1、精選優質文檔-傾情為你奉上PZT壓電陶瓷蜂鳴片工藝規劃設計專心-專注-專業PZT壓電蜂鳴片生產工藝說明書指導教師：_ _ _學 院：_ _班 級：_ _學 號：_ _姓 名：_ _ 二零一四 年 一 月 目 錄前 言一、壓電陶瓷蜂鳴片簡介3二、壓電蜂鳴片選型及特點3三、壓電蜂鳴器的應用4第一章 設計任務1本課程設計意義52設計任務和要求53設計內容6第二章 設計數據及計算1原始數據62數據計算73 純度和雜質問題8第三章 PZT壓電蜂鳴片的生產工藝流程圖91配料92混合103預燒104粉碎115成型116排膠127燒結138清洗及被銀139極化1410測試1511焊接16第四章 設備選型1 選

2、型原則162 主要設備選型17結語20參考文獻20前 言一、壓電陶瓷蜂鳴片簡介壓電蜂鳴器是一種以壓電陶瓷作為電聲換能器的發聲體，這種器件的核心是以壓電陶瓷薄片粘貼在金屬片上的換能換件，即壓電蜂鳴片。壓電蜂鳴器無射頻噪聲、低功耗等特點使其備受重視，發展非常迅速。 壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器，壓電蜂鳴片，阻抗匹配器及共鳴箱，外殼等組成。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構成,當接通電源后(15V直流工作電壓)，多諧振蕩器起振，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發聲。 二、壓電蜂鳴片選型及特點驅動方式：若無法提供頻率信號給蜂鳴器工作，可考慮用內含驅動線路，給予直流電壓即可。另有直音，快斷音，慢斷音不同的聲響信號；

3、（其方法有兩種：自激振蕩是利用在諧振點的振蕩而產生聲波的方式；他激振蕩是在遠離諧振點的頻率下產生聲波的方式）尺寸大小：尺寸會影響頻率，小尺寸頻率會較高；電壓大小：以V O-P計算，以方波驅動，電壓越高，音量越高pin pitch：壓電式蜂鳴器的規格眾多，往往不易找到一模一樣的規格，可先挑pitch一樣，頻率接近的試用。壓電蜂鳴器和其他蜂鳴器比較具有如下優點：（1）因無可動觸點部分，因此壽命長、可靠性高，連續使用可達10000小時以上，是半永久性的器件；（2）不產生飛弧或者射頻噪聲，對其他線路無干擾；（3）不會因松動而引起大的振動；（4）用電子線路控制，所以能發出多種悅耳的聲音及模擬聲、斷續聲。

4、音色純正，不易被噪聲所覆蓋；（5）用電壓激勵，所以消耗電流小，一般在20mA以下，不會超過100mA；（6）小型大音量，音量可達到70分貝/20cm，而元件厚度僅為1mm以下；（7）工作溫度范圍寬；（8）便于安裝，而且無電磁線圈和動圈，不必擔心絕緣惡化，并無漏電的可能。三、壓電蜂鳴器的應用壓電蜂鳴器實際上有三種商品形式，即壓電蜂鳴器復合體，壓電蜂鳴器發聲體和壓電蜂鳴器，以適應市場上的不同需要。不管何種形式，其用途都離不開報警、判斷和通知三種。報警用的壓電蜂鳴器用于火災、煙濃度、漏氣、防盜及汽車用的報警，通知用的壓電蜂鳴器在探魚機、儀器、醫療設備、自動售貨機、洗衣機、電爐等作為通知使用，比光指示

