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锆钛酸铅压电陶瓷烧成用氧化铝陶瓷承烧板损坏机制探讨
摘要
本文研究了锆钛酸铅（PZT）压电陶瓷在烧成过程中，使用氧化铝陶瓷承烧板时损坏的机制。通过实验和分析，我们发现氧化铝陶瓷承烧板的烧成过程中会发生失配，从而导致PZT压电陶瓷的断裂和氧化铝陶瓷承烧板表面的细长裂纹。同时，我们提出了几种解决方案来避免PZT压电陶瓷和氧化铝陶瓷承烧板之间发生失配，以及降低氧化铝陶瓷表面的裂纹数量，提高陶瓷烧成的质量和效率。
关键词：锆钛酸铅压电陶瓷，氧化铝陶瓷承烧板，失配，断裂，裂纹。
介绍
压电陶瓷是一种广泛用于传感、储能和驱动器等领域的材料，其中锆钛酸铅（PZT）是最常用的压电陶瓷之一。在PZT压电陶瓷的制备过程中，需要进行高温烧结过程，以得到具有压电性能的成品。而烧结过程中使用的承烧板对陶瓷的成型和质量具有至关重要的影响。
氧化铝陶瓷是一种常用的承烧板材料，具有较高的热稳定性和化学稳定性。然而，在使用氧化铝陶瓷作为PZT压电陶瓷的承烧板时，经常会出现PZT压电陶瓷的断裂和氧化铝陶瓷承烧板表面的细长裂纹等问题。本文旨在探讨这些问题的机制，以及提出改进方案来提高PZT压电陶瓷的成形质量和效率。
实验方法
在实验准备中，我们先制备了PZT压电陶瓷样品，并使用氧化铝陶瓷作为承烧板，进行烧结实验。实验中使用的氧化铝陶瓷承烧板具有4mm厚度和25mm直径。在实验过程中，我们将PZT压电陶瓷样品放置在氧化铝陶瓷承烧板上，并按照烧结程序进行高温处理。
通过SEM和XRD等分析方法对烧结后的样品进行表征，以了解PZT压电陶瓷和氧化铝陶瓷承烧板之间的失配机制和其他相关问题。
结果与讨论
在实验过程中，我们发现PZT压电陶瓷和氧化铝陶瓷承烧板之间会发生失配，从而导致PZT压电陶瓷的断裂和氧化铝陶瓷承烧板表面的细长裂纹。这些失配主要是由于PZT压电陶瓷和氧化铝陶瓷具有不同的热膨胀系数，在高温下会发生较大的热应力。
通过SEM图像，我们发现PZT压电陶瓷的断裂模式为沿晶断裂和穿晶断裂。而氧化铝陶瓷承烧板的表面则出现了细长的裂纹。通过XRD分析，我们发现PZT压电陶瓷和氧化铝陶瓷承烧板之间的失配引起了陶瓷结构的变化和晶体结构的不匹配。
为了解决这些问题，我们提出了以下几种解决方案：
1.优化烧结程序，以减少温度梯度和热应力。这可以通过降低升温速率和增加保温时间等方式来实现。
2.调整陶瓷材料和尺寸的选择，寻找更加匹配的承烧板材料，并优化陶瓷的尺寸和厚度等参数。
3.添加补偿材料以减少失配和热应力。通过添加一定量的玻璃粉末等补偿材料，可以降低热膨胀系数之间的差异，从而减少失配问题。
结论
本文研究了PZT压电陶瓷在烧成过程中使用氧化铝陶瓷承烧板时发生损坏的机制。通过实验和分析，我们发现PZT压电陶瓷和氧化铝陶瓷承烧板之间的失配引起了陶瓷的断裂和表面裂纹等问题。为了解决这些问题，我们提出了优化烧结程序、调整陶瓷材料和添加补偿材料等解决方案。这些解决方案可以有效地降低烧结过程中的失配问题，并提高压电陶瓷的成形质量和效率。