前是國內外最重要的機敏材料之一，已經被廣泛應用于電子、雷達、微位移控制、航天技術及計算機技術等領域，因此PZT壓電陶瓷元件的制備也是至關重要。本文采用噴霧塔造粒，干壓成型，燒結后作機械加工，絲網印銀，燒滲銀，最后極化，并對以上系列工藝作了分析和討論，通過實驗得出最佳工藝參數，制備出的壓電陶瓷元件致密度高，壓電性能優良，得到了客戶認可。當然，目前工藝也存在很多缺陷，如制備出的PZT壓電陶瓷元件壓電性能批次間存在波動性、特殊形狀或超大超小型的PZT壓電陶瓷元件的成品率不是很高等，這些都需要我們進一步改進和完善工藝。
參考文獻
[1]張沛霖，鐘維烈，等編著.壓電材料與器件物理[M].山東科學技術出版社，1996.
[2]張福學，孫慷主編.壓電學.北京：國防工業出版社，1984.
壓電陶瓷范文3
關鍵詞 鋯鈦酸鉛鑭；壓電陶瓷；鎢銅酸鉛；低溫燒結
中圖分類號TM282 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2013）99-0078-03
0引言
壓電陶瓷在功能陶瓷材料中占有極為重要的地位，在各行各業及社會生活的各個方面得到了廣泛應用。隨著現代科技的迅猛發展，電子元件的對壓電陶瓷的材料及工藝提出了新要求，研究熱點之一的多層復合技術需要耗費大量Pt、Pd等貴金屬作內電極，迫切需求壓電陶瓷低溫燒結技術以減少貴金屬的耗費，而且在實用化的壓電材料中仍占主導地位的鋯鈦酸鉛（PZT）壓電陶瓷燒結溫度高，PbO高溫揮發導致陶瓷組分偏離配方及性能下降的同時，對環境造成嚴重污染。實現低溫燒結不僅降低成本、節約能源，同時有效抑制PbO揮發，減少環境污染，因此人們對壓電陶瓷低溫燒結展開一系列的研究，改善工藝和添加助熔劑等方法在降低陶瓷燒結溫度方面取得效果顯著。
目前改善燒結工藝和改善制粉工藝等方法一定程度上降低了燒結溫度，但工藝比較復雜，可重復性低，成本較高，難以實現工業化生產。添加低熔點助溶劑能通過液相燒結促進燒結并且在燒結后期回吸入主晶格起到摻雜改性的作用，而且生產工藝簡單，成本低，是實現壓電陶瓷低溫燒結較為理想的一種方法。本文系統的介紹了鎢銅酸鉛（PWC）摻雜對鋯鈦酸鉛鑭（PLZT）陶瓷相結構、致密度及壓電和介電性能的影響，發現隨著PWC摻入量的增加，材料的d33、Kp和r都先增加后減小；而陶瓷相的結構由偽立方相逐漸過渡到四方相。適量的PWC摻雜既能降低燒結溫度，又明顯提高材料的壓電和介電性能。
1實驗
1.1 樣品制備
以氧化鉛、氧化鑭、氧化鈮、氧化鋯和氧化鈦為原料預合成法制備PLZT陶瓷粉體。為精確稱量，所有原料均置于120℃的烘箱中干燥12h，按照化學式Pb0.9025La0.065（Zr0.58Ti0.42）0.975Nb0.02O3（簡稱PLZT）精確稱取原料Pb3O4（99%）、ZrO2（99%）、TiO2（99%）、La2O3（99%）、Nb2O5（99%）。將原料混合濕法球磨2h，120℃的烘箱干燥8h過篩，在Al2O3坩堝中密封預燒3h，溫度為850℃。將鎢銅酸鉛（PWC）加入到預燒粉料中，質量分數分別為2%、4%、6%、8%、10%。細磨3h，加入質量分數為10%的聚乙烯醇（polyvinyl alcohol， PVA）溶液，經40MPa預壓造粒，500℃下排膠1h。樣品分別在950℃，1000℃，1050℃，1100℃，1150℃下進行密封埋料燒結成瓷。燒成樣品在600℃燒滲銀電極，置于120℃油浴中，以3kV/mm電場極化10min，靜置24小時待測。