5、更為有利，另外，具有模擬聲、復合聲的壓電蜂鳴器還可用于玩具，電視游戲等方面。第一章 設計任務1本課程設計意義1了解陶瓷各種工藝實驗在生產中的作用與實際意義；2掌握陶瓷主要工藝流程的原理、方法與一定的操作技能；3通過陶瓷工藝設計實習了解陶瓷產品的設計程序與工藝過程；4培養學生綜合設計工藝生產流程的能力；5. 掌握坯料配方設計和研究方法，提高分析問題和解決問題的能力；6. 為畢業論文實驗、進一步深造獲從事專業技術工作奠定良好的基礎。關于陶瓷工藝課程設計的研究意義：陶瓷工藝設計是一項實踐性極強的教學活動，研究設計性的綜合程序給學生較大的自由度，學生可以充分發揮自己的聰明才智和創新能力，自己設計新的工

6、藝流程。通過陶瓷工藝設計使學生掌握從原料的選擇、配方的確定與計算、粉體的制備、成型、干燥、燒成等一系列陶瓷工藝過程，同時還要掌握陶瓷產品的性能測試和產品的評價。通過本實習課的學習，使學生更好的理解陶瓷工藝學課程理論，掌握進行陶瓷工藝和性能科學研究的基本原理和方法，培養了學生的創新意識、創新能力，為學生進行畢業論文學習乃至畢業后盡快適應實際工作打下良好的基礎。2設計任務和要求主要任務是設計一個能適用于生產的，PZT壓電陶瓷蜂鳴片的合成工藝及車間工藝流程。要求：（1）掌握在成分設計、原料處理、工藝流程選擇、工藝參數確定、設備選型和制備效果評價等方面相關的計算方法。（2）掌握數據處理的原則和方法，鍛

7、煉綜合分析及撰寫設計說明書的能力。（3）設計說明書字數不少于六千字，用專用稿紙書寫，封面單獨一頁。（4）各人獨立完成，不得互相抄襲，如有抄襲或大部分雷同者，一律按不及格處理。3設計內容（1）按所定材料化學組成和產品任務進行設計；（2）陶瓷工藝設計的目的和意義；（3）原料的選擇、計算及加工處理；（4）工藝原理運用、工藝流程選擇與工藝方法確定；（5）工藝參數確定；（6）主要設備的選型；（7）對給定材料的制備工藝的設計進行必要的分析與討論。第二章 設計數據及計算1原始數據PZT壓電陶瓷蜂鳴器片（10mm×厚2mm，年產500萬片，以300工作日計算）壓電陶瓷分子式為：()O3+%Cr2O3

8、+% Fe2O3 原 料純 度鉛丹Pb3O4 98%碳酸鍶SrCO3 97%二氧化鋯ZrO2 99.5%二氧化鈦TiO2 99%三氧化二鐵Fe2O3 98.9%三氧化二鉻Cr2O3 99%2數據計算配料是制備壓電陶瓷的基礎，原料的選擇和處理是一個重要步驟，關系到整個制備過程和最后樣品的性能，選用原料時應注意純度、細度和活性。純度以不引入有害雜質為原則，堿土金屬氧化物更易吸潮，且預燒時碳酸鹽分解生成的氧化物活性大，因此，一般選用堿金屬碳酸鹽作原料。根據配方或分子式選擇所用原料，計算稱量。 ()O3的分子量：1mol坯料的重量為：氧化物摩爾數氧化物相對分子量氧化物重量1mol坯料的重量Pb3O4S

9、rCO3ZrO2TiO20.95/30.050.520.48685.60147.63123.2279.87217.117.3864.0738.34326.90 各主要原料所需的質量百分數： Pb3O4：÷=%SrCO3：÷=%ZrO2：÷=%TiO2：÷=% 按原料純度計算原料用量：以100g坯料為基準，每天坯料用量（按300天每年）：×÷300=25000gPb3O4 SrCO3 ZrO2 TiO2 Cr2O3 Fe2O3純原料需要量 66.41 2.26 19.60 11.73 0.5 0.3原料純度% 98 97 99.5 99

