[發(fā)明專利]具有極化功能的壓電陶瓷燒結(jié)爐及其燒結(jié)極化的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410425946.2
• 申請日: 2014-08-27
• 公開（公告）號: CN104197714A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 亓鵬;程方
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油大學(xué)（華東）
• 主分類號: F27B17/00
• 分類號: F27B17/00;C04B41/80;C04B41/88
• 代理公司: 青島聯(lián)信知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 37227
• 代理人: 高洋;段秀瑛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及陶瓷材料制造領(lǐng)域，特別涉及一種具有極化功能的壓電陶瓷燒結(jié)爐及其燒結(jié)極化的方法。

背景技術(shù)

壓電陶瓷是一種能夠?qū)C械能和電能互相轉(zhuǎn)換的功能陶瓷材料，是屬于功能陶瓷材料的一種，也屬于無機非金屬材料。壓電陶瓷利用其材料在機械應(yīng)力作用下，引起內(nèi)部正負(fù)電荷中心相對位移而發(fā)生極化，導(dǎo)致材料兩端表面出現(xiàn)符號相反的束縛電荷即壓電效應(yīng)而制作，具有敏感的特性，壓電陶瓷主要用于制造超聲換能器、水聲換能器、電聲換能器、陶瓷濾波器、陶瓷變壓器、陶瓷鑒頻器、高壓發(fā)生器、紅外探測器、聲表面波器件、電光器件、引燃引爆裝置和壓電陀螺等，除了用于高科技領(lǐng)域，它更多的是在日常生活中為人們服務(wù)。

?目前，現(xiàn)有的壓電陶瓷的制造工藝包括：配料--混合磨細(xì)--預(yù)燒--二次磨細(xì)--造粒--成型--排塑--燒結(jié)--被電極--高壓極化--老化測試。

????燒結(jié)工藝，通常指在高溫下，粉粒復(fù)合體（壞體）面積減少、氣孔率降低、致密度提高、顆粒間接觸面積加大、機械強度提高的過程。除普通高溫?zé)Y(jié)外，還有熱壓燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié)、等離子體燒結(jié)等方法。

極化工藝，使陶瓷內(nèi)部電疇定向排列，從而使陶瓷具有壓電性能。通常的極化工藝是把壓電陶瓷樣品在硅油中加熱到120度左右，在電極間施加3.0kV/mm-5.0kV/mm的直流電場，維持15-20分鐘。

被電極工藝，在要求的陶瓷表面設(shè)置上導(dǎo)電電極。一般方法有銀層燒滲、化學(xué)沉積和真空鍍膜。化學(xué)沉積和真空鍍膜技術(shù)要求較高，銀層燒滲技術(shù)較簡單，目前也出現(xiàn)了使用鋁（專利號200910192539）或者錫（專利號CN?200610031852）代替銀的方法，以及免燒銀漿，可免去燒銀的過程。

現(xiàn)有技術(shù)的缺點是，燒結(jié)過程和極化過程是分離的，燒結(jié)結(jié)束后，燒結(jié)爐內(nèi)的余溫沒有利用，這是對能耗的一種浪費。另外，壓電陶瓷燒結(jié)結(jié)束后再進(jìn)行高溫極化方法，則需要重新加熱到居里溫度附近，即浪費電能又浪費時間。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種具有極化功能的壓電陶瓷燒結(jié)爐及其燒結(jié)極化的方法。

本發(fā)明采取高溫極化的原理，壓電陶瓷在降溫到達(dá)居里點時，發(fā)生順電-鐵電相變，同時出現(xiàn)自發(fā)極化。高溫極化方法就是在鐵電相形成的萌芽狀態(tài)前就加上電場，使順電－鐵電相變外在外加定向電場的作用下進(jìn)行，電疇一出現(xiàn)就有較高的擇優(yōu)取向。另外，在高溫時，鐵電相的c/a軸比較小，電疇作90度轉(zhuǎn)向不致受到很大的阻力，疇壁運動較易，故只要很低的電場，就可以得到低溫時高電場的極化效果。所述電疇：晶體存在自發(fā)極化這一性能且有著自發(fā)取向是一樣的一部分區(qū)域，這些區(qū)域稱為電疇。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

一種具有極化功能的壓電陶瓷燒結(jié)爐，包括由耐火磚構(gòu)成的爐體，還包括高壓極化系統(tǒng)，所述爐體內(nèi)部設(shè)置上下平行的若干加熱棒，所述加熱棒貫穿于耐火磚內(nèi)部；靠近所述加熱棒設(shè)置相對的兩個電極板，所述電極板鑲嵌于所述耐火磚的表面上，兩個電極板之間形成熱電偶；所述的兩個電極板之間設(shè)置由兩個橫向的耐熱板和兩個豎向的耐火磚組成的樣品間；所述電極板通過電極引線與爐體外部高壓極化系統(tǒng)連接，所述高壓極化系統(tǒng)用于控制電極板的極化電場及控制爐體溫度。

所述高壓極化系統(tǒng)包括高壓極化電路、溫控電路、保護(hù)電路及時間繼電器。

本發(fā)明公開的燒結(jié)爐可以實現(xiàn)燒結(jié)結(jié)束后，直接在燒結(jié)爐內(nèi)利用余溫進(jìn)行高溫極化，此過程使用較低的直流電壓即可完成。

以上方案的基礎(chǔ)上，所述的上下平行的加熱棒，下加熱棒貫穿于耐火磚內(nèi)部。

以上方案的基礎(chǔ)上，所述的上下平行的加熱棒，上加熱棒數(shù)量為下加熱棒數(shù)量的2倍。

由于爐膛底部用于放置壓電陶瓷樣品，加熱棒不能裸露于爐膛，應(yīng)置于耐火磚中，而上部的加熱棒可以裸露于爐膛頂部，加熱效果更好，所以通常采用上部數(shù)量為下部數(shù)量的2倍以增強加熱效果。

以上方案的基礎(chǔ)上，所述的電極板為耐1400℃的金屬板，所述金屬板上鍍有銀、金或鉑的保護(hù)層。

以上方案的基礎(chǔ)上，所述的耐火板為氧化鋁高溫耐熱板。

本發(fā)明使用的金屬板可以是任意一種耐1400℃高溫的金屬板，比如銅、鐵等，貴金屬保護(hù)層可以是銀、金、鉑等在高溫下無法氧化的金屬，在鍍保護(hù)層的方法上，可以是化學(xué)渡膜法，也可以是物理渡膜法，如磁控濺射、真空渡膜等。

本發(fā)明的另一個目的在于公開一種上述的壓電陶瓷燒結(jié)爐燒結(jié)極化的方法，包括以下步驟：

（1）???????燒結(jié)并高溫極化：