1.2 樣品測試
用D/max 2500PC型X射線衍射儀（XRD）、JSM-6360LA型掃描電鏡（SEM）對樣品進行結構和形貌分析；用HP-4294A低頻阻抗分析儀測試壓電、介電性能；用中科院聲學所ZJ-3AN型準靜態d33測量儀測壓電應變常數d33；用Archimedes原理測試密度；用電容電橋法測量居里溫度Tc。
2 結果與討論
2.1 結構分析
圖1為1100℃下燒結1h，不同含量的PWC摻雜到PLZT試樣的X射線衍射（XRD）譜。從圖中可以看出，所有組分均為鈣鈦礦相結構，且都以PLZT固溶體形式存在，沒有第二相的存在。從圖中還可以看到，PWC含量為2%的時候，衍射峰為寬化的單一峰，它對應的是（200）衍射峰，是偽立方相的特征峰；隨著PWC含量的不斷增加，在 2θ角為45°左右的衍射雙峰對應的是（002）和（200）衍射峰，它為四方相的特征峰，說明PWC含量為4%的時候，存在明顯的四方相的結構晶體，即隨著PWC含量的增加，贗立方相逐漸向四方相轉化。這是由于PWC中的離子組分置換了A位的Pb2+，引起晶格畸變，相結構逐漸由三方相向四方相轉變的緣故。
2.2 形貌分析
圖2為未摻雜的PLZT在1150°C下燒結1小時和不同PWC含量在1100°C燒結、保溫1小時的陶瓷斷面的SEM照片。從圖中可以看到，無PWC摻雜的PLZT氣孔較多，樣品不致密，晶粒尺寸較小。隨著PWC摻雜量的增加，氣孔逐漸減少，晶粒長大，尺寸逐漸均勻。當摻雜量為4%時，晶粒尺寸達到最大；當摻雜量大于8%時，晶粒尺寸逐漸變得不均勻，氣孔增多。
適量的加入PWC有利于樣品晶粒的生長和陶瓷結構的致密，而過量的摻雜則不利于晶粒均勻生長和樣品的致密化。主要是由于摻入PWC后，離子組分取代A位的Pb2+，使晶格發生晶格畸變，增加了晶體內結構缺陷，降低電疇間的勢壘，從而有利于離子擴散，促進晶粒生長；過量的PWC中的離子組分難以全部進入主晶格，剩余液相堆積于晶界，抑制晶粒長大。
2.3 陶瓷介電、壓電性能分析
圖3給出了PWC不同摻雜量在950°C～1150°C燒結與相對介電常數εr和介電損耗tanδ的關系。結果表明，燒結溫度較低時，PLZT活性過低，還保持著原有的鈣鈦礦晶體結構， PWC摻雜量對介電損耗tanδ幾乎沒有影響；晶體晶粒小，低介電常數的晶界和氣孔所占的體積分數增大，εr值低于900。當燒結溫度大于1000℃時，PbO揮發損失較大，晶體結構由三方逐漸向四方轉化，此時有共存相，這種結構的活性大，導致內摩擦力增加，介電損耗增大，同時氣孔率逐漸減小，致密度增加，εr先增大，當含量為4%時，εr達到最大2600，而后逐漸減小最后趨于不變，樣品結構趨于穩定。此結果與上述XRD分析結果一致。