10、 99 98.9實際原料用量 67.76 2.33 19.70 11.85 0.51 0.303每天100g的坯料實際配料量，g 67.76 2.33 19.70 11.85 0.505 0.303 最后各原料所需要的量：Pb3O4：×250×（%）=SrCO3：×250×（%）=ZrO2：×250×（%）=TiO2：×250×（%）=Cr2O3：×250=Fe2O3：×250=工藝流程圖1 配料配料是制備壓電陶瓷的基礎，原料的選擇和處理是一個重要步驟，關系到整個制備過程和最后樣品的性能，選用原

11、料時應注意純度、細度和活性。純度以不引入有害雜質為原則，堿土金屬氧化物更易吸潮，且預燒時碳酸鹽分解生成的氧化物活性大。進行料前處理，除雜去潮，然后按配方比例稱量各種原材料，注意少量的添加劑要放在大料的中間。2 混合配料后需將原料混合均勻，混合的目的是將各種原料混勻磨細，為預燒進行完全的固相反應準備條件。一般采取干磨或濕磨的方法。小批量可采取干磨，大批量可采取球磨或氣流粉碎的方法，效率較高。此次制作PZT壓電陶瓷原料的混合是采用球磨機進行球磨混合。3 預燒此道工序很重要，會直接影響燒結條件及最終產品的性能。 預燒過程是使原料間發生化學反應以生成所需產物的過程，由于反應是在低于熔點的溫度下通過原子

12、擴散完成的，又稱之為固相反應。固相法利用固態物質間所發生的各種固態反應來制取粉末。在制備陶瓷粉體原料中常用的固態反應包括化合反應、熱分解反應和氧化物還原反應，但這幾種反應在實際工藝過程中經常同時發生。使用固態法制備的粉末有時不能直接作為原料使用，需進一步加以粉碎。固相法在應用于鋯鈦酸鉛(PZT)粉體制備時，也稱為混合氧化物合成方法，即人們通常所說的傳統固相燒結法，在PZT陶瓷工業化生產中，此方法是已經使用的合成方法中最基本的方法。PZT是由氧化物之間的固體反應獲得，在氧化物反應過程中，首先組成氧化物之間相互反應生成PbTiO3和ZrO2的固溶體，然后均勻轉化為PZT相。在燒結時，若選擇的預燒溫

13、度太低，則化學反應不充分；若溫度太高，則預燒后的大圓片硬度很大，難于粉碎。采用一般陶瓷工藝，粉料需經850預燒2小時。在預燒過程中，部分氧化鉛會揮發。因此，為了保證產品質量，需要在預燒時用氧化鋁坩堝進行密封處理。反應過程：反應A：350680反應B：625800 反應C：800以上 加熱條件升溫速率：視爐內裝料多少而定。最高溫度：850左右保溫時間：650左右保溫1-2小時，以生成PT。 850左右保溫2小時，以生成PZT。降溫速率：關電隨爐冷卻，至200以下出爐。爐內氣氛：以中性或氧化氣氛為好；還原氣氛會導致料粉還原發黑，必須嚴加控制。硅碳棒爐好于電阻絲爐。4 粉碎粉碎也可以成為二次磨細，目

14、的是將預燒過的壓電陶瓷粉末再細振混勻磨細，為成瓷均勻性能一致打好基礎。壓電陶瓷片的制作是將預燒后的粉料放入研缽中研磨，再放入球磨罐中在球磨機上球磨12小時，以便成型和燒結成樣品。瓷料粒徑分布差，成型后的膜帶致密度差，將影響到燒成后的瓷片致密度，從而使陶瓷片的電性能變壞。此外，原材料或瓷料的顆粒度愈大，合成或燒結速率愈慢，導致合成或燒結溫度愈高，所得的瓷片致密度愈差，使壓電陶瓷片機電性能惡化，從而影響壓電陶瓷蜂鳴片的性能。對此，可以相應地應改善球磨條件，采用效率高的攪拌球磨機。5 成型：（1） 粘劑配比： 聚乙烯醇 % 蒸餾水 % 甘油 %（2） 配制方法：聚乙烯醇+蒸餾水拌和隔水燒至6070（

