压电陶瓷是一种功能性电子陶瓷材料，具备高强度、高硬度、耐腐蚀的优点，同时拥有良好的压电特性，能够将机械能和电能之间相互转化，常被用作传感器、换能器、制动器、雾化器等，其加工生产方式及过程对产品性能至关重要。
压电陶瓷及其制品，图片来自本多电子株式会社
单层压电陶瓷和多层压电陶瓷由于由于应用场景不同具有不同的形态，多层陶瓷是将多层单层陶瓷叠压制备得到，加工流程大致相同，但成型方式略有区别。单层陶瓷元件通常采用干压成型、等静压成型工艺、注射成型、流延成型等，根据制件形状选择合适的成型方式；多层压电陶瓷通常采用流延成型工艺。
同时，电极分布也有差别，单层压电陶瓷电极位于上下表面电极，多层压电陶瓷电极位于材料内部，属于内电极，然后需要利用丝网印刷、磁控溅射或蒸发镀膜内电极，再进行多层堆叠，精细化要求更高。
01 压电陶瓷加工流程简述
压电陶瓷加工过程大致分为：原料选择—配料—球磨—预烧结—二次研磨—造粒—成型—排胶—烧结—后加工—极化处理—电极制备—测试—检验。
（1）原料选择：根据所需压电陶瓷的具体成分和性能要求，选择合适的金属氧化物或碳酸盐作为原材料，例如锆钛酸铅PZT、钛酸钡BaTiO3、氧化铅PbO、二氧化钛TiO₂等；
（2）配料：将各原料按照比例称量，并进行初混；
（3）球磨：将原料置于球磨机中进行机械混合、粉碎研磨；
（4）预烧结：将球磨后的原料置于高温炉中，按照预定的升温曲线进行加热，烧结过程原料经历线性膨胀、固相反应、收缩和晶粒生长等阶段；
（5）二次研磨：预烧结后的压电陶瓷粉末需要再细振混匀磨细，有助于产品的均匀性；
（6）造粒：在粉末中加入适量的粘结剂，通过喷雾干燥或手工造粒形成颗粒，形成流动性好的颗粒；
（7）成型：单层压电陶瓷和多层压电陶瓷的成型方法各有不同，不同形状的制品成型方式不同；简单形状的单层压电陶瓷通常采用干压成型、等静压成型，复杂形状的单层压电陶瓷通常采用注射成型/注浆成型，多层压电陶瓷采用流延成型；
图片来自本多电子株式会社
（8）排胶：将多余的粘结剂和水分在高温的排塑炉中挥发掉；将生坯放入窑炉，以5℃/min缓慢升温至500~600℃，保温2~3小时，彻底去除粘合剂（避免烧结时产生气孔或开裂）；
（9）烧结：排胶后升温至1200~1400℃（PZT体系约1250℃），保温3~5小时，烧结气氛需控制为氧化气氛（防止铅挥发），烧结后陶瓷体密度可达理论密度的95%以上，形成具有钙钛矿结构的压电陶瓷；
（10）后加工：烧结后的陶瓷制品会发生尺寸收缩等，对烧结后的陶瓷体进行研磨、切割等后加工，保证制品尺寸精度，一般使用金刚石工具进行切割或研磨；
（11）极化：将陶瓷片浸入硅油（绝缘且导热）中，加热至100~150℃，施加直流高压（1~3kV/mm，如0.5mm厚芯片加1kV电压），保持15~30分钟。高压下陶瓷内部电畴沿电场方向取向，冷却后电畴保持定向排列，形成压电性。极化后需静置24小时，使性能稳定。
压电陶瓷极化过程，图片来自PICeramics
（12）电极制备：为实现电气连接，需在陶瓷表面沉积金属电极，一般采用金或银浆作为电极材料，通过网版印刷、磁控溅射或蒸发镀膜工艺，在陶瓷表面涂敷/沉积金属层。单层压电陶瓷需要在制品表面形成电极，多层压电陶瓷则形成内部电极；
外电极网版印刷，图片来自Thorlabs
（13）测试/检测：性能测试包括压电系数、介电常数、机电耦合系数等指标测量。
02 单层压电陶瓷关键成型方式
单层压电陶瓷成型方式可以分为干压成型和等静压成型，对于复杂形状的压电陶瓷还可以使用注射成型：
● 干压成型
适合生产厚片、圆片、柱状等简单形状，是大批量生产中最常用的成型方式，将加入粘结剂（如PVA）的压电陶瓷粉体材料填入模具，在机械或液压作用下进行压制成型。生产效率高，工艺简单；但压力传递不均可能导致坯体密度梯度、分层，不适合复杂形状或长径比过大（薄、长）的零件。
● 等静压成型
适合成型长管、大型换能器、特殊异形压电陶瓷件。将陶瓷粉末装入柔性模具，在液体（冷等静压）或气体（热等静压）中加压，使粉体各向均匀受压，制备得到的制品致密度高，能显著减少坯体内部微孔、提升密度和均匀性，降低收缩率差，从而提高压电性能。
● 注射成型
适合制备复杂形状、薄壁、精密尺寸的陶瓷零件，将陶瓷粉末与热塑性树脂混合，加热熔融后注入模具，冷却后得到生坯。但生坯脱脂耗时长，工艺要求高，应用较少。
03 多层压电陶瓷关键成型方式
● 流延成型
也适用于制备单层薄膜、片状压电陶瓷，将陶瓷粉体与溶剂、粘结剂、分散剂等混合成流动性浆料，通过刮刀在载体薄膜上流延成薄带，干燥后形成薄坯。厚度可精细控制，表面光洁度高。
● 印刷电极
在干燥的生瓷带上通过丝网印刷精准印上金属电极图案，通常采用银浆或银-钯合金，具备合适的粘度、流变性和烧结活性，确保印刷图形清晰、边缘整齐。采用高精密全自动厚膜印刷机可生产批量化、高度一致性的产品。
● 对准/堆叠、烧结
将印有电极的多层生瓷带精准对齐、堆叠、热压，然后再进行整体烧结。堆叠过程需要精准对位，确保各层电极图形在X、Y方向上完全对齐，其对准精度将影响最终的器件性能，是多层压电陶瓷制备过程中技术含量最高、对设备依赖性最强的一步。
目前，压电陶瓷生产工艺也在不断地发展中，传统的干压、流延工艺在不断优化，各种低成本、高效率的制备工艺和材料在不断涌现。同时3D打印压电陶瓷技术也取得了不少突破，光固化技术、粉床融合技术能够实现微米级打印精度和纳米级表面粗糙度，适合复杂压电陶瓷元件的制备，推动其应用领域的开拓和发展。
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来自艾邦综合整理
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拟定议题：
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拟定议题 |
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高性能压电陶瓷材料研发进展 |
中科院赣江创新研究所与物理研究所 |
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压电陶瓷在消费电子上的应用（拟） |
歌尔股份 |
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3 |
压电陶瓷在半导体设备上的应用 |
哈尔滨工业大学（深圳） |
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4 |
压电陶瓷在超声波探测中的应用 |
西安工业大学 |
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5 |
压电陶瓷高动态精密驱动控制技术研究介绍 |
苏州大学 |
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