圖4為壓電系數d33、機電耦合系數Kp、機械品質因數Qm與不同含量PWC的關系。從圖中可以得出：當燒結溫度較低時， PWC的摻雜含量的增加，對d33、Kp的影響不大；當燒結溫度大于1050℃時， PWC對壓電性能有了顯著影響；在同一燒結溫度下，d33、Kp隨著摻雜量的增加而逐漸增大，當摻雜量為4%時，性能達到最佳，Kp達到最大值，而后隨著PWC含量的增加d33、Kp開始降低，最后逐漸趨于不變。d33極值出現在PWC含量為4%時，此時d33=350pC/N，燒結溫度為1150°C。其原因可能是PWC的摻雜引入使得B位置離子含量的減少，適當的造成了A位置離子上的鉛過量，同時彌補了燒結溫度較高時PbO的揮發損失，從而使材料的性能基本保持不變，甚至可使材料的壓電應能略有提高。機械品質因數Qm均低于90。
圖5是不同含量PWC在不同頻率下介電常數、介電損耗隨溫度的變化關系曲線圖?？梢钥吹?，居里溫度隨著PWC含量的增加而逐漸升高，當PWC含量為6%時，居里溫度達到最大，后隨著PWC含量的增加居里溫度開始減小。主要原因是PWC的加入在燒結溫度較低時能形成過渡液相促進燒結使居里溫度較高，但是在燒結后期PWC的加入形成剩余液相破壞了PLZT陶瓷樣品晶體結構的有序性，導致材料的居里溫度降低。還可以看到，介電常數隨著溫度的升高先逐漸增大而后減??；在頻率為1kHz，溫度高達300°C時介電損耗均小于0.04，當溫度大于350℃時，介電損耗隨著溫度的提高而逐漸增大。出現上述結果的主要原因是樣品在高溫下的電導較高。
圖6給出了室溫下測量的PWC含量為4%時不同燒結溫度下PLZT樣品的電滯回線。從圖可以發現，樣品具有典型的電滯回線，樣品的剩余極化強度Pr在相同PWC摻雜時隨著燒結溫度的提高逐漸升高，樣品的矯頑場Ec變化不大，Ec均小于1.2kV/mm。主要原因是PWC可以使PLZT陶瓷樣品具有軟化效果，另一原因可能是燒結溫度高，晶粒尺寸均勻且致密度良好氣孔較少導致。
3 結論
采用固相合成法，制備出摻雜PWC的Pb0.9025La0.065（Zr0.58Ti0.42）0.975Nb0.02O3壓電陶瓷，可得到以下結論：
1）摻雜少量PWC能使PLZT壓電陶瓷的燒結溫度降低到950℃～1100°C，有效提高壓電陶瓷的壓電、介電性能；2）摻雜PWC的PLZT壓電陶瓷均顯示出單相鈣鈦礦結構，推測PWC降低燒結溫度機理為形成過渡液相促進燒結，在燒結后期被主晶格吸收；3）研究了PWC摻雜量對PLZT陶瓷燒結 性能的影響。當PWC摻雜量為4%，在1100°C下燒結1小時，其居里溫度Tc=230℃，壓電應變常數d33=311 pC/N，機電耦合系數Kp=0.44，介電常數εr=2389，介電損耗tanδ=0.04，機械品質因數Qm=67.7。
參考文獻
[1]朱宏亮，孫清池，劉海燕，等.低溫燒結PZT-0.5%PbO·WO3 [J].硅酸鹽學報，2006，34（4）：476-478.
[2]周桃生，彭煒，苗君，等.低溫燒結壓電陶瓷材料及應用[J].湖南大學學報：自然科學版，2000，22（1）：49-53.
[3]陳豐，楊世源，王軍霞，等.關于PZT壓電陶瓷低溫活化燒結的研究進展[J].材料導報，2007，21（2）：26-29.