15、隔層內水沸騰）間歇攪拌至完全融開加甘油攪拌至完全融洽，即刻拿出紗布過濾（1）成原料（2）按，原料：粘劑=100：18 加入粘劑 (3)將調好的料放在軋膜機上進行粗軋至不粘糊軋膜棍上（4)將粗軋好的料進行細軋。經常進行90。旋轉，使瓷料軋至均勻且無氣泡時，由厚到薄，軋成片狀。（5)精軋時，將條伏軋至沖片時所需的厚度。（6)注意軋輥表面清潔。將軋膜好的片條，按照產品要求的大小直徑以及厚度進行沖片成型，然后送至燒結、排粘、成瓷。6 排膠工藝操作如下：燒料堅硬、發白或變灰，是由于合成溫度過高，保溫時間過長，PbO揮發較多導致料方組成的改變，以致使得PbO總量減少，游離ZrO2、TiO2含量較多，影響性

16、能。此時應適當降低合成溫度和減少保溫時間；及時查找爐溫過高的具體原因，并酌情處理；同時對配方作相應的調整。燒料塊疏松，發紅又無膨脹崩裂現象，是由于合成溫度太低，保溫時間過短。此時，應適當提高合成溫度或延長保溫時間，就能解決這個問題。排膠的目的是將成型工藝中加入的粘合劑從樣品中排出。粘合劑的作用只是為了順利成型，它在高溫灼燒時可能生成是一種還原性強的物質，影響材料性能，所以成型以后需要升溫將其排出。排膠程序主要由所用的粘合劑來決定，在此選用的PVA粘合劑合適的排膠溫度為950。因蜂鳴片大而薄，所以排膠速度應慢，約每小時升高50，需19小時排完。為避免瓷片變形，上面可用氧化鋁板壓著排膠。7 燒結燒

17、結是將排塑后的素坯在適合的溫度下使反應更加充分、晶粒長大的過程，燒結過程的機制是原子的擴散運動。燒結的推動力是顆粒或者晶粒的表面能，燒結過程主要是表面能降低的過程。燒結工序中為了防止樣品中某些元素的揮發，一般通過添加氣氛料和密封柑禍的方法保持燒結過程中的氣氛。在生產中，采用氣氛料密封燒結，選擇的最佳燒結溫度是以壓電性為最好時的燒結溫度，最佳燒結溫度為1250，保溫4個小時。通過燒結可以得到成瓷性好、致密度較高的壓電陶瓷片。在燒成帶，燒嘴上方設有用耐熱不銹鋼絲編制而成的隔焰網，以利于均衡整個燒成帶內的溫度，另外該隔焰網在彩烤時，可使火焰與產品隔離，主要以隔焰網的輻射來傳熱，以提高彩烤產品的質量。

18、溫度控制如下：8 清洗及被銀（1）用超聲、酒精進行清洗（2）用砂紙、肥皂進行清洗（1）工藝流程如：使用配置好的銀漿進行被銀，采用燒滲銀的方式被覆樣品電極。蜂鳴片采用手工絲網印刷工藝被銀。被銀時銀漿不宜太稀，印銀時網上可適當放些銀漿。（2）燒滲燒銀是將陶瓷片在750下保溫20-30分鐘，且選擇的中溫銀漿燒滲溫度應低于陶瓷的預燒溫度，這樣有利于減小燒銀時對材料晶粒尺寸的影響。有時制品還原發黑，這是由于還原所致，在燒銀時應防止燒銀溫度過高，500以前應略開爐門，防止聚積大量還原氣氛。燒銀結束后應采用適當快速降溫。9 極化極化是使樣品中的自發極化定向排列的過程。由于組成陶瓷的各個晶粒本身是各向異性的，

