介电陶瓷与压电陶瓷是电子陶瓷领域的重要分支，

广泛用于多层陶瓷电容器、微波介质谐振器、压电换能器、

声表面波滤波器及精密驱动器件等应用场景。

以锆钛酸铅（PZT）为代表的压电陶瓷体系，

其压电应变常数、机电耦合系数及介电损耗等关键性能指标，

与制备过程中化学计量比的精确控制、预烧阶段的相纯度保障、

烧结工艺的致密化程度及微观组织均匀性密切相关。

高性能功能陶瓷的制备涉及配料、球磨、预烧、成型、

烧结、抛光等多个工艺环节，各环节设备参数需协同匹配。

任一环节的精度不足或参数失控，均可能导致批次间性能波动、

目标相纯度下降或电学性能劣化。

一韦仪器基于对功能陶瓷制备工艺本质的系统理解，

推出覆盖配料称量、粉碎混合、热处理、成型、抛光、辅助制样全流程的设备方案，

旨在为介电、压电陶瓷等研发与生产提供具备参数协同性的标准化解决方案。

介电/压电陶瓷的固相合成制备路线中，以下环节构成主要技术

技术难点

🔥 PbO高温挥发：

PbO在高温下具有显著挥发性，

预烧及烧结阶段需过量添加（通常为3~5 wt%）以补偿挥发损失，

否则将导致化学计量比偏移，影响最终物相纯度与电学性能。

🌡️ 预烧温度窗口狭窄：

预烧温度需严格控制在850~900℃，

需避免因炉膛温场不均导致的局部欠烧或过烧。

欠烧会导致固相反应不完全，残留原料峰；

过烧则可能引发晶粒异常长大或出现焦绿石相等杂相。

⏱️ 烧结工艺敏感：

烧结工序的升温速率、保温时间、冷却制度及烧结气氛

均对致密化行为与晶粒异常生长产生显著影响，

需精确控制以实现高致密化（≥98%）与优异电学性能（d₃₃≥450 pC/N）的协同。

⚖️ 多参数耦合匹配：

各工艺环节的设备参数并非独立变量，球磨粒度影响预烧反应活性，

预烧相纯度影响烧结致密化行为，成型压力影响素坯密度分布，

各环节参数需协同匹配方可获得性能一致的陶瓷样品。

PbO在高温下具有显著挥发性，预烧及烧结阶段需过量添加（通常为3~5 wt%）以补偿挥发损失；

预烧温度窗口狭窄（850~900℃），需避免因炉膛温场不均导致的局部欠烧或过烧；

烧结工序的升温速率、保温时间、冷却制度及烧结气氛均对致密化行为与晶粒异常生长产生显著影响。

本方案旨在通过一韦仪器全流程协同设备，实现PZT压电陶瓷的高纯度、高致密化制备。

🔧 设备：一韦仪器行星式球磨机PM500、CFA系列箱式气氛炉、ES200振动筛分仪

🧪 研磨介质：氧化锆研磨罐（4×250mL）+ 氧化锆/玛瑙磨球

📦 样品：Pb₃O₄、ZrO₂、TiO₂、Nb₂O₅、SrCO₃等原料粉体（纯度≥99%）

1️⃣ 按化学计量比称量Pb₃O₄、ZrO₂、TiO₂原料（Pb过量3~5 wt%），

微量掺杂剂Nb₂O₅、SrCO₃采用FAB300E电子分析天平（精度0.0001 g）称量。

2️⃣ 原料与无水乙醇加入PM500行星式球磨机氧化锆研磨罐，转速350 rpm球磨4~6 h。

3️⃣ 球磨浆料于鼓风干燥箱中80℃恒温干燥4 h脱除乙醇。

4️⃣ 干燥粉料装入带盖刚玉坩埚，置于CFA系列箱式气氛炉

（控温精度＜1000℃为±0.1℃，≥1000℃为±1℃），

以5℃/min升温至850℃保温2.5 h进行预烧。

5️⃣ 预烧块体破碎后二次球磨细化，出料使用ES200振动筛分仪

（测量范围20 μm~125 mm，最大支持9层筛网叠加）

配合200目不锈钢筛网干法筛分。

6️⃣ 造粒粉体填入模具，粉末压片机在15~20 MPa压力下保压1 min，

压制成12 mm×1.5 mm圆片素坯。

7️⃣ 素坯于CFA系列马弗炉中以2℃/min升温至550℃保温1 h排胶，

再升温至1250℃保温2~3 h致密化烧结，

全程通入氧气（流量0.5~1 L/min）。

8️⃣ 烧结陶瓷片使用抛光机经砂纸逐级粗磨，

最后以0.5 μm Al₂O₃抛光液配合抛光布精抛，

获得Ra≤0.1 μm镜面测试面。

实验数据

在PZT压电陶瓷制备中经实验验证，

可获得相对密度≥98%、纯钙钛矿相、

压电应变常数450~500 pC/N、介电损耗＜0.5%的高性能陶瓷样品。

该方案可拓展应用于BaTiO₃基介电陶瓷、微波介质陶瓷、

NTC/PTC热敏陶瓷及ZrB₂基超高温陶瓷等功能陶瓷体系的研发与中试生产。