壓電陶瓷范文4
【關鍵詞】水電廠；一次設備；過電壓；保護
一、電力系統過電壓分類和特點
電力系統過電壓主要分以下幾種類型：大氣過電壓、工頻過電壓、操作過電壓、諧振過電壓。
圖1
（一）大氣過電壓
由直擊雷引起，特點是持續時間短暫，沖擊性強，與雷擊活動強度有直接關系，與設備電壓等級無關。因此，220KV以下系統的絕緣水平往往由防止大氣過電壓決定。
（二）工頻過電壓
由長線路的電容效應及電網運行方式的突然改變引起，特點是持續時間長，過電壓倍數不高，一般對設備絕緣危險性不大，但在超高壓、遠距離輸電確定絕緣水平時起重要作用。
（三）操作過電壓
由電網內開關操作引起，特點是具有隨機性，但最不利情況下過電壓倍數較高。因此30KV及以上超高壓系統的絕緣水平往往由防止操作過電壓決定。
（四）諧振過電壓
諧振過電壓在正常運行操作中出現頻繁，其危害性較大；過電壓一旦發生，往往造成電氣設備損壞和大面積的停電事故。許多運行經驗表明，中低壓電網中過電壓事故大多數都是由諧振現象所引起的。由于諧振過電壓作用時間較長，在選擇保護措施方面造成困難。為了盡可能地防止發生諧振過電壓，在設計和操作電網時，應事先進行必要的估算和安排，避免形成嚴重的串聯諧振回路；或采取適當的防止諧振的措施。諧振過電壓輕者令到TV的熔斷器熔斷、匝間短路或爆炸；重者則發生避雷器爆炸、母線短路、廠用電失電等嚴重威脅電力系統和電氣設備運行安全的事故。
二、水電廠電氣一次設備過電壓保護措施探討
電氣一次設備是指直接用于生產、輸送和分配電能的生產過程的高壓電氣設備。它包括發電機、變壓器、斷路器、隔離開關、自動開關、接觸器、刀開關、母線、輸電線路、電力電纜、電抗器、電動機等。
（一）勵磁變壓器的過電壓保護
目前國際公認的最先進的過電壓保護器件是氧化鋅壓敏電阻（或稱非線性電阻ZnO）組成的無間隙避雷器。但在勵磁變的過電壓保護上存在以下實際問題：
（1）ZnO在額定工況下是不導通動作的，不能長期、連續、頻繁地動作，否則會引起ZnO快速老化擊穿短路。對100Hz的頻繁連續的換相過電壓不能用ZnO來吸收。
（2）對其它過電壓，是偶發的、短暫的，很適合用ZnO來保護。但按國標GB11032《交流無間隙金屬氧化物避雷器》生產的普通避雷器（MOA）仍不能直接用來保護勵磁變。因為：MOA均跨接在相與地之間，對相間過電壓要經過兩只MOA串聯限壓，殘壓為相-地的兩倍，超出了絕緣的耐受程度，不能有效地保護相間絕緣；國標所列的參數均是針對電力系統額定電壓的，而勵磁變二次電壓隨發電機參數而變，套不上標準，買不到合適的定型產品。
對于上述100Hz的頻繁、連續的換相過電壓，可用阻容吸收器來限制。因為阻容沒有“負荷率”和老化的問題，只要電阻的散熱功率足夠，就可以連續吸收過電壓。其原理電路見圖。勵磁變LB二次繞組任意兩相電流突變產生過電壓時，都可以經過二極管D1～D6對電容C充電，從而得到緩沖，降低di/dt，減小了過電壓。過電壓消失后，C上的電荷向電阻R釋放，等待下一個周期再次吸收。
二極管D1～D6的作用一是可使三相共用一組R、C，節省體積大、價格高的高壓電容；二是防止C上的電荷向勵磁回路釋放，避免在可控硅換相重疊瞬間兩相短路時，C突然放電產生極大的di/dt，損壞可控硅管；三是可以避免電容C和回路電感產生振蕩。
本方案的原理電路并不新鮮，一般教科書中早有介紹，但其阻容參數的選擇卻有一番研究。教科書中選擇C容量的出發點是吸收整流變空載拉閘時漏感的磁能，但實際上機端自并勵系統的勵磁整流變不可能有這種工況，所以這種容量計算在這里就無實際意義。這里要吸收的是可控硅換相時反向恢復電流在勵磁變漏感及引線電感中產生的磁能。詳細的分析計算比較繁雜，限于篇幅不擬在這里探討。