19、其中的自發極化只能沿少數幾個可能的晶向，未經極化處理是各向同性的，不具備壓電性能。極化就是在壓電陶瓷上加一個強直流電場，使陶瓷中的電疇沿電場方向取向排列。要使壓電陶瓷得到充分的極化，充分發揮其壓電性能，就必須選擇合適的極化電場、溫度和時間。一般來說，較高的極化電場、較高的極化溫度和較長的極化時間有利于陶瓷的充分極化。計劃流程如：極化溫度：120極化電場：直流電場， /mm極化時間：15分鐘在極化過程中會出現制品普遍加不上電壓，制品的絕緣強度低，這是由于燒結“過火”，結晶粗糙、缺鉛嚴重，原料中含導電雜質較多，或游離PbO含量過高的緣故。應從相應的方面采取措施，提高絕緣電阻，降低介質損耗。還有制品

20、增鉛或失鉛嚴重，以及制品內部或表面夾雜有導電雜質，都可能導致制品擊穿。同時，極化溫度過高也會產生擊穿。在烘箱中空氣極化時，有些產品極化充分，有些不充分，這是由于溫度不均勻，因此，在升溫、降溫、保溫時均需開啟烘箱鼓風開關，以保證烘箱內溫度均勻。如烘箱自由升溫快，應適當延長保溫時間，確保瓷片受壓時間不少于規定的時間。有些產品產生開裂，這是由于降溫太快所致，因此，降溫時不允許過早打開烘箱。10 測試用多功能電表測試，當陶瓷性能穩定后檢測各項指標，看是否達到了預期的性能要求。測量方法分為：靜態法和動態法。圖1 壓電陶瓷片的等效電路這里選用的是靜態法法測量。靜態法是壓電材料不發生交變的情況下進行測量的一

21、種方法。將K先合上使壓電片短路，加壓力后再打開開關K，使電荷全部施放到電容C上。原則上講電容C 越大越好。靜態法主要用于測試壓電陶瓷材料的壓電常數。測量時要施加一定大小和方向的力。根據壓電效應，被測試體由于變形會產生一定的電荷。設施加的力為F，沿垂直方向。兩電極上產生的電荷為：Q= d33×F，式中，d33壓電常數(庫/牛)；Q 為電荷量；F為力。圖1是被測壓電片的內部等效電路。它由電感、電容和電阻串并聯而成，其中電阻與壓電陶瓷材料的機械損耗有關系。圖中，L1為等效電感；R1為等效電阻；C1為動態電容； C0為靜態電容。11 焊接操作步驟：（1） 檢查蜂鳴片：選取外觀良好,基片以及鍍

22、銀涂層都沒有氧化的蜂鳴片備用。（2） 蜂鳴片加錫：1）對蜂鳴片銅基片加錫：，。如果焊點過大會導致基片與鍍銀涂層短路；因基片散熱快，否側會導致假焊；2）對鍍銀涂層加錫：直徑小于2mm；高度低于1mm；焊點靠近鍍銀涂層的邊緣，不能在涂層中心加錫點，否則會導致蜂鳴片聲音失真和聲音小；因鍍銀涂層上錫性能特別好，烙鐵溫度低于300，否則會損壞鍍銀涂層。（3）焊蜂鳴片連接線：紅線焊銅基片焊點；黑線焊鍍銀涂層焊點。（4）自檢焊點圓潤飽滿、無假焊 虛焊、焊點無拉尖，鍍銀涂層沒有被損壞。（5）烙鐵溫度 280±20。第四章 設備選型1 選型原則（1）根據配方、生產性質、產量大小和工藝流程，選擇設備的型

23、號，然后確定設備的規格尺寸。（2）對各工序的加工量和設備的生產能力進行計算，確定所需設備的臺數。（3）先選主機設備，然后選輔助設備，輔助設備結合工藝布置來選擇。2主要設備選型 選用圓錐球磨機，產品概況：球磨機是物料被破碎之后，再進行粉碎的關鍵設備。球磨機廣泛應用于水泥，硅酸鹽制品，新型建筑材料、耐火材料、化肥、黑色與有色金屬選礦以及玻璃陶瓷等生產行業，對各種礦石和其它可磨性物料進行干式或濕式粉磨。應用范圍：圓錐球磨機是物料被破碎之后，再進行粉碎的關鍵設備。球磨機廣泛應用于水泥，硅酸鹽制品，新型建筑材料、耐火材料、化肥、黑色與有色金屬選礦以及玻璃陶瓷等生產行業，對各種礦石和其它可磨性物料進行干式