（二）放電間隙保護
所謂保護間隙，是由兩個金屬電極構成的一種簡單的防雷保護裝置。其中一個電極固定在絕緣子上，與帶電導線相接，另一個電極通過輔助間隙與接地裝置相接，兩個電極之間保持規定的間隙距離。保護間隙構造簡單，維護方便，但其自行滅弧能力較差。其間隙的結構有棒型、球型和角型三種。棒型間隙的伏秒特性較陡，不易與設備的絕緣特性配合；球型間隙雖然伏秒特性最平坦，保護性能也很好，但它與棒型間隙一樣，都存在著間隙端頭易燒傷的缺點，燒傷后間隙距離增大，不能保證動作的準確性；角型間隙放電時，電弧會沿羊角迅速向上移動而被拉長，因而容易自行滅弧，間隙不會嚴重燒傷，所以，近年來角型間隙被廣泛用于配電線路和配電設備的防雷保護。
由于保護間隙的間隙距離較?。?～25mm），易為昆蟲、鳥類或其他外物偶然碰觸而引起短路，因此常在接地引下線上串接一個小角型輔助間隙。在正常情況下，保護間隙對地是絕緣的，并且絕緣強度低于所保護線路的絕緣水平，因此，當線路遭到雷擊時，保護間隙首先因過電壓而被擊穿，將大量雷電流泄入大地，使過電壓大幅度下降，從而起到保護線路和電氣設備的作用。
防雷保護間隙的結構應滿足以下要求：（1）間隙距離應符合要求，并穩定不變。（2）間隙放電時，應能夠防止電弧跳到其他設備上。（3）能防止間隙的支持絕緣子損壞。（4）間隙正常動作時，能防止電極燒壞。（5）電極應鍍鋅或采取其他防銹蝕的措施。（6）主、輔間隙之間的距離應盡量小，最好三相共用一個輔助間隙。
（三）出線過電壓保護
1.GIS配電裝置出線過電壓保護配置
對于連接GIS管道的架空線路，其進線段保護長度應不小于2km。
圖2
如圖2所示，220kV及以下GIS配電裝置架空線路的出線連接處，應裝設出線側避雷器F1，母線上不應安裝母線避雷器。220kV及以下GIS配電裝置的電纜或混合出線的過電壓保護。220kV、110kV進線有電纜段的GIS變電所，在電纜段與架空線路的連接處應裝設金屬氧化物避雷器（FMO1），其接地端應與電纜的金屬外皮連接。對三芯電纜，末端的金屬外皮應與GIS管道金屬外殼連接接地；對單芯電纜，應經金屬氧化物電纜護層保護器（FC）接地。電纜末端至變壓器或GIS 一次回路的任何電氣部分間的最大電氣距離不超過130米或雖超過。對連接電纜段的2km架空線路應架設避雷線作為進線段保護。35kV及以下進線有電纜段的GIS變電所，在電纜段與架空線路的連接處應裝設金屬氧化物避雷器（FMO1），其接地端應與電纜的金屬外皮連接。若電纜末端至變壓器或GIS一次回路的任何電氣部分間的最大電氣距離不超過50米。進線全長為電纜的GIS變電站連接處是否需裝設金屬氧化物避雷器，應視電纜另一端有無雷電過電壓波侵入的可能，經校驗確定。220kV及以下GIS配電裝置的出線側避雷器宜安裝在GIS外部。
2.AIS配電裝置出線過電壓保護配置
對于35kV～220kV架空線路，應有進線段保護，新建35kV～220kV變電站出線應裝設出線側避雷器，出線側避雷器的安裝位置應選擇在變電站內。現有35kV～220kV變電站出線應加裝出線側避雷器，出線側避雷器的安裝位置宜選擇在變電站內（支架上、門型構架上），若無條件，可選擇安裝在出線終端塔上。
圖3
若變電站全部出線都配置了避雷器，母線上可不安裝避雷器，但應校核極端運行方式（如一線一變）下的保護距離，不滿足要求時，應安裝母線避雷器。 220kV及以下架空線路與電纜混合線路，在電纜與架空線的連接處應裝設避雷器F1，其接地端應與電纜金屬外皮連接。對單芯電纜（如圖3a所示），金屬外皮應經電纜護層保護器Fc接地，對三芯電纜（如圖3b所示），兩端的金屬外皮應直接接地。若電纜長度超過50m時，應在變電站側的電纜終端裝設避雷器F2（長電纜經校核雷沖擊波衰減滿足絕緣配置要求的，可不裝設F2）。