24、或濕式粉磨。（1）工作原理本機為臥式筒形旋轉裝置，外沿齒輪傳動，兩倉，格子型球磨機。物料由進料裝置經入料中空軸螺旋均勻地進入磨機第一倉，該倉內有階梯襯板或波紋襯板，內裝不同規格鋼球，筒體轉動產生離心力將鋼球帶到一定高度后落下，對物料產生重擊和研磨作用。物料在第一倉達到粗磨后，經單層隔倉板進入第二倉，該倉內鑲有平襯板，內有鋼球，將物料進一步研磨。粉狀物通過卸料箅板排出。（2）球磨機產品規格及技術參數：1）軸承破碎機的軸承擔負機器的全部負荷，所以良好的潤滑對軸承壽命有很大的關系，它直接影響到機器的使用壽命和運轉率，因而要求注入的潤滑油必須清潔，密封必須良好，本機器的主要注油處：轉動軸承、軋輥軸承、

25、所有齒輪、活動軸承、滑動平面。2）新安裝的輪箍容易發生松動必須經常進行檢查；3）注意機器各部位的工作是否正常；4）注意檢查易磨損件的磨損程度，隨時注意更換被磨損的零件；5）放活動裝置的底架平面，應出去灰塵等物以免機器遇到不能破碎的物料時活動軸承不能在底架上移動，以致發生嚴重事故；6）軸承油溫升高，應立即停車檢查原因加以消除；7）轉動齒輪在運轉時若有沖擊聲應立即停車檢查，并消除。（3）安裝試車1）該設備應安裝在水平的混凝土基礎上，用地腳螺栓固定。2）安裝時應注意主機體與水平的垂直。3）安裝后檢查各部位螺栓有無松動及主機倉門是否緊固，如有請進行緊固。4）按設備的動力配置電源線和控制開關。5）檢查完

26、畢，進行空負荷試車，試車正常即可進行生產。 扎磨機選型軋膜機主要是由兩個相向滾動的軋輥組成，當軋輥轉動時，放在軋輥之間的瓷料不斷受到擠壓，使資料中的每個粒子都能均勻地復蓋一薄層有機粘結劑。在軋輥繼續擠壓下，泥料中的氣泡不斷被排除，最后軋出所需厚度的薄片或薄膜，再由沖片機沖出所需尺寸的坯件。軋膜成型有以下特點：（1）成型過程兼有練泥作用。（2）陶瓷膜片在軋輥轉動時，山于兩軋輥間隙縮小而受壓力，是兩面受壓軋出的膜片，厚度方向致密均勻。對較厚膜片，由于軋膜時間短，其中間的部分致密度較差，燒成收縮率也較大。（3）可通過調節軋輥間距離而獲得予期厚度的膜片。（4）膜片在寬度方向沒有受壓力，由厚減薄向兩端延展，坯料脆性較大，所以往往邊緣有開裂。軋膜時，特別是在粗軋時，每軋一次，均應將膜片對折并調換軋膜方向(使與前次方向成90)，以減少坯料顆粒的趨向性，并在最后精軋前，逐次改薄膜片厚度，并最后精軋至所需厚度。但軋膜片的燒后收縮難免還有方向性，即膜片的長度方向(伸展方向)和寬度方向(垂直車以莫方向)收縮不一致。一般來說沿軋膜方向(伸展方向)較為致密，而垂直軋膜方向致密度較差，前者收縮小，后者收縮大，故裁片和沖片均需注意軋膜的方向性。 窯爐選型窯爐的具體價格和窯爐內的空間大小有關，越大價格越高，一下標的是最小尺寸的窯爐，電壓可以采用220伏或380伏。此處，我們選用