參考文獻：
壓電陶瓷范文5
鋁電解電容的設計缺陷
AC-DC電源轉換器，要實現交流到直流的變換，首先需要將交流電壓經過整流濾波后形成一個穩定、平滑的直流電壓給自身及外部器件供電。而電解電容由于具有單位體積內電容量大、額定容量大（可實現法拉級）、價格低廉等優點，常成為常規開關電源中整流濾波的關鍵器件。電解電容是由鋁圓筒做負極，里面裝有液體電解質，插入一片彎曲的鋁帶做正極制成，電解液在高溫和低溫等極端條件下，非常容易漏液和干涸，從而使其電氣屬性發生變化，最終導致電容失效。一旦鋁電解電容失效，因其劇烈反應形成壓力，就會釋放出易燃、腐蝕性氣體，導致AC DC模塊電源失效。
根據鋁電解電容的物理結構，可以用圖1中所示的電路等效，其中CAK代表兩電極問的理想電容量；Rp是并聯電阻，代表了電容的漏電流成分；Rl代表了電容引出端及電極部分的串聯電阻成分；L代表了引出線和連接處的等效串聯電感成分。
鋁電解電容的性能主要依賴其中介質部分，即陽極金屬氧化膜部分。除受初始工藝的影響外，在工作過程中，電解液也會不斷修補并增厚該氧化膜，隨著陽極金屬氧化膜的不斷增厚，鋁電解電容等效電路模型中的電容值C會不斷下降，等效串聯電NESR會不斷增大，同時陰極反應產生的氫氣又加速了電解液的揮發，這些便是引起鋁電解電容退化的主要因素。
因而，雖然電解電容有著其他類型的電容無法替代的優勢，但還是具有內部損耗大、靜電容量誤差大、漏電流大、高低溫特性差等缺陷。故采用電解電容設計的常規AC DC電源模塊在高低溫特性、可靠性、使用壽命等方面具有明顯的劣勢。
那么，如果AC-DC電源設計中不使用電解電容，電源產品將會怎樣呢？無電解電容的AC-DC電源模塊是否可避免上述致命缺陷？
無電解電容產品的優勢
與電解電容相比，陶瓷電容具有極低的ESR和ESL，能降低因寄生參數而引起的損壞風險；同時，因陶瓷電容的電解質在高低溫等極限條件下不易揮發、凝固，容量相對穩定，能長時間保持電容的電氣特性，從而極大地提高了電源產品的高低溫性能和長期使用的可靠性。
1 高效、環保
LN系列采用填谷電路進行設計，利用高壓陶瓷電容完美替代鋁電解電容，增加了整流管的導通角，使輸入電流波形從尖峰脈沖變得更接近正弦波，從而大幅度提高電源的功率因素（如表1所示），提高電源的轉換效率，更加利于環保節能，顯著降低總諧波失真（見圖1）。
以下所有表中舊方案為采用電解電容的產品，新方案為采用填谷電路無電解電容的新產品。
2 產品壽命的提升
電源本身是一個功率器件，在正常工作時功率損耗通過熱的形式散發到外部，其內部的變壓器、開關器件、整流二極管等都是發熱器件。除內部因素外，大部分電源需應用在較高的環境溫度中，這些都會導致電解液的揮發，降低電解電容的使用壽命。
陶瓷電容采用特性最穩定的陶瓷材料作為介質，特別是一類陶瓷電容（NOP）能實現55～+125℃的工作環境溫度，容量變化不超過±30×10-6/℃。電容溫度變化時，容值很穩定，即具有溫度補償功能，適用于要求容值在溫度變化范圍內穩定和高Q值的線路以及各種諧振線路中；二/三類陶瓷（X7R）實現55～+125℃的工作溫度范圍內，容量最大的變化為±15%。
從高壓陶瓷電容的介質與鋁電解電容的電解液介質本身的特性可以看出，陶瓷電容能夠承受更嚴格的環境要求，對電源產品的壽命、可靠性的設計都有著重要的意義，能夠很大程度地提高電源產品的使用壽命以及可靠性。
無電解電容AC-DC電源模塊LN系列通過采用填谷電路，利用高壓陶瓷電容成功替代鋁電解電容，能夠有效避免電解電容因內部電解液導致的高低溫性能差問題；避免因電解液的揮發導致電容容值下降、電源產品壽命降低問題；甚至可以避免因電解液的劇烈噴發或者漏液引起的安全問題。
3 穩定的高低溫特性
目前，大多數常規電解電容的額定工作溫度為105℃，但因電解電容在高溫條件下電解液易揮發，電源本身發熱較大等原因，常規采用電解電容的AC-DC電源只能工作在70℃的環境條件下。要提高電源的工作環境溫度，必須采用價格更昂貴、體積更大的電解電容，或者以降額的方式實現高低溫條件下的應用，圖3為金升陽常規AC-DC電源產品在高低溫環境下的降額要求。
LN系列能在成本、體積變化不大的情況下實現高溫工作，能滿足-40～+70℃條件下無任何降額要求，可應用在環境溫度較高/較低，且對電源產品的可靠性、使用壽命較高的場合，如路燈控制、LED等行業。
4 高EMC特性
金升陽無電解電容LN系列產品，充分考慮到不同應用場合、不同的設計要求，對產品的EMC性能進行了全面的升級優化。在模塊內部通過PCB設計、采用多級EMC濾波等方式實現在無任何防護器件的情況下EMI滿足CLSS B，防浪涌能力達4級。
壓電陶瓷范文6
關鍵詞 在用；壓力容器；磁粉檢測；工藝
中圖分類號 TH49 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2013）104-0101-02
通常情況下，在用壓力容器所產生的問題多為表面上的缺陷，而磁粉檢測就是對這種表面缺陷進行檢測的一種重要方式之一。主要因為磁粉檢測具有低成本、高靈敏度、高速度等優點，也正是因此這種檢測方式才被廣泛的應用在了壓力容器的常規檢測中，但與此同時，這種檢測方法對檢測環境、工件的結構特征等都有較高的要求，如果檢測工藝掌握不良，其檢測效果也會受到很大影響，為此，為了提高磁粉檢測工藝的實際效果，我們要對其工藝要點進行分析。
1 做好檢測前的準備工作
檢測前期的準備工作主要包括兩個個大的環節，即磁粉材料的準備工作、檢測設備的準備工作，以上兩個環節是保證磁粉檢測效果充分發揮的重要內容。
1.1 磁粉材料準備工作
通常情況下磁粉分為兩種類型，一種是干粉；另一種是濕粉。無論是哪種類型的磁粉，其都能夠進行磁粉檢測，但選用不同類型的磁粉所檢測的效果是不同的，通過以往實踐證明，濕粉檢測效果要遠遠精確于干粉檢測效果，更重要的是濕粉在容器內進行檢驗時不會隨著空氣流動而產生漂浮，也就不會對檢測工作人員的身體健康造成影響，這就是干粉檢測最大的弊端。
在用壓力容器檢測時最宜選用濕磁粉，對于一二類容器而言，如果壓力容器存在對接的焊縫，則需要選用非熒光磁粉，并與一定的水融合，形成磁懸液；而如果壓力容器中存在的是搭接或者是接管角的焊縫，則需要選用非熒光磁粉，同樣于一定的水融合成磁懸液。對于三類壓力容器或者是具有特殊性質（易燃易爆、有毒），則需要提高磁粉選用標準，最好使用由磁懸或者磁懸液。
1.2檢測設備準備工作
由于在用壓力容器的磁粉檢測工作對現場環境的要求較高，所以其檢測設備也要符合對環境的要求，盡量選用輕便、靈活、靈敏的檢測設備。探傷儀可以選擇照明效果比較好，具有照明燈的DCE-E型號的探傷儀，其能夠保證檢測人員具有寬闊的視野確認壓力容器上的傷痕。電源的選擇，電源可以選擇常用的交流電，因為其能夠持續不斷的輸電，保證電量的充足；交流電的脈沖會輔助磁粉流動；具有旋轉磁場，能夠實現全面檢測，適當提高工作效率。
2 檢測過程中的注意事項
在檢測過程中也要做好以下幾項工作，第一要準備好檢測工件；第二要準備好磁化工件；第三要注意施工加粉的步驟和細節。
2.1準備好被檢測工件
被檢測工件的準備情況直接關系到了磁粉檢測效果，如果想要獲得最真實的容器傷痕情況就要保證被檢測工件的清潔，例如要在檢測開始之前除去被檢測工件上的油漬、氧化物、鐵銹等等，因為他們會影響到檢測效果。但是要注意在清潔被檢測工件過程中的安全問題，盡量不要采取用砂輪打磨的方式來處理，因為對于那些易燃易爆的壓力容器來說，這種處理方式會導致容器壁的厚度變薄，進而會產生一定的安全隱患，而如果容器內存在焊縫過于突出、咬邊或者過于凹陷的位置，要對其進行處理以減少磁場的不良影響。
2.2準備磁化工件
在使用磁粉檢測過程中，為了提高檢測效果的精確性，我們要盡量減小被檢測工件面同磁極端面之間的空隙。通過以往經驗及相關計算顯示，磁場強度與被檢測工件面同磁極端面之間空隙是成反比的，如果空隙越小，磁場的強度就會越大，這樣檢測的效果相對應的也會越好，相反，如果空隙過大，導致磁場強度不達標，這樣就會導致漏檢現象的出現，所以，要保證磁粉檢測效果我們就要把空隙控制在1.5毫米以內。尤其是在對圓筒在用壓力容器進行檢測時，如果遇到“碟型封頭拼接與環縫的丁字接頭處”，為了控制被檢測工件與磁極之間的縫隙過大，我們要采用分段檢測的方式進行。
磁軛運行速度也會對磁粉檢測的靈敏性產生很大的影響，而磁軛的運行速度也受到了檢測方法、被檢測工件表面情況、磁懸液性等的影響，所以最好的方式為貼標準測試片，這樣就避免了磁軛運行速度過快所導致的漏檢現象的出現。
2.3 正確施加磁粉
磁粉檢測是一個持續的操作過程，所以磁粉的施加也需要在整個操作過程中持續進行，具體要求如下：
1）與磁化同步施加磁粉。如果在磁化開始之前進行磁懸液的施加，會導致磁懸液較早的瀝干，這樣就不易形成缺陷磁痕；而如果在磁化結束之后施加磁懸液，在磁化過程中已經形成的缺陷磁痕就會受到磁懸液的破壞，以上兩種結果都會導致漏檢現象的出現，所以說磁粉的施加一定要確保與磁化同步進行；
2）確保磁懸液的濕潤度。之前論述，對壓力容器進行磁粉檢測最好要選擇濕磁粉，也就是磁懸液，主要是因為磁懸液能夠對壓力容器內部的缺陷形進行濕潤從而形成磁痕，而如果在檢測過程中，磁懸液的濕潤度不足，就不能形成完整的磁痕，這時就需要馬上停止檢測工作，要重新對被檢測工件進行處理，以保證檢測質量；
3）控制磁懸液噴灑方向及濃度。不同接縫容器的檢測方向是不同的，例如具有環縫的臥式容器就需要自上而下進行檢測，所以磁懸液的噴灑方向也需要根據這一特點進行控制，為了確保磁懸液能夠流淌到整個檢測區域，要控制磁懸液噴灑在整個磁化域的正前方，方向也要順著磁軛的運行方向進行。噴灑濃度的控制就是要保證不要太稀或者太干，以保證磁粉檢測的靈敏性。
3 記錄與評定
在進行磁粉檢測過程中要對檢測過程以及結果進行詳細的記錄，尤其是那些無法準確確定的磁痕要馬上重新檢測，對于已經確認的要采用三種方式進行記錄，即標記、影像記錄、草圖記錄。
磁粉檢測主要是對在用壓力容器的裂痕進行檢測，而非裂痕的磁痕就要重新評定，主要有以下幾個步驟，觀察、判定無關磁痕、判定裂痕磁痕。
4 結論
由于磁粉檢測靈敏度、準確度的影響因素比較多，在檢測過程中要對細節要點工作進行重點控制，本文主要從三個大的方向對在用壓力容器的磁粉檢測工藝要點進行了探討，在探討過程中重點討論了檢測過程中的注意事項這一部分，本文主要從三個方向對這一部分進行了論述，還望對實際的磁粉檢測工作有所幫助。
參考文獻
[1]徐國良.淺談在用壓力容器磁粉檢測技術[J].機電信息，2010（12）.
